Устройство маятниковое для микромеханических испытаний материалов

Заявляемое решение относится к области определения физико-механических характеристик материалов, в частности к устройствам для микромеханических испытаний коррозионностойких материалов.

Устройство содержит основание и маятниковый узел, который снабжен механизированным средством качания и установлен на платформе основания с возможностью перемещения индентора относительно исследуемой поверхности изделия, а основание снабжено средством крепления к изделию в вертикальном и наклонном положении.

Техническим результатом заявляемого решения является расширение возможностей применения, а именно обеспечение возможности применения для вертикально расположенных (и расположенных под углом) изделий.

Заявляемое решение относится к области определения физико-механических характеристик материалов, в частности к устройствам для микромеханических испытаний коррозионностойких материалов.

Уровень развития техники известен из решения [Патент РФ на изобретение 2147737 «Устройство для испытания материалов», опубликован в Бюл. 11, 2000 г.], где устройство маятникового типа содержит горизонтальный предметный столик для размещения исследуемого образца и маятниковый узел, смонтированный на вертикальных стойках (кронштейнах). Стойки и столик смонтированы на основании. Маятниковый узел смонтирован на основании и содержит установленный на поворотной оси маятник, смонтированный в нем индентор, механизм изменения длины маятника (вылета индентора).

Недостатком решения является ограниченная возможность его применения, а именно невозможность его применения для испытания вертикально расположенных образцов. Иначе говоря, решение применимо лишь в случаях, когда из изделия можно вырезать образец, доставить его к устройству для испытания, расположить образец горизонтально в устройстве. Если это не так, то применение устройства исключено. Например, если изделие расположено вертикально (в указанном решении энергия движения маятника и воздействия индентора на материал образца обеспечивается за счет кинетической (гравитационной) энергии маятника, зависящей от массы и величины угла отклонения маятника от вертикального нижнего положения), то маятник из нижнего положения нужно перевести в верхнее положение, но и при таком положении маятника угла его отклонения может оказаться недостаточно для накопления (запасания) кинетической энергии, необходимой для осуществления взаимодействия индентора маятника с материалом изделия.

Техническим результатом заявляемого решения является расширение возможностей применения, а именно обеспечение возможности применения для вертикально расположенных (и расположенных под углом) изделий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство снабжено механизированным средством качания (вращения на участке окружности) маятника и узлом крепления к изделию, а маятниковый узел установлен на платформе основания с возможностью перемещения индентора относительно исследуемой поверхности изделия.

Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, содержит основание и маятниковый узел. Однако заявляемый объект отличается тем, что маятниковый узел снабжен механизированным средством качания и установлен на платформе основания с возможностью перемещения относительно исследуемой поверхности изделия, а основание снабжено средством крепления к изделию в вертикальном и наклонном положении.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства, на фиг.2 - вид А по фиг.1.

Устройство устанавливается на наклонно расположенное или вертикальное исследуемое изделие 1. Устройство для этого оснащено узлом крепления 2, например, крепежными планками 3 (сменными), взаимодействующими с основанием 4 устройства и монтируемыми на изделии 1 с помощью резьбовых (сварных, клеевых и т.д.) соединений. На основании 4 устройства смонтирована платформа 5, имеющая возможность перемещений П1 и П2 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания 4 и, следовательно, относительно изделия 1. Обеспечение перемещений П1 и П2 и отсчет их величины производится, например, микромеханическими механизмами 6 и 7. На платформе 5 смонтирован маятниковый узел. Он содержит кронштейны (стойки) 8, установленную в кронштейнах поворотную ось 9 и маятник 10. Маятник несет индентор 11 с механизмом (регулятором) 12 изменения длины R маятника. Для обеспечения возможности взаимодействия индентора 11 с изделием 1 с возможностью заглубления индентора в материал изделия на некоторую глубину h в платформе 5 и основании 4 выполнена прорезь 13 соответствующих размеров. Для обеспечения устойчивого положения и правильного позиционирования устройство может быть снабжено регулируемыми упорами 14. Маятниковый узел снабжен механизированным средством 15 качания (вращения В1) маятника на некоторый необходимый угол, например на угол хода маятника или на минимальный угол , в пределах которого индентор 11 взаимодействует (l - длина следа взаимодействия) с материалом изделия. Варианты механизированного средства могут быть различными, например, электромагнитное, пневматическое, гидравлическое и т.д. Это не принципиально, важно то, что оно должно преобразовать свое возвратно-поступательное перемещение П3 в качательное движение В1 маятника. Например, это пневмоцилиндр 16. Например, его корпус шарнирно (17 - ось шарнира, дополнительно может быть установлена ось 18 со стержнем 19) соединен с кронштейном 20, установленным на платформе 5 основания 4. Шток пневмоцилиндра шарнирно (21 - шарнир) связан с водилом 22, которое может быть связано непосредственно с маятником 10 (как это показано на фиг.1) или с поворотной осью 9 (как это показано на фиг.2).

