Ударник для контроля качества материалов и веществ методом упругого отскока

Предложенный ударник контроля качества материалов и веществ методом упругого отскока выполнен из твердого материала обладающего твердостью НУ 10÷1000 МПа и плотностью р=0,5÷10 г/см³, отличающийся тем, что, ударник выполнен в виде стакана, состоящего из сердечника на котором жестко закреплены кольца различного диаметра, плотно охватывающие друг друга по своим боковым поверхностям, см. фиг.1 и фиг.2., количество которых «N» зависит от плотности испытуемого материала, приведенная плотность ударника определяется по формуле: , где Р - вес стакана с кольцами и сердечником или без них, величина которых, зависит от количества «N» колец и сердечника; V - постоянная величина (const), характеризующая объем всего стакана с сердечником и пустотами внутри него независимо от числа колец и сердечника.

Полезная модель относится к испытательной технике для диагностики твердости, наличия полостей и дефектов в материалах с помощью упругого отскока при ударе бойком.

Известно устройство для определения полостей и дефектов в материалах содержащее корпус с размещенных в нем ударника со штоком, наконечник, соленоид, мембрану и жесткую кольцевую пластину, взаимодействующую с поверхностью испытуемого материала. / А.С. 1758502 A1, G01N 3/52, Бюл. 32 от 30.08.92.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является ударник, описанный в патенте на ПМ 104316 «Устройство для определения полостей и дефектов в материалах», Бюл. 13 от 10.05.2011, выполненный из твердого материала обладающего твердостью HV 10÷1000 МПа, плотностью =0,5÷10 г/см³. Поверхность ударника, взаимодействующая с соленоидом, покрыта ферромагнитным слоем h.

Однако известные конструкции устройств для определения полостей и дефектов в материалах чувствительность отскока ударника, при наличии полости или дефекта в исследуемом материале, достигается за счет использования ударников из различных твердых материалов. Величина упругого отскока которых и разность этих отскоков, при наличии полостей, пустот или без них выше, чем у ударников, выполненных полностью из тяжелых ферромагнитных сталей, вследствие чего, в известных устройствах применялся материал ударника в зависимости от плотности используемого материала, а для взаимодействия с электромагнитным полем соленоида поверхность ударника покрыта слоем ферромагнитного материала.

Задачей изобретения является увеличение чувствительности отскока ударника и создание универсального ударника, способного определять полости и дефекты в материалах с различной плотностью испытуемого материала.

Поставленная задача решена за счет того, что ударник для контроля качества материалов и веществ методом упругого отскока, выполнен из твердого материала обладающего твердостью HV 10÷1000 МПа и плотностью =0,5÷10г/см³, ударник выполнен в виде стакана, состоящего из сердечника на котором жестко закреплены кольца различного диаметра, плотно охватывающие друг друга по своим боковым поверхностям, количество которых «N» зависит от плотности испытуемого материала, в каждом конкретном случае плотность ударника (приведенная) - _прив [Физическая энциклопедия под. ред. А.М.Прохорова. Москва. Научное издательство «Большая российская энциклопедия», 1992 г. Т.3, стр.637], определяется по формуле.

, где

Р - вес стакана с кольцами и сердечником или без них, величина которых, зависит от количества «N» колец и сердечника;

V - постоянная величина (const), характеризующая объем всего стакана с сердечником и пустотами внутри него независимо от числа колец и сердечника;

N - количество колец в ударнике и соответственно _прив, определяется в зависимости от плотности испытуемого материала, табл.1.

Твердость HV 10÷1000 МПа выбиралась с учетом испытуемых материалов, используемых в промышленности, представлена в таблице 1. Твердость материалов с не удовлетворительными результатами в таблицу не вносилась. Технический результат в указанном диапазоне возможных значений твердости достигается за счет значений выбранного материала ударника, плотностью , представленных в таблице 1.

Таблица 1
Таблица значений плотности и твердости испытуемых материалов.
п/п	Материал ударника	, г/см3	Твердость НУ, МПа
1	Дерево	0,39 г/см3	10÷15
2	Бетон 1	1,85 г/см3	30÷40
3	Бетон 2	2,26 г/см3	50÷60
4	Сталь	7,75 г/см3	236÷1076
Таблица 2
Зависимость N от прив
Материал ударника	d	прив	N
Сталь	d1	15,6	5,62	3
d 2	23,8	2,83	2
d 3	25,7	1,82	1
d 4	26,5	1	0

где d ₁ - средний диаметр сердечника, d₂, d₃ , d₄ - средний диаметр колец.

