RU100261U1 - MEASURING HEAD TO BRINELL'S HARDWARE FOR REGISTRATION OF LOAD AND DEPTH OF PRESSURE - Google Patents

Abstract

Измерительная головка к твердомеру Бринелля, состоящая из собранных в корпусе узла нагружения, предназначенного для передачи нагружающей силы от твердомера на шаровой индентор, расположенный в наконечнике, с регистрацией нагружающей силы при помощи динамометра и тензодатчиков, узла измерения глубины вдавливания шарового индентора в испытываемый образец, состоящего из измерительной балки с тензодатчиками и измерительного стержня, проходящего в осевое отверстие наконечника и прижатого к верхней точке шарового индентора, а также узла крепления измерительной головки к твердомеру, отличающаяся тем, что узел нагружения содержит опору нагружения, установленную с возможностью перемещения в обойме, нижний торец которой снабжен крышкой, имеющей осевое отверстие с кольцевым выступом, контактирующим с испытываемым образцом и обеспечивающим контакт последнего с нижней точкой шарового индентора, при этом измерительный стержень проходит через осевое отверстие опоры нагружения, а измерительная балка закреплена с обеспечением необходимого изгиба на разрезном кольце, стягиваемом хомутом и установленном с возможностью осевого перемещения по наружной поверхности обоймы. The measuring head to the Brinell hardness tester, consisting of a loading unit assembled in the housing, designed to transfer the loading force from the hardness tester to the ball indenter located in the tip, with recording the loading force using a dynamometer and strain gauges, a unit for measuring the depth of indentation of the ball indenter into the test sample, consisting of from a measuring beam with strain gauges and a measuring rod passing into the axial hole of the tip and pressed against the upper point of the ball indenter, as well as the assembly replication of the measuring head to the hardness tester, characterized in that the loading unit comprises a loading support mounted to move in a cage, the lower end of which is provided with a cover having an axial hole with an annular protrusion in contact with the test sample and providing contact of the latter with the lower point of the ball indenter, while the measuring rod passes through the axial hole of the load support, and the measuring beam is fixed with the necessary bending on the split ring, tighten clamp and installed with the possibility of axial movement on the outer surface of the cage.

Description

Полезная модель относится к области испытания материалов на механическую прочность и может быть использована для оценки механических свойств материалов без изготовления образцов стандартных размеров.The utility model relates to the field of testing materials for mechanical strength and can be used to assess the mechanical properties of materials without making samples of standard sizes.

Известно устройство SSM-1000, предназначенное для измерения механических свойств материалов методом вдавливания индентора, закрепляемое на образце при помощи постоянного магнита (www.atc-ssm.com/PDF/IPC04-0357.pdf). Прибор состоит из нагружающего механизма, датчика перемещения, скобы крепления датчика перемещения, толкателя нагружающего механизма, патрона, магнитной скобы и индентора в виде цилиндрического стержня с шаровой поверхностью на конце и образца. К недостаткам прибора можно отнести протяженную размерную цепь прибора, некоторые элементы которой нелинейно зависят от нагрузок, возникающих при вдавливании индентора, поскольку включают в себя зазоры между образцом и магнитной скобой, зазоры в коническом хвостовике патрона и толкателя и зазор между патроном и индентором. Вследствие этого значительно снижается точность измерения глубины вдавливания индентора по отношению к поверхности испытываемого образца.A device SSM-1000 is known, designed to measure the mechanical properties of materials by indentation indentation, mounted on a sample using a permanent magnet (www.atc-ssm.com/PDF/IPC04-0357.pdf). The device consists of a loading mechanism, a displacement sensor, a mounting bracket for a displacement sensor, a pusher of the loading mechanism, a cartridge, a magnetic bracket and an indenter in the form of a cylindrical rod with a spherical surface at the end and a sample. The disadvantages of the device include the extended dimensional chain of the device, some elements of which nonlinearly depend on the loads that occur when the indenter is pressed, because they include gaps between the sample and the magnetic bracket, gaps in the conical shank of the cartridge and pusher, and the gap between the cartridge and indenter. As a result, the accuracy of measuring the indenter indentation depth with respect to the surface of the test sample is significantly reduced.

