Brevet FR2284111A1 — publié le 19760402

la présente invention concerne les dispositifs pour l'essai des matériaux en appliquant une charge déterminée, et en mesurant le déplacement d'un élément de contact en plusieurs points du matériau Plies précisément, l'invention concerne les appareils pour mesurer la dureté d'un matériau selon un~procédé d'indentation sous l'action de charges de contact et principale, qui peut être utilisé, par exemple, pour mesurer la dureté des caoutchoucs, des matières plastiques et d'autres matériaux. On connais des appareils pour mesurer la dureté des caoutchoucs, basés sur la mesure des différences entre les profondeurs de pénétration dans le caoutchouc d'un pénétrateur sous l'action de charges principales et de contact; parmi ces appareils on peut citer, par exemple, le duromètre du type Johns, décrit dans le brevet des Etats Unis dtAmérique m0 2 643 545, ainsi qu'un duromètre de fabrication soviétique pour déterminer la dureté en unités internationales. Ce dernier appareil est analogue à l'appareil décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Bmérique précité. L'appareil comporte une patte de fixation serrant l'éprouvette du matériau contre une tablette te, un pénétrateur, qui est d'abord chargé par un poids de contact, puis par un poids principal, et un indicateur, qui permet de déterminer la différence entre les profondeurs de pénétration du pénétrateur dans l'éprouvette sous l'action du poids de contact et du poids principal. Lors des essais on doit déterminer la dureté au moins en trois points de 1'éprouvette à étudier, ce qui est imposé par l'hétérogé- néité du matériau à étudier. D'ordinaire, on mesure la dureté en trois points. Cette opération entrain des pertes de temps importantes, et nécessite le calcul de la moyenne arithmétique des trois valeurs relevées. En outre, au cours du fonctionnement de l'appareil connu les pénétrateurs se déplacent sur deux organes de guidage et du fait qu' il existe une friction inévitable l'erreur de mesure augmente, ce qui est particulièrement indésirable lorsqu'on mesure la dureté car les normes en vigueur concernant les mesures stipulent une tolérance très stricte, égale à 2 graizet-. I1 convient également de souligner les difficultés que soulève l'alignement des poids et des pénétrateurs dans les appareils connus, problème devenant particulièrement ardu du fait, qu'à cause de la microhétérogénéité du matériau le centre de gravité d'un poids peut être situé en dehors de son axe de symétrie, et, par conséquent, de l'axe du pénétrateur, ce qui peut provoquer l'apparition d'un couple de rotation appliqué à la charge et provoquant l'apparition d'efforts de friction supplémentaires dans les organes de guidage des pénétrateurs. a présente invention a pour but de réaliser un appareil plus précis pour l'essai de la dureté des matériaux, ne comportant pas les inconvénients indiqués plus haut. La présente invention est basée sur la résolution du problème de la modification du système d'application de la charge et de con trôle des déplacements mesurés des pénétrateurs dans l'appareil de manière à éliminer les erreurs survenant au cours des mesures à causes des influences différentes sur le pénétrateur tout en améliorant le rendement de l'opération de mesure. Pour résoudre ce problème, l'appareil suivant l'invention pour l'essai des matériaux par application à ceux-ci d'une charge constituée par un poids, au moyen d'une tige formant pénétrateur, et comprenant un pénétrateur sur lequel agit un poids de grandeur prédéterminée, est caractérisé en ce qu il comporte trois pénétrateurs, dont les tiges entrent en contact avec un dispositif mécanique unique fournissant une moyenne de leurs déplacements sous l'action des poids au moment de l'essai du matériau, en trois points simultanément. Une telle solution technique permet d'améliorer le rendement des essais des matériaux, lorsqu'il faut obtenir un indice unique moyen, par exemple de la dureté simultanément en trolls points du matériau. Selon une variante de réalisation de l'invention, l'appareil pour l'essai des matériaux est caractérisé par le fait, que chaque pénétrateur est fixé sur un fléau, dont le centre de gravité se situe en position d'équilibre stable, tandis que les poids sont agencés pour être suspendus aux fléaux en un point situé en-dessous du