Внешний вид ударника изображен на Фиг.1.

Ударник содержит стакан 1 с сердечником 2 внутри которого расположены клинообразные кольца 3, а их количество «N» зависит от суммарного веса стакана с кольцами Р, - угол заклинивания конических колец, чтобы они плотно держались и не вылетали при отскоке

Работает ударник следующим образом. Ударник падает на исследуемый материал, при ударе закругленная его часть контактирует с исследуемым материалом и отскакивает с определенной скоростью, величина которой зависит от наличия полостей, дефектов и от твердости исследуемой поверхности материала. В зависимости от плотности материала испытуемой конструкции или образца можно использовать стакан 1 с различным количеством конусообразных колец 2, при этом приведенная плотность у ударника изменяется за счет колец «N», см. табл.2:

, где

Р_i - вес стакана 1 с различным количеством колец (величина переменная и зависит от суммарного веса стакана с кольцами);

V=const, объем стакана с сердечником и пустотами внутри него.

Если стакан полностью заполнен кольцами и сердечником, то _{прив max} - плотность материала стакана и колец с сердечником. Если кольца занимают половину объема, то и, наконец, при пустом стакане имеем _{прив min}.

Например, если ударник расположен внутри двигателя, выполненного из соленоида, то максимальная плотность _прив для ферромагнитного материала стакана от 0,1 до , так как ферромагнитные стали имеют плотность . Регулируя толщину стенок, торцевой части стакана и количества колец можно изменять _прив от min до max, т.е. _{прив min}=0,1, а .

Наибольшая чувствительность отскока ударника при сравнении Н высот отскоков по сплошному изделию, т.е. без полостей, пустот и дефектов - h₁, и ударе по образцу с дефектами - h₂, где h=|h₁-h₂| имеем при _привим, где _им - плотности испытуемого образца, h - изменение высоты отскока ударника от испытуемого материала. [Б.Н.Стихановский, У.Н.Редько, Л.М.Стихановская. Анализ чувствительности контроля качества поверхности материалов, а также полостей, пустот и дефектов. / Современные проблемы науки и техники: сб. науч. тр. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011., стр.67-69]

Реально возможно изменять _прив от 0,1 до , последняя плотность одна из самых больших, если стакан изготовлен и полностью заполнен одним из самых тяжелых материалов - висмутом, который из-за его дороговизны может применяться крайне редко. Обычно в машиностроении, строительном и горном деле _прив от 0,1 до .

Преимущество предложенного ударника по сравнению с ближайшим прототипом в том, что для определения полостей и дефектов в материалах используют унифицированный ударник, состоящий из N колец, которые жестко закреплены в стакане с возможностью разборки, например, выбиванием молотком при ударе по закругленной ударной части бойка, и нет необходимости иметь набор бойков-ударников, выполненных из материалов с различной плотностью. Кроме этого, как показали эксперименты, твердость контактной зоны предложенной конструкции одинакова, так как удар происходит одной внешней поверхностью стакана независимо от количества колец N и сердечника, что сказывается на стабильности отскока в отличие от весьма разной твердости ударников, выполненных из дерева, текстолита, эбонита и др. материалов с разной плотностью и твердостью торцевой контактной зоны, при этом разброс h в опытах с предложенным ударником на 5-10% меньше, чем для сплошных ударников, выполненных из различных материалов.

Ударник для контроля качества материалов и веществ методом упругого отскока, выполненный из твердого материала, обладающего твердостью HV 10÷1000 МПа, отличающийся тем, что ударник выполнен в виде стакана, в котором жестко закреплены кольца различного диаметра, плотно охватывающие друг друга по своим боковым поверхностям, количество которых «N» зависит от плотности испытуемого материала, приведенная плотность ударника определяется по формуле:

,

где P - вес стакана с кольцами и сердечником или без них;

V - постоянная величина (const), характеризующая объем всего стакана с сердечником и пустотами внутри него независимо от числа колец и сердечника;

N - количество колец в ударнике и соответственно _прив определяется в зависимости от плотности испытуемого материала.