УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ УЗКИХ ЩЕЛЕЙ

Полезная модель относится к неразрушающему контролю качества изделий, а именно к электромагнитному контролю, и может быть применена в различных отраслях машиностроения.
Известно устройство (п.5.5.3 Паспорт Иа2.706.002 ПС. Комплект образцов искусственных дефектов и зазоров КОИДЗ) для измерения глубины узких щелей шириной их раскрытия не менее 0,1 мм, состоящее из щупа, выполненного из фольги толщиной 0,08÷0,1 мм.
Измерение глубины узких щелей такими щупами проводится следующим образом:
Из фольги толщиной 0,08÷0,1 мм вырезают полоску шириной 3×30 мм. Полоску торцом шириной 3 мм устанавливают до упора в щель. Сгибают полоску так, чтобы она плотно была прижата к поверхности образца, рядом с дефектом. При сгибе полоски необходимо чтобы торец полоски шириной 3 мм упирался в дно щели. Вынимают полоску из щели и визуально убеждаются, что в месте сгиба полоски образовался четкий прямой угол. Данный угол образован двумя частями. Узкая часть полоски - часть полоски, находящаяся в щели, другая часть полоски образована ее прижатием к поверхности измеряемого образца рядом со щелью. Располагают согнутую полоску на пластине так, чтобы ее узкая сторона шириной 3 мм была строго перпендикулярна поверхности пластины. Устанавливают пластину с фольгой на столик микроскопа. При этом узкая часть полоски, равная глубине щели, должна быть параллельна одной из визирных линий окуляра микроскопа. Проводя ряд последовательных измерений, определяют длину узкой части полоски.
Недостатками данного устройства являются трудоемкость и низкая точность таких измерений.
1
1
1
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для измерения глубины узких щелей (п.5.5.4 Паспорт Иа2.706.002 ПС. Комплект образцов искусственных дефектов и зазоров КОИДЗ), содержащее считывающий индикатор, установочную призму и щуп, выполненный в виде пластины, поперечное сечение которой S=(0,5÷0,9)T×(0,1÷0,2)L, где T и L соответственно ширина и длина узкой щели. Длина измерительной части щупа больше глубины щели. Минимальная толщина щупа в данном устройстве для обеспечения необходимой жесткости равна 0,1 мм. С помощью такого устройства очень удобно измерять глубину щелей шириной более 0,1 мм.
Недостатком данного устройства является то, что для измерения глубины узких щелей шириной менее 0,1 мм, по своим характеристикам приближающихся к свойствам реальных трещин шириной 0,001÷0,03 мм, данное устройство с измерительным щупом толщиной не менее 0,1 мм не подходит t≤(0,7÷0,9)Tt≤(0,7÷0,9)T
2
1
Для достижения необходимого технического результата устройство для измерения глубины узких щелей снабжено щупом, который выполнен толщиной t≤(0,7÷0,9)T, шириной L≤S/t с плоским контактным торцом, а боковые узкие стороны щупа, расположенные рядом с его плоским торцом, выполнены к нему под углом α≥90°.
Признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, позволяют изготавливать устройства для измерения узких щелей шириной раскрытия менее 0,1 мм.
Предлагаемое устройство для измерения глубины узких щелей иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1÷3.
2
1
На фиг.1 показано устройство для измерения глубины узких щелей, содержащее считывающий индикатор 1, установочную призму 2 и щуп 3, который выполнен толщиной t≤(0,7÷0,9)T, шириной L≤S/t с плоским контактным торцом, а боковые узкие стороны щупа, расположенные рядом с его плоским торцем, выполнены к нему под углом α≥90°.
На фиг 2 показан торец щупа с прогибом β устройства для измерения глубины узких щелей.
На фиг.3 показан щуп 2 устройства для измерения глубины узких щелей.
2
1
Устройство для измерения глубины узких щелей содержит считывающий индикатор 1, установочную призму 2 и щуп 3, выполненный толщиной t≤(0,7÷0,9)T, шириной L≤S/t с плоским контактным торцем, а боковые узкие стороны щупа, расположенные рядом с его плоским торцем, выполнены к нему под углом α≥90°.
Контактный торец тонкого щупа необходимо выполнять плоским. Изготовление его торца заостренной или овальной формы будет приводить, вследствие малой жесткости, к загибу сужающийся части щупа от действия пружины считывающего индикатора при установке устройства на измеряемую металлическую поверхность.
2
Ширина щупа L не может быть произвольно узкой. Минимальная его ширина должна обеспечивать необходимую жесткость, достаточную чтобы уравновешивать упругую силу пружины индикатора, передаваемую на щуп при установке устройства на поверхность объекта контроля. Конкретно минимальную ширину щупа можно определить из формулы
2
1
L≤S/t,
1
где S - минимальное поперечное сечение щупа толщиной t≥0,1 мм для измерений щелей шириной более 0,1 мм.