point d'appui du pénétrateur sur le matériau à essayer, selon l'axe vertical longitudinal du pénétrateur. Ce perfectionnement permet de réaliser la mise en charge du pénétrateur sans friction des pièces de l'appareil les unes contre les autres et sans avoir à redouter l'apparition d'un couple de rotation en cas d'excentricité des points d'application de la charge et du point d'appui de pénétrateur sur le matériau. Selon une autre variante de l'invention l'appareil est caractérisé en ce que les poids sont suspendus au fléau du pénétrateur par des crochets comportant une échancrure en forme de coin, dans laquelle peut entrer une échancrure identique du fléau, les soumets des échancrures entrant en contact en position de travail se situent sur un axe vertical coïncidant avec l'axe longitudinal des pénétrateurs. Cette amélioration est prévue pour obtenir une suspension commode des poids dans l'appareil pour la mesure de la dureté, par exemple des matériaux polymères. En outre l'appareil est caractérisé du fait que lors de l'essai du matériau en trois points simultanément, le dispositif mécanique pour fournir la moyenne des déplacements linéaires des pénétrateurs comporte un élément qui prend appui simultanément et en permanence sur les tiges des pénétrateurs en trois points disposés sur des rayons espacés d'un angle de 1200 les uns par rapport aux autres, et équidistants du point central dont le de place- ment est une grandeur égale à la moyenne arithmétique des valeurs des déplacements des pénétrateurs. Une telle réalisation du dispositif mécanique pour fournir ladite moyenne permet d'obtenir avec précision la valeur arithmétique moyenne des déplacements des trois pénétrateurs. Ceci a été établi par voie expérimentale. Suivant encore une autre variante de réalisation de l'appareil, ledit élément dudit dispositif mécanique pour fournir ladite moyenne est réalisé sous la forme d'un levier à trois bras, dont les extrémités portent des logements sphériques, où sont introduites les extrémités libres des pénétrateurs, tandis qu'au point milieu du levier est appliquée la tige de mesure de l'appareil indicateur des déplacements linéaires. Enfin, la réalisation du dispositif mécanique pour fournir la ditamoyenne sous la forme d'un levier à trois bras, comme on la établi, constitue une solution simple et commode, car elle permet de réaliser un levier léger de faible encombrement. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dazis lesquels la Fig. 1 représente l'appareil selon l'invention pour détermi- ner la dureté d'un matériau à l'aide de trois pénétrateurs coopérant avec un dispositif mécanique de prise de moyenne des déplacements linéaires; la Fig. 2 est une vue en coupe de 11 appareil suivant la ligne Il-II de la Fig. 1; la-Fig. 3 est une vue en coupe de l'appareil suivant la ligne III-III de la Fig. 1; la Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la Fig. 3;; la Fig. 5 est un schéma de principe d'une variante de l'appareil pour mesurer la dureté des matériaux, dans lequel on utilise un dis- positif perfectionné pour suspendre la charge sur le pénétrateur, selon l'invention; la Fig. 6 montre l'ensemble de suspension de la charge dans 1' appareil-selon la Fig. 5. L'appareil suivant l'invention pour mesurer la dureté par indentation comporte trois pénétrateurs 1 (Fig. 1,2) disposés vertical lement avec leurs axes longitudinaux situés aux sommets d'un triangle équilatéral et se terminant à leur partie inférieure par une sphère, qui sert à la pénétration dans -l'éprouvette à essayer et un convertisseur linéaire 2 (Fig.3) des déplacements, qui est réalisé sous la forme d'une étoile à trois branches, raccordant entre eux les pér.é- trateurs 1 (Fig. 1,2) et qui sert à transformer les déplacements de tous les pénétrateurs en un déplacement moyen. Des jonctions articules spéciales à rotule se composent dilin, doigt rotatif (Fig. 4) raccordé au pénétrateur 1, et d'un logezer. 