МАЯТНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
PENDULUM DEVICE FOR TESTING MATERIALS

Изобретение относится к устройствам для оценки физико-механических свойств методом индентирования, а именно к прогнозированию эксплуатационных свойств изделий, выполненных из инструментальных материалов, методом маятникового скрайбирования с обеспечением широких возможностей позиционирования исследуемого образца относительно движения индентора.
Известно устройство [Испытательная техника. Под ред. Клюева В.В. Книга 2. М.: Машиностроение, 1982, с. 95], содержащее в том числе станину, маятник с индентором, образец. Недостатком решения являются ограниченные возможности проведения испытаний материалов.
Известна установка [патент РФ «2164676, МПК G01B 5/28 на изобретение «Установка для диагностики несущей способности поверхностных слоев изделий». Патентообладатель: Иркутский государственный технический университет. Заявка №2000110110/28 от 19.04.2000. Опубл. 27.03.2001], содержащая в том числе корпус, маятник с индентором, призму для установки изделия. Недостатком решения являются ограниченные возможности проведения испытаний, а именно то, что след маятникового скрайбирования может быть расположен на цилиндрическом образце и только вдоль его оси.
Наиболее близким к заявляемому объекту, по мнению заявителя, является решение [патент РФ №2147737, МПК G01N 3/42 на изобретение «Устройство для испытания материалов». Заявка №98113760/28 от 07.07.1998. Опубл. 20.04.2000 Бюл. №11], в котором устройство для скрайбирования включает в себя основание, смонтированные на нем стойки с осью, несущей маятник с индентором, снабженный грузом и механизмом регулирования величины заглубления индентора в материал образца, который установлен и закреплен на предметном столике, имеющем возможность взаимно перпендикулярного перемещения образца в горизонтальной плоскости.
Недостатком указанного устройства являются его ограниченные возможности по позиционированию образца относительно движения индентора, в частности затруднительно обеспечить позиционирование образца так, чтобы индентор внедрялся в его материал с глубиной, отличной от нуля или выходил из материала образца с отличной от нуля глубиной.
Техническим результатом заявляемого решения является расширение технических возможностей устройства. Это достигается за счет того, что предметный столик дополнительно снабжен устройствами его качания в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, поворота вокруг вертикальной оси, перемещения по вертикали, а стойки смонтированы на несущей оси, установленной в опорах с возможностью регулирования угла наклона стоек относительно вертикали.
Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, включает в себя стойки с осью, несущей маятник с индентором, снабженный грузом и механизмом регулирования величины заглубления индентора в материал образца, который установлен и закреплен на предметном столике, имеющем возможность взаимно перпендикулярного перемещения образца в горизонтальной плоскости.
Однако заявляемый образец отличается тем, что предметный столик дополнительно снабжен устройствами его качания в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, поворота вокруг вертикальной оси, перемещения по вертикали, а стойки смонтированы на несущей оси, установленной в опорах с возможностью регулирования угла наклона стоек относительно вертикали.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлена принципиальная схема заявляемого устройства. На фиг. 3, 4 и 5 показаны комбинации следов маятникового скрайбирования, которые можно воссоздать при использовании предложенного устройства.
Маятниковое устройство для испытания материалов содержит основание 1, на котором установлены опоры 2, в них установлена несущая ось 3, на которой смонтированы стойки 4. Стойки 4 с несущей осью 3 установлены в опорах 2 с возможностью регулирования угла β наклона стоек 4 относительно вертикали. В стойках 4 установлена ось 5, несущая маятник 6, на котором закреплен индентор 7 и установлен груз 8. Индентор снабжен механизмом 9 микрометрического перемещения П1, например при вращении В1 рукоятки 10. На предметном столике установлен и закреплен образец 11. Предметный столик содержит элементы, обеспечивающие взимно перпендикулярные в горизонтальной плоскости перемещения П2 и П3, например, от вращения В2 и В3 рукояток 12 и 13. Верхняя часть 14 предметного столика установлена с возможностью качания (движение В4) вокруг горизонтальной оси (перпендикулярной плоскости рисунка, представленного на фиг. 1), например при вращении В5 рукоятки 15. Средняя часть 16 предметного столика установлена с возможностью качания (движение В6) вокруг второй горизонтальной оси, перпендикулярной первой оси, например, при вращении В7 рукоятки 17. Промежуточная часть 18 (или 181) предметного столика установлена с возможностью вращения В7 вокруг вертикальной оси, например при вращении В8 рукоятки 19. Нижняя часть 20 предметного столика установлена на стойках 21 с возможностью наладочного вертикального перемещения П4, например при вращении В9 рукоятки 22.
Маятник 6 на оси 5 установлен с возможностью качания (движение В10). Либо маятник с осью установлен в стойках 4 с возможностью качания (движение В10). Положение центра оси 5 и индентора 7 ориентированы углом β наклона стоек 4 так, чтобы индентор 7 находился над поверхностью образца 11. Груз 8 может быть выполнен сменным и с изменением местоположения по длине маятника. Устройство может быть дополнительно снабжено средствами отсчета начального положения маятника до рабочего хода (движения В10) маятника, фиксации маятника при выходе из материала образца, контроля процесса и результата взаимодействия индентора с образцом и т.д.
Работает устройство следующим образом. Индентор 7 устанавливают и закрепляют на маятнике 6. На маятнике монтируют груз 8. На предметном столике устанавливают и закрепляют образец 11. При изменении угла β наклона стоек 4 устанавливают покоящийся в нижнем вертикальном положении маятник 6 так, чтобы индентор находился над верхней плоскостью образца. Перемещением П4 образец подводят к индентору. Перемещениями П2 и П3 устанавливают образец относительно будущей траектории (движение В10) рабочего хода маятника так, чтобы воссоздать исследуемые условия нагружения образца (и индентора). Например, с различными условиями (параметр L1 на фиг. 3 и фиг. 4) входа индентора 7 во взаимодействие с материалом образца или с различными условиями (параметр L2 на фиг. 3 и фиг. 4) его выхода. Затем перемещением П1 при отведенном на некоторый угол α маятнике задают желаемую величину заглубления индентора в материал образца и отпускают маятник. При выходе индентора из материала образца маятник фиксируют. Образованный в теле образца след маятникового скрайбирования исследуют.
Уже только эта часть описания работы устройства доказывает достижение заявляемого технического результата, т.е. расширение технических возможностей устройства.
Дополнительное расширение технических возможностей устройства возможно при использовании перемещения П3, перемещения П2, качания В4 и В6, вращения В7 можно получать различные комбинации следов маятникового скрайбирования. Например, группа следов 23 может быть получена следующим образом: при настроенных величинах L1 и L2 получают первый след, затем перемащением П2 образец смещают на расстояние а, получают второй след и так далее.
Изменив положение образца качанием (В6) предметного стола, можно получить следы (группа 24) большей протяженности (и с другими L1 и L2).
Используя вращение (В7), можно получить перекрещивающиеся следы одинаковой (группа 25) и разной (группа 26) протяженности, с постоянным углом (группа 27) по отношению в краю образца и с переменным (группа 28), а также с нулевой величиной заглубления индентора на входе (L1=0) и на выходе (L2=0) при разной протяженности следов (группы 29 и 30) маятникового скрайбирования.