С уменьшением толщины щупа необходимая жесткость может обеспечиваться путем увеличения его ширины. При этом происходит резкое увеличение отношения ширины к его толщине, что приводит к уменьшению жесткости щупа по его ширине и появлению неплоскостности в этом направлении. Данная величина может достигать значений β≥T. Вследствие этого, если щуп расположен перпендикулярно измеряемой поверхности, он из-за большой неплоскостности β, превышающей ширину узкой щели T, не может быть вставлен в нее. Выходом в данном случае может быть начальное вставление щупа с его угла, если его величина α≥90°. При этом остальная часть щупа входит в щель за счет его гибкости при установке устройства перпендикулярно измеряемой поверхности. С увеличением данного угла заметно возрастает жесткость щупа в этом месте. При меньшем угле (α<90°) щуп из-за очень малой его толщины при соприкосновении с металлической поверхностью будет загибаться. Удобнее вставлять щуп в щель при угле α>90°.
2
Для измерений глубины щелей шириной их раскрытия не менее 0,3 мм толщина металлического щупа может быть выбрана равной 0,1 мм, что при минимальной ширине его, например 3 мм, обеспечивает ему необходимую жесткость. При установке устройства на поверхность объекта измерений щуп с поперечным сечением 0,1×3 мм под действием прижимной пружины считывающего индикатора, равного 0,1 H, не будет прогибаться. Минимальная ширина щупа, равная 3 мм, необходима для обеспечения возможности 3÷5 измерений, равномерно распределенных по длине конечной длины щели, равной 10÷15 мм. Такое минимальное число измерений глубины по длине щели необходимо для определения характера ее профиля. С учетом уменьшения ширины раскрытия щели к ее дну, равным 0,02÷0,03 мм, вызванной электроэрозионным способом изготовления щели, толщина щупа 0,1 является очень малой по сравнению с остаточной шириной щели рядом с ее дном и поэтому обеспечивает точное измерение глубины щели за счет свободного перемещения щупа в щели вдоль ее длины. Отношение ширины щели к толщине щупа при этом составляет 2÷3 или ее обратное соотношение равно 0,3÷0,5. Если использовать щуп толщиной 0,2 мм, абсолютная разность между шириной щели и толщиной щупа, равная 0,1 мм, позволяет сравнительно несложно вставлять щуп в щель и свободно перемещаться в ней, так как имеющиеся неровность профиля щели и шероховатость ее стенок не превышают сотых долей миллиметра.
Современная модель щели должна достаточно точно повторять свойства реальных трещин, характеризующихся большим отношением глубины трещины к ее ширине. Очень часто трещины при глубине 1÷2 мм имеют ширину раскрытия 1÷3 мкм. Таким образом, отношение глубины к ширине реальных трещин достигает 1000 и более. По установившимся требованиям для искусственных дефектов в виде электроэрозионных щелей данное соотношение должно быть не менее 3. Для не самого мелкого порогового дефекта глубиной 0,3 мм ширина раскрытия не должна превышать 0,1 мм. Намного лучше, если ширина раскрытия при глубине 0,3 мм будет меньше 0,1 мм. Современные электроэрозионные станки позволяют изготавливать щели шириной на выходе к поверхности, не превышающей 0,06 мм. К дну щели ее ширина сужается до 0,055 мм. Кроме этого, необходимо учитывать неровности профиля щели по ее длине и глубине, а также шероховатость стенок щели. Таким образом, с учетом приведенных факторов наибольшая толщина щупа не может быть более 0,04 мм. Разность между шириной узкой щели и толщиной тонкого щупа составляет не более 0,015 мм, что приводит к значительным трудностям при вводе щупа в щель.
Наибольшая ширина щупа для обеспечения необходимой его жесткости с учетом конечных размеров длины искусственной щели, минимального числа измерений по ее длине, равного 2÷3, не может превышать 4÷5 мм. При соотношениях минимальной ширины щупа к его толщине, превышающих 100, не обеспечивается его плоскостность, образуется прогиб β (фиг.2), сравнимый или превосходящий ширину щели. Поэтому, если прямо пытаться вставить щуп в щель, имеющееся неплоскостность щупа, то есть несовпадение профилей щупа и щели не позволят осуществить эту операцию. Необходимо вставлять щуп в щель с его угла. Если данный угол щупа прямой, возможно сгибание его в этом месте при касании угла щупа с измеряемой поверхностью. Для увеличения жесткости угол α между плоским торцом щупа и его боковой стороной должен быть максимально увеличен и быть не менее 110÷130°. При обеспечении входа угла щупа в щель и последующей установке всего устройства перпендикулярно к измеряемой поверхности за счет гибкости щуп весь входит в щель.
Работа устройства для измерения глубины узких щелей проводится в следующей последовательности.
1
2
1
Устанавливают устройство с тонким щупом, толщиной меньше ширины измеряемой узкой щели, и считывающим индикатором, закрепленных в установочной призме, перпендикулярно к поверхности объекта контроля, рядом со щелью. Фиксируют показание A считывающего индикатора. Наклоняют устройство так, чтобы между плоским торцом щупа и измеряемой металлической поверхностью образовался угол. Поднимают щуп. Перемещают устройство так, что бы щуп устройства был над щелью, опускают щуп в щель до упора с ее дном. Перемещают устройство вдоль щели, измеряют и фиксируют 3÷5 значений глубины щели, равномерно распределенных по ее длине. Определяют среднее арифметическое Ā из показаний A считывающего индикатора и по разности показаний Ā-A судят о глубине щели.