Устройство для определения твердости материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N3/48 

ИлоПрг-тение отяоси-тгя к исиолт.зо наин)11 прочностных сиоГгсти маторнало и можеп быть испол1 тонано для опредления статической и динамической тнер,т,ог ти металлов и сплапов при динамическом нагр жении.

Цель изобретения - повышение точ Hf)CTH определения твердости.

На чертеже приведена схема предлгаемого устройства.

Устройство содержит плиту 1, закрепленный па ней корпус 2 с прижимным механизмом 3, связанным с напраляющей 4, и которой находится спусковой механизм 5, боек 6 с индентор 7 в виде шарика из твердого сплава, пьезолкселерометр 8, закрепленный н бойке, последовател1)НО соединенные ним согласующий усилитель 9, фильтр 10 нижних частот (ФНЧ), первый дифференциатор 11 и первый компаратор 12, пиковьй детектор 13, сигнальный вход которого соединен с выходом ФН 10, аналого-цифровой преобразовател

14 .АЦП

I

сигнальный вход которого соединен с выходом пикового детектора 3, арифметический узел 15, первый вход которого соединен с выходом АЦЦ 14, преобразователь 16 время - код, выход которого соединен с вторым входом арифметического узла, задатчик 17 постоянной, вьпгод которого соединен с третьим входом арифметического узла 15, цифровой индикатор 18, вход которого соединен с выходом арифметического узла 15, второй дифференциатор 19, вход которого соединен с выходом первого компаратора 12, а выход - с управляющим входом АЦП 14, RS-триггер 20, R - вход которого соединен с выходом второго дифференциатора 19, а выход- с входом преобразователя 16 время - код и с управляющим входом пикового детектора 13, второй компаратор 21, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя 9, и третий ди(}х))ереициатор 22, вход которого соединен с выходом второго компаратора 21, а выход - с 8-входом RS- триггера,

Устройство работает следующим образом .

Испытуем,1Й материал кладется на плиту 1 и направляющей 4 с помощью при :имного механизма 3 прижимается к плите 1. Предварительно боек 6 перемещается по направляющей 4 вверх

5

0

5

0

5

0

5

0

(j зацепления со criycKOBtiH-i механизмом 5. Цри высвобождении бойка 6 от сцепления со спусковым механизмом 5 под действием силы тяжести боек 6 разгоняется до скорости /, которая оп)

ределястся высотой падения ( бойка данной конкретной установки, и ударяет индентором 7 по поверхности испытуемого материала. Электрический сигнал с пьезоакселерометра 8, пропорциональный действующему ударному ускорению (А), поступает на вход согласующего усилителя 9 и далее на вход ФНЧ 10. ФНЧ 10 отфильтровывает высокочастотные составляющие сигнала, которые могут возникать при контроле высокотвердых материалов и вызывать (при отсутствии фильтра) ложные срабатьгоания устройства, С выхода согласующего усилителя 9 сигнал поступает на вход второго компаратора 21, который вырабатьтает положительный перепад напряжения, фронт которого совпадает с началом ударного импульса. Третий дифференциатор 22 вырабатывает короткий положительный импульс по фронту перепада напряжения на выходе компаратора 21, который переводит RS-триггер в состояние 1. Сигнал с выхода ФНЧ 10 поступает на вход первого дифференциатора 11 и с его выхода на вход первого компаратора 12. На выходе первого компаратора 12 формируется положительный перепад напряжения, фронт которого совпадает с моментом достижения ударным импульсом своего максимума. Второй дифференциатор 19 вырабатывает короткий положительный импульс по фронту перепада напряжения на выходе компаратора 12, который переводит RS-триггер 20 в состояние О. Таким образом, на выходе RS-триггера формируется положительный прямоугольный импульс, длительность которого равна времени уп- ругопластического деформирования (1„) испытуемого материала. Этот импульс поступает на вход преобразователя 16 время - код, на выходе которого формируется код, эквивалентный времени Т.

Сигнал с выхода ФНЧ 10 поступает 55 на сигнальный вход пикового детектора 13, который yпpaвляetcя сигналом с выхода RS-триггера 20. Амплитуда сигнала, приходящаяся на момент времени окончания импульса с RS-тригге- ра, т.е. пропорциональная максимальному ускорению А, запоминается пиковым детектором на время, необходимое для работы АЦП 1Д, который запускается импульсом с выхода второго дифференциатора 19. На выходе АЦП формируется цифровой код, эквивалентный максимальной амплитуде ударного ускорения А. Таким образом, на входах арифметического узла 15 присутствуют коды: с выхода преобразователя 16 время - код, эквивалентный времени Т, с выхода АЦП 14, экви

валентный А, Известно, что твердость материала может быть оценена по амплитуде ударного ускорения (А) и длительности упругопластичес- кого деформирования (Т) при этом наиболее достоверным алгоритмом конт роля твердости при ударе считается отношение (), которое с учетом начальных условий соударения (шп, и VQ ) имеет размерность напряжения (Н/м ). Это позволяет, помимо определения динамической твердости, физически обосновано связать его со статической твердостью, например, по Бринелю.

Отсутствие геометрического отпечатка при внедрении шарового инден- тора в материал и влияние динамичности нагружения придает зависимости НВ (АП,/Т„) характерную нелиней

ность, которая учитывается арифмети- j, ходом арифметического узла, о т л ическим узлом i5, рассчитывающим статическую твердость по формуле НВ Ь,Ь,(А„/Т) Ь,(А„/Т,).. 4

b,(AjTj%(1)

Коэффициенты аппроксимации b , b , , , , , b определяются экспериментально и подаются на третий вход арифметического узла с задатчика 17 постоянной. При точности контроля статической твердости , достаточной в производстве, в полиноме () можно ограничиться первыми тремя членами.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения тверчающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым дифференциатором, вход которого соединен с выходом первого компара тора, а выход - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, RA-триггером, R-вход которого соединен с выходом второго дифференциатора, а выход - с входом преобразователя время - код и с управляющим входом пикового детектора, вторым компаратором, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, и третьим дифференциатором, вход кото50 рого соединен с выходом второго компаратора, а выход - с S-входом RS-триггера.

45

дости, (статической или динамической н 3лрис1 мост)1 от выбран 1ь1х постоян- H1.IX и алгоритма расчета) за счет более точного определения времени упру Г опл ас тич ее кого деформирования

материала ускорения

Т.

и амплитуды ударного

Формула изобретения

Устройство для определения твердости материалов, содержащее направляющую, закрепленный на ней спусковой механизм, взаимодействующий с ним боек с ударником в виде шарика, закрепленный на нем пьезоакселеро- метр, последовательно соединенный с нум согласующий усилитель, фильтр нижних частот, первый дифференциатор и первый компаратор, пиковый детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, сигнальный вход которого соединен с выходом пикового детектора, арифметический узел, первый вход ко- . торого соединен с выходом аналого- цифрового преобразователя, преобразователь время-код, выход которого соединен с вторым входом арифметического узла, задатчик постоянной, выход которого соединен с третьим входом арифметического узла, и цифровой индикатор, вход которого соединен с вычающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым дифференциатором, вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, RA-триггером, R-вход которого соединен с выходом второго дифференциатора, а выход - с входом преобразователя время - код и с управляющим входом пикового детектора, вторым компаратором, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, и третьим дифференциатором, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход - с S-входом RS-триггера.

Составитель A. Паникленко Редактор О. Бугир Техред В.Кадар Корректор Е. Сирохман

Заказ Д617/45 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-33, Ра тпская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4