Работает устройство следующим образом. Устройство закрепляют на изделии 1 посредством крепления 2 в вертикальном (как показано на фиг.1) положении (или ином положении, наклонном, горизонтальном). Устройство крепления может быть различным. Например, на изделии 1 закрепляют (сваркой, резьбовым соединением и т.д.) съемные планки 3 устройства. На планках 3 монтируют основание 1 устройства. Упорами 14 позиционируют (выставляют) основание в необходимое положение.

Регулятором 12 длины R маятника настраивают длину R так, чтобы индентор касался (т.е. чтобы глубина h заглубления индентора в материал изделия равнялась нулю) изделия. Для этого сжатый воздух подают в штоковую полость пневмоцилиндра 16 через ввод, поршень со штоком перемещаются относительно корпуса, водило 22 получает перемещение В1, соответственно, маятник с индентором тоже получает перемещение В1, а пневмоцилиндр осуществляет качание В2. Для обратного хода маятника сжатый воздух подают в патрубок 24, поршень со штоком перемещается в обратном направлении (в положение, как показано на фиг.1), водило поворачивает (качает) маятник в исходное положение.

После того, как индентор настроен на касание с исследуемой поверхностью изделия (т.е. отрегулирована длина маятника R на нулевую глубину h=0 скрайбирования) устройством 12 задают необходимую глубину h0 внедрения индентора в материал изделия и осуществляют рабочее перемещение индентора (движение В1 маятника за счет подачи воздуха в патрубок 23) и его обратный холостой ход (с изменением величины h или без изменения). Результаты взаимодействия индентора с материалом образца исследуют оптически (измеряют длину, ширину, площадь и т.д. разрушения в следе взаимодействия индентора с изделием) либо любым другим образом, например путем анализа сигналов акустической эмиссии, регистрируемой в процессе нагружения.

Для проведения повторного (дополнительного, следующего и т.д.) исследования без съема устройства с изделия механизмом 7 (влево или вправо по фиг.1) или механизмом 6 (вниз или вверх по фиг.1) может быть произведено смещение платформы (и соответственно индентора относительно следа ранее выполненного нагружения) в направлениях П₁ либо П₂ (или П₁ и П₂). Затем индентор вновь устанавливают в исходное положение (с тем же или иным углом ) и запускают в рабочее перемещение B₁ (с той же или иной глубиной h, с той же или иной массой груза). Вновь исследуют (измеряют, регистрируют) результаты нагружения изделия, сравнивают их с результатами предшествующего нагружения. И так далее.

Для проведения повторного (дополнительного, следующего и т.д.) на другом участке поверхности изделия необходимо осуществить демонтаж устройства и установить его вновь на новом участке изделия. Для демонтажа устройства основание 5 извлекают из узла крепления 2 (с демонтажем планок 3 или оставляя планки 3 на месте для возможности проведения повторных исследований на этом же участке поверхности изделия), на новом участке поверхности изделия вновь закрепляют планки (эти же демонтированные с прежнего места или новые сменные планки), в них закрепляют основание 5 и все повторяют.

В случае применения гидроцилиндра в качестве механизированного средства качания маятника, работа устройства будет аналогична описанной выше.

В случае применения электромагнитного двигателя поступательного перемещения, работа устройства будет во многом схожа и поступательное перемещение будет осуществляться путем перемещения сердечника в катушке (соленоиде) при подаче электрического тока.

Могут быть использованы пружинные и иные механизмы.

Устройство маятниковое для микромеханических испытаний материалов, содержащее основание и маятниковый узел, отличающееся тем, что маятниковый узел снабжен механизированным средством качания и установлен на платформе основания с возможностью перемещения относительно исследуемой поверхности изделия, а основание снабжено средством крепления к изделию.