В качестве прототипа выбрана измерительная головка к твердомеру Бринелля для регистрации нагрузки и глубины вдавливания (патент РФ №2320974, МПК: G01N 3/42). В измерительную головку входят собранные в корпусе, узел нагружения, содержащий толкатель, динамометр с тензодатчиками сопротивления, центрирующий шар для передачи нагрузки от толкателя к динамометру строго по оси симметрии, заглушку, наконечник, в сферической полости которого расположен шаровый индентор, и узел регистрации перемещения шарового индентора относительно поверхности образца. Узел регистрации состоит из измерительного стержня, проходящего через осевое отверстие наконечника и прижатого к верхней точке шарового индентора, а также измерительной балки с тензодатчиками. Измерительная балка закреплена на обойме, установленной с возможностью перемещения по внешней поверхности корпуса. Крепление измерительной головки к твердомеру Бринелля осуществляется через толкатель,As a prototype, a measuring head was selected for the Brinell hardness tester for recording the load and the indentation depth (RF patent No. 2320974, IPC: G01N 3/42). The measuring head includes the assembly assembled in the housing, the loading unit containing the pusher, a dynamometer with resistance strain gauges, a centering ball for transferring the load from the pusher to the dynamometer strictly along the axis of symmetry, a plug, a tip, in which the ball indenter is located in the spherical cavity, and a ball movement registration unit indenter relative to the surface of the sample. The registration unit consists of a measuring rod passing through the axial hole of the tip and pressed to the upper point of the ball indenter, as well as a measuring beam with strain gauges. The measuring beam is mounted on a clip mounted to move along the outer surface of the housing. The measuring head is attached to the Brinell hardness tester through a pusher,

К недостаткам прототипа можно отнести следующее:The disadvantages of the prototype include the following:

- при нарушении перпендикулярности оси подвижной части твердомера относительно поверхности испытываемого образца возникает несоосность динамометра, обоймы и толкателя, приводящая к изгибу динамометра и его трению о внутреннюю стенку корпуса, что отрицательно сказывается на точности регистрации параметров вдавливания;- if the axis of the movable part of the hardness tester is not perpendicular to the surface of the test sample, misalignment of the dynamometer, cage, and pusher results in bending of the dynamometer and its friction against the inner wall of the housing, which negatively affects the accuracy of recording the indentation parameters;

- база отсчета находится далеко от шарового индентора, поэтому в измерение перемещения могут добавляться перемещения от изгиба испытываемого образца, что также снижает точность регистрации;- the reference base is far from the ball indenter, therefore, displacements from the bend of the test sample can be added to the measurement of displacement, which also reduces the accuracy of registration;

- для работы измерительной головки необходим предварительный изгиб измерительной балки, регулировка которого осуществляется изменением длины измерительного стержня. В случае недостаточного изгиба измерительный стержень приходится заменять, что создает неудобства при выполнении измерений;- for the measuring head to work, preliminary bending of the measuring beam is necessary, the adjustment of which is carried out by changing the length of the measuring rod. In case of insufficient bending, the measuring rod must be replaced, which creates inconvenience when taking measurements;

- размеры испытываемых образцов определены размерами обоймы измерительной головки и должны превышать 50×50 мм.- the dimensions of the test samples are determined by the dimensions of the holder of the measuring head and must exceed 50 × 50 mm.

Задачей полезной модели является повышение точности регистрации величины нагрузки и глубины вдавливания, а также уменьшение размеров испытываемых образцов.The objective of the utility model is to increase the accuracy of recording the magnitude of the load and the depth of indentation, as well as reducing the size of the test samples.

Поставленная задача достигается тем, что в измерительной головке к твердомеру Бринелля, состоящей из собранных в корпусе узла нагружения, предназначенного для передачи нагружающей силы от твердомера на шаровый индентор, расположенный в наконечнике, и регистрируемой при помощи динамометра с тензодатчиками, узла измерения глубины вдавливания шарового индентора в испытываемый образец, состоящего из измерительной балки с тензодатчиками и измерительного стержня, проходящего через осевое отверстие наконечника и прижатого к верхней точке шарового индентора, а также узла крепления измерительной головки к твердомеру, согласно полезной модели, узел нагружения содержит опору нагружения, установленную с возможностью перемещения в обойме, нижний торец которой снабжен крышкой, имеющей осевое отверстие с кольцевым выступом, контактирующим с испытываемым образцом и обеспечивающим контакт последнего с нижней точкой шарового индентора, при этом измерительный стержень проходит через осевое отверстие опоры нагружения, а измерительная балка закреплена с обеспечением необходимого изгиба на разрезном кольце, стягиваемом хомутом, и установленном с возможностью осевого перемещения по наружной поверхности обоймы.The task is achieved by the fact that in the measuring head to the Brinell hardness tester, consisting of a loading unit assembled in the housing, designed to transfer the loading force from the hardness tester to the ball indenter located in the tip, and recorded using a dynamometer with strain gauges, a unit for measuring the depth of indentation of the ball indenter into the test sample, consisting of a measuring beam with strain gauges and a measuring rod passing through the axial hole of the tip and pressed to the upper point ball indenter, as well as the mounting unit of the measuring head to the hardness tester, according to the utility model, the loading unit comprises a loading support mounted to move in a cage, the lower end of which is provided with a cover having an axial hole with an annular protrusion in contact with the test sample and providing contact of the latter with the lower point of the ball indenter, while the measuring rod passes through the axial hole of the load support, and the measuring beam is fixed to ensure the necessary bending at split ring, a contractible collar and mounted for axial movement along the outer surface of the ferrule.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг 1 изображен общий вид измерительной головки в разрезе.In Fig 1 shows a General view of the measuring head in section.

