Устройство для маятникового скрайбирования

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для оценки физико-механических свойств их материала путем индентирования методом маятникового скрайбирования. Устройство содержит маятник, установленный на оси качания, несущий индентор, образец в виде цилиндра, расположенного и закрепленного под индентором в оснастке. Оснастка для ориентации и закрепления образца установлена на столе устройства и содержит призму, боковые образующие которой не параллельны ее основанию и наклонены по отношению к оси качания маятника так, что ось образца, установленного в призме, и ось качания маятника перекрещиваются в вертикальной плоскости, а оснастка со столом при этом установлены так, что ось образца и ось качания маятника перекрещиваются в горизонтальной плоскости под углом 90° или углом, отличном от 90°, при любом угле их перекрещивания в вертикальной плоскости. Технический результат: расширение технических возможностей устройства для маятникового скрайбирования. 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для оценки физико-механических свойств их материала путем индентирования методом маятникового скрайбирования.

Известно устройство [Испытательная техника./Под ред. В.В.Клюева. Кн.2. М.: Машиностроение, 1982, с. 95] для испытания материалов, содержащее основание (станину), маятник с осью его качания, образец, штангу и т.д.

Недостатком решения являются ограниченные возможности в части реализации различных условий испытаний.

Известно устройство [патент РФ №2124699, опубл. 10.01.1999], содержащее маятник, индентор, установленный и закрепленный на свободном конце маятника, образец цилиндрической формы, установленный в призму, размещенную под индентором в оснастке так, чтобы ось цилиндра (вместе с осью призмы) лежала в плоскости качания маятника и перекрещивалась с его осью качания.

Недостатком решения являются ограниченные возможности в части реализации различных условий испытаний.

Наиболее близким к заявляемому объекту является устройство для диагностики несущей способности поверхностных слоев изделий [патент РФ №2164676, заявка №2000110110/28 от 19.04.2000, опубл. 27.03.2001], содержащее маятник с его осью качания, несущий индентор, образец в виде цилиндра, расположенного и закрепленного в призме, размещенной под индентором в оснастке так, чтобы ось цилиндра (вместе с осью призмы) лежала в плоскости качания маятника и перекрещивалась с осью его качания.

Недостатком решения являются ограниченные возможности в части реализации различных условий испытаний, в частности, отсутствие возможности получать следы маятникового скрайбирования в теле цилиндрического образца, ориентированные не параллельно оси образца, в том числе перпендикулярно ей или под наклоном к ней.

Техническим результатом заявляемого объекта является расширение технических возможностей устройства для маятникового скрайбирования. Технический результат достигается тем, что цилиндрический образец имеет возможность быть расположенным различным образом относительно траектории движения индентора (плоскости качания маятника). В частности, ось качания маятника и ось цилиндрического образца могут лежать в одной вертикальной плоскости либо перекрещиваться под прямым или иным углом. Это обеспечено тем, что оснастка для ориентации и закрепления цилиндрического образца установлена на столе устройства и представляет собой призму, боковые образующие которой не параллельны ее основанию и наклонены по отношению оси цилиндрического образца, помещаемого в призму.

Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, включает в себя маятник, установленный на оси качания, несущий индентор, образец в виде цилиндра, расположенного и закрепленного под индентором в оснастке, содержащей призму.

Однако заявляемый объект отличается тем, что оснастка для ориентации и закрепления образца установлена на столе устройства и содержит призму, боковые образующие которой не параллельны ее основанию и наклонены по отношению к оси качания маятника так, что ось образца, установленного в призме, и ось качания маятника перекрещиваются в вертикальной плоскости, а оснастка со столом при этом установлены так, что ось образца и ось качания маятника перекрещиваются в горизонтальной плоскости под углом 90° или углом, отличном от 90°, при любом угле их перекрещивания в вертикальной плоскости.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для маятникового скрайбирования. На фиг. 2 - пример (сечение образца 1 вдоль его оси) расположения двух соседних следов скрайбирования. На фиг. 3 показано взаимное расположение индентора, образца, оснастки в виде призмы, ось и образующие которой не параллельны ее основанию. На фиг. 4 показано осевое вертикальное сечение Б-Б по фиг. 1, иллюстрирующее следы скрайбирования с разной глубиной. На фиг. 5 показано (при виде сверху) расположение следов скайбирования при установке цилиндрического образца в указанную призму, развернутую под углом к оси цилиндрического образца, т.е. при установке оси образца и оси качания маятника перекрещивающимися под углом.