4, fixé au convertisseur 2 et présentant une surface interne spnéri- que, dont le rayon est choisi tel que le point de contact du doigt avec le logement, dans n'importe cuelle position du convertisseur 2, reste placé sur l'axe a-a vertical du pénétrateur, grace à quoi la charge constituée, due à un pied à ressort d'un appareil indicateur 5 agit sur les pénétrateurs dans une direction strictement verticale, ce qui assure à son -tour une diminution de 12 fiction dars les ^ des du pénétrateur. les articulations servent à assurer un couplage mobile entre le convertisseur 2 et les pénétrateurs 1. il est prévu un v brateur, qui sert à éliminer la friction au repos dans l'articulation à rotule (qui, conventionnellement, n'est pas représenté sur les dessins). L'appareil indicateur 5 du type à cadran et à aiguille, dont le pied à ressort est-en appui sur le convertisseur 2, sert à mesurer le déplacement du point central de la plaque du convertisseur 2. Des poids cylindriques 6 (Fig. 1,2) disposés concentriquement par rapport aux pénétrateurs 1 agissent sur ceux-ci par gravité au moment de la mesure de la dureté des matériaux polymères. Un élément coulissant 7, sur une surface horizontale duquel viennent prendre appui les poids 6 avant le commencement de la mesu- re, peut être déplacé sur une colonne 8 en faisant tourner un volant 9. Il est également prévu un socle 10 sur lequel est fixée la colonne 8 et un indicateur de niveau 11, qui sert à contrôler la position verticale des pénétrateurs. Sur le socle 10 est disposée une éprouvette 12 à étudier, qui est serrée contre celui-ci à l'aide d une patte à ressort 13. L'appareil fonctionne de la façon suivante. Lorsqu'on fait descendre l'élément coulissant 7, la patte de serrage 13 serre l'éprouvette 12 contre le socle 10. À mesure que l'organe coulissant descend, les trois pénétrateurs 1 entrent en contact avec l'éprouvette sur laquelle est alors appliquée la charge de contact formée par le poids des pénétrateurs 1, du convertisseur 2 et par la pression du ressort de l'appareil indicateur 5. Puis, l'tndicateur est remis à zéro. Â mesure que l'élément coulissant 7 continue à descendre le poids 6 vient en appui sur des rebords des pénétrateurs, qui pénètrent dans l'éprouvette.La particularité principale de l'appareil réside dans le fait, que 1'indicateur donne la moyenne arithmétique de la valeur de pénétration des trois pénétrateurs dans le matériau grâce au fait que son pied de mesure est placé sur un point du convetisseur linéaire dont le déplacement, lors de la charge des pénétrateurs par un poids, représente la moyenne arithmétique des valeurs de leurs déplacements. L'essai de l'appareil a démontré ses caractéristiques métrologiques satisfaisantes et son bon fonctionnement. On examinera maintenant une variante de réalisation de 1' appa- reil suivant l'invention. Selon cettc variante perfectiont1ce, trois pénétrateurs 14 (Fig. 5) ayant un embout sphérique à leur extrémité inférieure et un cône 15 à leur extrémité supérieure, sont rigidement raccordé à un fléau 16. Sur ce cone 15 vient en appui un tonvertisseur linéaire 17 de dé- placements, au centre duquel prend appui un pied d'un appareil indi cateur 18, fixé sur le bâti de l'appareil. Le fléau 16 est construit de telle manière que son centre de gravité soit situé plus bas que le point d'appui du pénétrateur 14 sur une éprouvette 19 à essayer et que sa masse des deux côtés de l'axe vertical a-a soit égale. Ainsi on assure le positi;onnenent automatique du fléau 16 avec le pénétrateur en position verticale. le fléau 16 repose librement sur 1' éprouvette et n'exige aucun support. le fléau 16 est retenu contre tout pivotement autour de l'axe du pénétrateur au moyen d'un limiteur 20. L'éprouvette 19 est serrée contre une tablette 21 de l'appareil par trois pattes de serrage 22. Des poids 23 sons suspendus aux fléaux 16 par des crochets 24 (Fig.6). Lorsque la charge de contact est appliquée et après les essais, les poids reposent sur une plate-forme 25. L'appareil fonctionne de la manière suivante. La tablette 21 recevant l'éprouvette 19 est déplacée avec cette éprouvette vers le haut jusqu a ce que les pénétrateurs 14 sortent des ouvertures ae guidage coniques du limiteur 20. En plan ces ouvertures se trouvent dis- posées aux sommets d'un triangle équilatéral, ce qui assure la répartition necessaire des pénétrateurs sur l'éprouvette. Les patt-es Ce serrage serrent l'éprouvette contre la tablette. Le poids des éprouvettes 14, des fléaux 16, de le plaque 17 et la pression du pied de l'indicateur 18 constitue une charge de contact. Après la durée nécessaire de maintien de la charge de contact, l'aiguille de l'indicateur est amenée à zéro. Les poids 23 reposent sur la tablette 25. lorsque la