На фиг.2 - измерительная головка, вид сбоку.Figure 2 - measuring head, side view.

Измерительная головка состоит из корпуса 1, верхняя часть которого предназначена для установки на твердомере Бринелля 2 при помощи резьбового кольца 3, закрепленного в корпусе 1 винтами 4. Внутри корпуса 1 установлена обойма 5, в которой размещены динамометр 6 с тензодатчиками сопротивления, наконечник 7 с шаровым индентором 8, опора нагружения 9. Через осевые отверстия опоры нагружения 9 и наконечника 7 проходит измерительный стержень 10, упирающийся нижним концом в шаровый индентор 8. На нижнем торце обоймы 5 расположена крышка 11, имеющая осевое отверстие с кольцевым выступом, служащим для контакта с испытываемым образцом 12. Осевое отверстие крышки 11 обеспечивает контакт нижней точки шарового индентора с испытываемым образцом. На обойме между корпусом 1 и крышкой 11 размещена пружина 13, для обеспечения плотного контакта крышки обоймы и образца, расположенного на рабочем столе 14 твердомера.The measuring head consists of a housing 1, the upper part of which is designed to be installed on a Brinell hardness tester 2 using a threaded ring 3 fixed in the housing 1 by screws 4. A housing 5 is installed inside the housing 1, in which a dynamometer 6 with resistance strain gauges is placed, a tip 7 with a ball indenter 8, load support 9. Through the axial holes of the load support 9 and the tip 7 passes the measuring rod 10, abutting the lower end against the ball indenter 8. At the lower end of the casing 5 is a cover 11 having an axial the hole with an annular protrusion, which serves to contact with the test sample 12. The axial hole of the cover 11 provides contact of the lower point of the ball indenter with the test sample. On the cage between the housing 1 and the cover 11, a spring 13 is placed to ensure tight contact of the casing cover and the sample located on the desktop 14 of the hardness tester.

Верхний конец измерительного стержня 10 контактирует с измерительной балкой 15, закрепленной совместно с уголком 16 при помощи винтового соединения 17 в пазу разрезного кольца 18. На второй плоскости уголка также винтовым соединением закреплена балка температурной компенсации 19. На измерительную балку и балку температурной компенсации наклеены тензодатчики сопротивления. Узел крепления измерительной балки представляет собой отдельную сборку, которую можно закреплять на устройстве уже после того, как измерительная головка установлена на твердомере. Разрезное кольцо 18 имеет возможность осевого перемещения по наружной поверхности обоймы 5 и фиксируется хомутом 20, создавая необходимый изгиб измерительной балки 15.The upper end of the measuring rod 10 is in contact with the measuring beam 15, fixed together with the corner 16 with a screw connection 17 in the groove of the split ring 18. On the second plane of the corner, a temperature compensation beam 19 is also screwed. The resistance strain gauges are glued to the measuring beam and temperature compensation beam . The mounting unit of the measuring beam is a separate assembly that can be mounted on the device after the measuring head is mounted on the hardness tester. The split ring 18 has the possibility of axial movement along the outer surface of the casing 5 and is fixed with a clamp 20, creating the necessary bend of the measuring beam 15.

В центре опоры нагружения расположен винт базирования 21 предназначенный для крепления измерительной головки к подвижной части 22 твердомера с фиксацией винтом 23 твердомера.In the center of the support of the load is located basing screw 21 designed for mounting the measuring head to the movable part 22 of the hardness tester with fixing screw 23 hardness tester.

В обойме 5 выполнен овальный вырез, через который проходит винт стопорный 24 (фиг.2), ввинчивающийся в соответствующее отверстие опоры нагружения 9 и исключающий ее вращение, но предполагающий осевое перемещение, достаточное для вдавливания индентора.In the clip 5, an oval cut is made through which a locking screw 24 (Fig. 2) passes, screwed into the corresponding hole of the load support 9 and excluding its rotation, but assuming axial movement sufficient to press the indenter.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для проведения испытаний необходимо закрепить измерительную головку на твердомере Бринелля, при помощи резьбового кольца 3 и винта базирования 21. Подвести испытываемый образец 12 при помощи стола твердомера 14 к нижней точке шарового индентора 8. Проверить изгиб измерительной балки 15, и в случае недостаточного изгиба ослабить хомут 20, незначительно опустив разрезное кольцо 18 и снова затянуть хомут. Далее можно приступить к измерениям (регистрации диаграммы).For testing, it is necessary to fasten the measuring head to the Brinell hardness tester, using the threaded ring 3 and the home screw 21. Bring the test sample 12 using the hardness tester table 14 to the lower point of the ball indenter 8. Check the bending of the measuring beam 15, and in case of insufficient bending, loosen the clamp 20, slightly lowering the split ring 18 and tighten the clamp again. Next, you can begin to measure (registration chart).

