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.
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 λ хода маятника или на минимальный угол θ, 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 h≥0 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.
1
2
1
2
1
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 П либо П (или П и П). Затем индентор вновь устанавливают в исходное положение (с тем же или иным углом φ) и запускают в рабочее перемещение B (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.