tablette est abaissée de nouveau les poids avec les crochets 24 se trouvent suspendus aux fléaux et sous leur action les pénétrateurs pénètrent dans l'éprouvette. Dans les fléaux sont aménagés des échancrures de la même forme que celles des crochets, qui sont situées sur l'axe a-a et sur nit l'application des poids selon l'axe des pénétrateurs en excluant un déplacement éventuel des poids. L'indicateur 18 installé au centre d'un triangle équilatéral aux sommets duquel se trouvent les pénétrateurs, accuse la moyenne arithmétique des profondeurs des indentations formées par chaque pénétra teur. Après avoir relevé les résultats sur l'indicateur, on lève la tablette 25, les poids 23 remontant alors et les crochets 24 libérent les fléaux 16. Puis on fait descendre la tablette 21, les fléaux descendent et reviennent en position initiale dans les guides coniques du limiteur 20. La suspension libre des poids 23 sur les fléaux 16 assure la mise en place du centre de gravité des poids sur l'axe vertical a-a même au cas où le centre de gravité du poids ne coïncide pas avec son centre géométrique. Ceci rend inutile l'ajustage du poids, tout en assurant l'application exacte du poids selon l'axe du pénétrateur et évite un écart du pénétrateur par rapport à la verticale, ce qui améliore la précision de la mesure et réduit la dispersion des résultats. l'essai du duromètre indiqué à donné des résultats positifs. il est évident que l'invention, bien que décrite dans son utilisation pour un appareil de mesure de la dureté des matériaux polymères, peut être utilisée avantageusement dans n'importe quel appareil et mécanisme lorsque d'une part il faut assurer la mesure d'un déplacement d'une pièce, d'un mécanisme ou d'un élément sensible d' un indicateur pris en moyenne d'après trois déplacements, et d'autre part, lorsqu'on doit éliminer les erreurs de fonctionnement des dispositifs, dues à une application excentrique des poids ou à la friction entre des pièces. Bien que l'utilisation conjuguée des perfectionnements proposés par l'invention donne les meilleurs résultats, chacun de ceux-ci séparément peut s'avérer utile pour atteindre un but partiel. Revendications 1 - Appareil pour l'essai de lR dureté des matériaux en appliquant à ceux-ci une charge constituée par un poids au moyen d'une tige de contact, comprenant un pénétrsteur sur lequel agit un poids donné, caractérisé en ce qu'il comporte trois pénétrateurs, dont les tiges entrent en contact avec un dispositif mécanique adapté pour fournir la moyenne-de leurs déplacements sous l'action des poids au moment de l'essai d'un matériau en trois points simultanément. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pénétrateur est fixé sur un fléau dont le centre de gravité est situé en position d'équilibre stable, tandis cue les poids sont agencés de façon à pouvoir être suspendus auxdits fléaux en un point situé en dessous du point où le pénétrateur vient en appui sur le matériau à essayer, selon l'axe vertical longitudinal du pénétrateur. 7 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le poids est suspendu au fléau du pénétrateur sur des crochets comportant une échancrure dans laquelle s'engage une échancrure identique du fléau, les sommets des échancrures entrant en contact et étant situés, en position de travail, sur un axe vertical, coïncident avec l'axe longitudinal des pénétrateurs. 4 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lors de l'essai d'un matériau en trois points simultanément le dispositif mécanique pour fournir la moyenne des déplacements linéaires des pénétrateurs comporte un élément qui est en appui simultanément et en permanence sur les tiges des pénétrateurs en trois points disposés sur des rayons formant des angles de 1200 les uns par rapport aux autres et équidistants d'un point central, et qui se déplace d'une grandeur représentant la moyenne arithmétique des valeurs des déplacements des pénétrateurs. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit élément mécanique adapté pour fournir ladite moyenne est constitué par un levier plat à trois branches aux extrémités desquelles sont prévus des logements sphériques, dans lesquels pénètrent les extrémités libres des pénétrateurs, tandis qu'au point milieu du levier est appliquée une tige de mesure d'un appareil indicateur de déplacements linéaires.