Устройство для измерения твердости материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/40 

Предполагаемое изобретение относит- qfl к исследованиям физико-механических свойств материалов и может быть использо- в|ано в машиностроении для контроля твердости внутренних поверхностей труб и Полостей в массивных изделиях.

Известно устройство для измерения твердости - электроакустический твердомер, содержащее полуволновой электроакустический преобразователь с индентором на конце, систему механического нагружения индентора и электронные системы возбуждения и регистрации акустических Колебаний преобразователя.

Недостатками известного устройства вляются сравнительно невысокая чувстви- т.ельность преобразователя к твердости контролируемого изделия и большие габаритные размеры, затрудняющие контроль твердости внутренних поверхностей.

Известно более чувствительное устройство для измерения твердости, содержащее

четвертьволновой электроакустический преобразователь с индентором на свободном конце стержня-резонатора; систему механического нагружения индентора и электронные системы возбуждения и регистрации акустических колебаний преобразователя.

Недостатком известного устройства являются большие габаритные размеры преобразователя, что затрудняет контроль твердости внутренних поверхностей и тем самым ограничивает область применения устройства.

Целью предполагаемого изобретения является расширение области применения устройства для измерения твердости путем уменьшения габаритных размеров преобразователя и тем самым уменьшение внутренних размеров полостей, доступных контролю, причем без уменьшения длины стержня-резонатора, т.е. при сохрзы

01

о

нении его чувствительности к изменениям твердости.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения твердости внутренних поверхностей содержит четвертьвол- новой электроакустический преобразователь с индентором на свободном конце стержня- резонатора, систему механического нагруже- ния инденторз и электронные системы возбуждения и регистрации акустических ко- лебаний преобразователя, причем инертная масса преобразователя имеет осевое глухое отверстие, в котором по всей длине свободно расположен стержень-резонатор, жестко соединенный с массой на дне отверстия, а элементы систем возбуждения и регистрации акустических колебаний расположены в кольцевой щели между стержнем-резонатором и внутренней поверхностью отверстия .в массе.

На чертеже показана схема устройства, включающая осевое сечение преобразователя..

Устройство для измерения твердости внутренних поверхностей содержит четвертьволновой акустический преобразователь в корпусе 1 с подпружиненной задней опорой 2, устанавливаемый внутрь полости 3 контролируемого изделия 4 (на фиг.1 пока- зан вариант устройства с преобразователем для контроля круглых цилиндрических отверстий). Индентор 5, внедренный в контролируемое изделие 4, закреплен на свободном конце стержня-резонатора 6. Инертная масса 7 преобразователя имеет глухое отверстие, через которое по всей длине свободно проходит стержень-резонатор 6, жестко соединенный с массой 7 на дне отверстия. Система механического нагружения выполнена в виде тарированной пружины сжатия 8, одним концом упирающейся в заднюю опору 2, а другим - в опорный кольцевой выступ на наружной поверхности инертной массы 7, которая пере- мещается в осевом направлении в подшипниках скольжения 9. Пьезеоэлектри- ческий элемент 10 системы возбуждения электрических колебаний в стержне-резонаторе б соединен с выходом усилителя 11. вход которого соединен с пьезоэлектрическим элементом 12 системы регистрации акустических колебаний стержня-резонатора 6 (в данном конкретном примере указаны пьезоэлектрические элементы систем воз- буждения и регистрации колебаний). Выход усилителя 11 соединен также через частотомер 13 с индикатором 14, преградурован- ным в единицах твердости.

Устройство работает следующим образом. При установке электроакустического преобразователя устройства в полость 3 контролируемого изделия 4 индентор 5 внедряется в материал контролируемого изделия 4 под действием упругой силы тарированной пружины сжатия 8, одним концом прижимающей заднюю опору 2 к внутренней поверхности изделия 4, а другим концом через опорный кольцевой выступ прижимающей инертную массу 7 со стержнем-резонатором 5 к внутренней поверхности изделия 5. Под действием этой силы происходит внедрение индентора 5 в материал изделия 4. При установке преобразователя инертная масса 7 перемещается внутри корпуса 1 в подшипниках скольжения 9. В соответствии с глубиной внедрения индентора, зависящей от твердости контролируемого изделия, изменяется и резонансная частота колебаний стержня-резонатора б. Колебания резонансной частоты, возбуждаемые пьезоэлементом 10, после усиления сигнала пьезоэлемента 12 усилителем 11 поступают через частотомер 13 на индикатор 14, показание которого соответствует твердости контролируемого изделия 5.

При этом по сравнению с четвертьволновым преобразователем известной конструкции, укороченным до требуемой длины {диаметра контролируемого отверстия), предлагаемый четвертьволновой преобразователь позволяет использовать более длинный стержень-резонатор и тем самым обеспечивает большую чувствительность к изменению твердости контролируемого изделия (позволяет сохранить высокую чувствительность четвертьволнового преобразователя за счет сохранения длины стержня-резонатора при общем укорочении преобразователя, имеющего новую геометрическую форму инертной массы и новое взаимное расположение отдельных частей преобразователя).

Предлагаемое устройство обеспечивает измерение твердости внутренней поверхности гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, имеющих внутренний диаметр менее 100 мм, что с помощью известных устройств сделать невозможно. Предполагается использовать устройство для контроля качества закалки с нагревом ТВЧ внутренней поверхности гильз цилиндров внутреннего сгорания на заводе Пензди- зельмаш, г. Пенза, в IVKB. 1991.

Формула изобретен.ия Устройство для измерения твердости материалов, содержащее инертную массу, жестко соединенный с ней одним концом резонатор, закрепленный на другом его конце индентор, систему возбуждения акустических колебаний резонатора, узел на- гружения резонатора и систему регистрации колебаний резонатора, отличающее- с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, резонатор и инертная масса коаксиальны.

Изобретение относится к измерению твердости материалов. Изобретение позволяет расширить эксплуатационные возможности за счет обеспечения измерения твердости в полостях малого размера. Устройство содержит резонатор, размещенный внутри инертной массы, которая соединена с узлом нагружения. 1 ил.