УДАРНИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ И ВЕЩЕСТВ МЕТОДОМ УПРУГОГО ОТСКОКА

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.
3
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 ρ=0,5÷10 г/см. 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.
3
прив
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 ρ=0,5÷10г/см, 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) - γ [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;
прив
N - количество колец в ударнике и соответственно γ, 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 ρ, представленных в таблице 1.
Таблица 1
Таблица значений плотности и твердости испытуемых материалов.
№ п/п
Материал ударника
ρ, г/см<sup>3</sup>
Твердость НУ, МПа
1
Дерево
0,39 г/см<sup>3</sup>
10÷15
2
Бетон 1
1,85 г/см<sup>3</sup>
30÷40
3
Бетон 2
2,26 г/см<sup>3</sup>
50÷60
4
Сталь
7,75 г/см<sup>3</sup>
236÷1076
Таблица 2
Зависимость N от γ<sub>прив</sub>
Материал ударника
d
γ<sub>прив</sub>
N
Сталь
d<sub>1</sub>
15,6
5,62
3
d<sub>2</sub>
23,8
2,83
2
d<sub>3</sub>
25,7
1,82
1
d<sub>4</sub>
26,5
1
0
1
2
3
4
где d - средний диаметр сердечника, d, d, d - 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, α - 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
i
Р - 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.
прив max
прив min
Если стакан полностью заполнен кольцами и сердечником, то γ - плотность материала стакана и колец с сердечником. Если кольца занимают половину объема, то  и, наконец, при пустом стакане имеем γ.
прив
прив
прив min
Например, если ударник расположен внутри двигателя, выполненного из соленоида, то максимальная плотность γ 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 γ от min до max, т.е. γ=0,1, а .
1
2
1
2
прив
им
им
Наибольшая чувствительность отскока  ударника при сравнении Н высот отскоков по сплошному изделию, т.е. без полостей, пустот и дефектов - h, и ударе по образцу с дефектами - h, где Δh=|h-h| имеем при γ≥γ, где γ - плотности испытуемого образца, Δh - 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]
прив
прив
Реально возможно изменять γ 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 γ 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 Δh в опытах с предложенным ударником на 5-10% меньше, чем для сплошных ударников, выполненных из различных материалов.