Передача нагрузки от подвижной части твердомера 22 на шаровой индентор 8 происходит через опору нагружения 9, динамометр 6, наконечник 7. При погружении индентора в образец происходит перемещение измерительного стержня 10, которое способствует отклонению измерительной балки 15 на величину, соответствующую глубине вдавливания индентора относительно поверхности образца. Изменение перемещения измерительного стержня фиксируется тензодатчиками сопротивления на измерительной балке и при помощи экранированных проводов категории 5е передается на регистрирующее устройство (на чертеже не показано). Изменение нагрузки фиксируется тензодатчиками, наклеенными на упругий элемент динамометра и регистрируется по другой координатной оси регистрирующего устройства.The load is transferred from the moving part of the hardness tester 22 to the ball indenter 8 through the load support 9, dynamometer 6, tip 7. When the indenter is immersed in the sample, the measuring rod 10 moves, which contributes to the deflection of the measuring beam 15 by an amount corresponding to the indentation depth of the indenter relative to the sample surface . The change in the movement of the measuring rod is fixed by resistance strain gauges on the measuring beam and is transmitted to the recording device (not shown) using shielded category 5e wires. The load change is recorded by strain gauges glued to the elastic element of the dynamometer and is recorded on the other coordinate axis of the recording device.

Благодаря изменению схемы приложения нагрузки в узле нагружения, а именно изменению места положения динамометра были устранены недостатки прототипа, приводящие к искажению диаграммы «Нагрузка - глубина вдавливания» по координате нагрузка.Due to a change in the load application circuit in the loading unit, namely, a change in the position of the dynamometer, the prototype's disadvantages were eliminated, leading to a distortion of the diagram “Load - indentation depth” along the load coordinate.

Система крепления балок выполнена съемной, с возможностью регулирования изгиба измерительной балки, что позволяет существенно упростить работу с измерительной головкой.The system of fastening the beams is removable, with the possibility of adjusting the bending of the measuring beam, which can significantly simplify the work with the measuring head.

Так как диаметр, по которому происходит контакт измерительной головки с испытываемым образцом, уменьшен до размера кольцевого выступа крышки обоймы, появилась возможность испытывать значительно меньшие по площади образцы (16×16 мм).Since the diameter over which the measuring head contacts the test sample is reduced to the size of the annular protrusion of the holder cover, it became possible to test samples that are much smaller in area (16 × 16 mm).

Claims (1)

Измерительная головка к твердомеру Бринелля, состоящая из собранных в корпусе узла нагружения, предназначенного для передачи нагружающей силы от твердомера на шаровой индентор, расположенный в наконечнике, с регистрацией нагружающей силы при помощи динамометра и тензодатчиков, узла измерения глубины вдавливания шарового индентора в испытываемый образец, состоящего из измерительной балки с тензодатчиками и измерительного стержня, проходящего в осевое отверстие наконечника и прижатого к верхней точке шарового индентора, а также узла крепления измерительной головки к твердомеру, отличающаяся тем, что узел нагружения содержит опору нагружения, установленную с возможностью перемещения в обойме, нижний торец которой снабжен крышкой, имеющей осевое отверстие с кольцевым выступом, контактирующим с испытываемым образцом и обеспечивающим контакт последнего с нижней точкой шарового индентора, при этом измерительный стержень проходит через осевое отверстие опоры нагружения, а измерительная балка закреплена с обеспечением необходимого изгиба на разрезном кольце, стягиваемом хомутом и установленном с возможностью осевого перемещения по наружной поверхности обоймы.

The measuring head to the Brinell hardness tester, consisting of a loading unit assembled in the housing, designed to transfer the loading force from the hardness tester to the ball indenter located in the tip, with recording the loading force using a dynamometer and strain gauges, a unit for measuring the depth of indentation of the ball indenter into the test sample, consisting of from a measuring beam with strain gauges and a measuring rod passing into the axial hole of the tip and pressed against the upper point of the ball indenter, as well as the assembly replication of the measuring head to the hardness tester, characterized in that the loading unit comprises a loading support mounted to move in a cage, the lower end of which is provided with a cover having an axial hole with an annular protrusion in contact with the test sample and providing contact of the latter with the lower point of the ball indenter, while the measuring rod passes through the axial hole of the load support, and the measuring beam is fixed with the necessary bending on the split ring, tighten clamp and installed with the possibility of axial movement on the outer surface of the cage.