Устройство для маятникового скрайбирования содержит (помимо остальных необходимых элементов, не указанных на фиг. 1-5) цилиндрический образец 1, установленный и закрепленный в призме 2 (с элементами оснастки, например, с элементами закрепления призмы, с элементами ориентации и закрепления образца и т.д.), установленной на столе 3. На оси качания 4 смонтирован маятник 5, несущий на свободном конце закрепленный индентор 6. Маятник 5 с осью качания 4 способен совершать качательное движение В. В результате такого движения индентор 6 взаимодействует с материалом образца и формирует в нем след маятникового скрайбирования. След характеризуют глубиной h и длиной. Смещением стола получают соседние следы, отстоящие друг от друга на некотором расстоянии h₁.

Располагать следы скрайбирования на образце заявляемое устройство позволяет различным образом.

Первый пример расположения следов скрайбирования показан на фиг. 3. Оснастка содержит призму 2, установленную основанием 9 на стол 3, элементы ориентации и закрепления образца в призме, элементы ориентации и закрепления призмы на столе. Ось 7 и боковые образующие 8 призмы выполнены не параллельными основанию 9 призмы. Не параллельность боковых образующих и основания выбирается исходя из условий исследования следов скрайбирования на образце, чем больше не параллельность, тем больше угол наклона образца к горизонту.

Соответственно и ось 7 образца расположена не параллельно основанию 9. Иначе говоря, боковые образующие 8 призмы и ее основание 9 выполнены под углом друг к другу (и по отношению к оси цилиндрического образца, располагаемого в призме). При этом стол 3 с призмой 2 установлен (повернут) так, что ось 4 качания маятника 5 и ось образца 1 лежат в вертикальной плоскости, но они не параллельны, а пересекаются под тем или иным необходимым углом. При необходимости изменения величины этого угла призму 2 заменяют на другую, у которой не параллельность боковых образующих и основания имеет требуемую величину.

Работа такого устройства состоит в следующем. Призму 2 закрепляют на столе 3. Образец 1 закрепляют в призме 2. Стол 3 устанавливают (поворачивают и перемещают) под индентором 6 так, чтобы ось 4 качания маятника 5 с индентором 6 и ось 7 образца 1 лежали в одной вертикальной плоскости и пересекались. Смещением стола 3 вдоль оси 7 образца добиваются касания индентора 6 с поверхностью образца. Маятник поворотом вокруг оси 4 отводят в сторону от образца, стол смещают вдоль оси 7 так, чтобы затем получить след скрайбирования на образце, отпускают маятник, маятник с индентором двигаются и формируют след в материале образца, например, левый след из представленных на фиг. 4 следов. Маятник опять отводят в исходное положение, стол опять смещают вдоль оси 7, маятник опять отпускают, формируется следующий (второй слева на фиг. 4) след, глубина которого больше глубины первого следа. Последующими аналогичными действиями получают следы до требуемой глубины hi, затем следы исследуют.

Данный пример показывает достижение заявляемого технического результата, т.к. получение таких следов по прототипу не было возможно.

Второй пример расположения следов скрайбирования показан на фиг. 5. В нем показан пример, когда устройство для скрайбирования выполнено с возможностью разворота оси образца 1 на некоторый угол β по отношению к оси качания маятника. Здесь ось качания маятника и ось образца выполнены перекрещивающимися в горизонтальной плоскости (при виде сверху). Угол перекрещивания β может быть равным 90° или отличным от 90°. Угол перекрещивания оси качания маятника и оси образца в вертикальной плоскости для фиг. 5 установлен равным нулю (применена такая призма, которая показана на фиг. 1), поэтому симметричные следы скрайбирования имеют одинаковую длину. Если установить угол, отличный от нуля (применить призму, показанную на фиг. 3 и 4), то симметричные следы будут иметь не равную длину.

Перекрещивание в горизонтальной плоскости под углом 90° или углом, отличном от 90°, осуществляется при любом угле их перекрещивания в вертикальной плоскости. Величина угла перекрещивания в вертикальной плоскости влияет на ассиметричность расположения следов скрайбирования, на их длину и глубину.

Это позволяет получать следы скрайбирования в любых сочетаниях, в том числе пересекающиеся.

Работа такого устройства аналогична работе устройства, описанного в первом примере. Но картина получаемых следов здесь иная, каждый след имеет свою индивидуальную глубину, длину и расположение.

Данный пример расширяет достижение заявляемого технического результата, т.к. получение таких следов по прототипу не было возможно.

Устройство для маятникового скрайбирования, включает в себя маятник, установленный на оси качания, несущий индентор, образец в виде цилиндра, расположенного и закрепленного под индентором в оснастке, отличающееся тем, что оснастка для ориентации и закрепления образца установлена на столе устройства и содержит призму, боковые образующие которой не параллельны ее основанию и наклонены по отношению к оси качания маятника так, что ось образца, установленного в призме, и ось качания маятника перекрещиваются в вертикальной плоскости, а оснастка со столом при этом установлены так, что ось образца и ось качания маятника перекрещиваются в горизонтальной плоскости под углом 90° или углом, отличном от 90°, при любом угле их перекрещивания в вертикальной плоскости.