Семейство динамических твердомеров ТДМ-1 и ТДМ-2.
Динамические твердомеры ТДМ-1, ТДМ-2 получили широкое распространение в заводской, лабораторной и исследовательской практике методов измерения твердости, как одной из основных характеристик механических свойств металла. Более 500 твердомеров приобретены предприятиями Украины.
Введение
Измерение твердости широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Во многих случаях применение "классических" твердомеров для измерения может стать проблематичным. Во-первых, когда контролируемое изделие является крупногабаритным и его нельзя поднести к прибору. Кроме этого, вырезка фрагмента из изделия для последующего измерения твердости приводит к его [изделия] порче. Во-вторых - когда требуется достаточно высокая производительность контроля.
Чтобы избежать тех недостатков, которые присущи классическим методам твердометрии, была поставлена задача измерения твердости изделий динамическим методом. Научно-производственной фирмой "Ультракон-сервис" разработаны динамические твердомеры ТДМ-1 и ТДМ-2. Данные приборы представляют собой переносные микропроцессорные приборы для измерения твердости и разбраковки материалов по упругим свойствам и позволяют проводить экспресс-контроль как в лабораторных, так и цеховых условиях. При этом следует учесть, что динамическому методу измерения присущи два главных ограничения. Во-первых, масса контролируемого изделия должна быть не менее 3 кг. Во-вторых, толщина стенки изделия должна быть не менее 10 мм. Заметим, что шероховатость поверхности также является некоторым ограничением при измерениях, т.к. результат будет зависеть от того, куда попал при ударе шарик индентора - на выступ или на впадину. Обычно перед измерениями необходимо подготовить поверхность до значения параметра шероховатости Rz=10...20 мкм.
Рис. 1 Структурная схема твердомера ТДМ-1
Динамические твердомеры ТДМ-1, ТДМ-2 получили широкое распространение в заводской, лабораторной и исследовательской практике методов измерения твердости, как одной из основных характеристик механических свойств металла. Более 500 твердомеров приобретены предприятиями Украины. Вот некоторые из них: ОАО "Нижнеднепровский трубопрокатный завод", ГП "Завод им. Малышева", предприятия "Укрзалізниці", машиностроительные заводы Донецка, Харькова, Иршанский ГОК, Полтавский алмазный завод, "ДонОРГРЭС", Дрогобычский завод автомобильных кранов, Киевский завод "Транссигнал", институт "Кривбасспроект", Белоцерковская ТЭЦ, Кураховская ТЭС, зкспертно-технические центры и многие другие. Динамические твердомеры ТДМ-1, ТДМ-2 постоянно получают положительные отзывы от специалистов предприятий. В первую очередь оценивается простота управления и надежность в эксплуатации как одним, так и другим прибором, оперативность проведения измерений твердости крупногабаритных деталей. Благодаря небольшим размерам приборов обеспечивается возможность проведения измерений в труднодоступных местах, возможность измерения твердости на вогнутых поверхностях. В предыдущих выпусках журнала были опубликованы некоторые отзывы потребителей о ТДМ-1 и ТДМ-2.
Основные сравнительные технические характеристики:
ТДМ-1 |
|||
Шкала |
Пределы измерения |
Абсолютная погрешность |
Разрешающая способность |
HB |
90...450 |
±15 |
1.0 |
HRC |
20...70 |
±2,0 |
0.1 |
HRA |
70...85 |
|
0.1 |
HRB |
30...99.9 |
|
0.1 |
HV |
375...850 |
±15 |
1.0 |
HRN |
20...90 |
|
0.1 |
HRT |
20...90 |
|
0.1 |
HSD |
30...99.9 |
±2.0 |
1.0 |
HSC |
30...99.9 |
|
0.1 |
HL |
300...900 |
|
1.0 |
SP1 |
0...99.9 |
|
0.1 |
SP2 |
0...99.9 |
|
0.1 |
SP3 |
0...100 |
|
1.0 |
SP4 |
0...100 |
|
1.0 |
ТДМ-2 |
|||
HB |
90...450 |
±15 |
1.0 |
HRC |
20...70 |
±2,0 |
0.1 |
|
Принцип работы твердомеров
Принцип работы твердомеров основан на измерении отношения скоростей индентора (ударного элемента) при падении и отскоке его от поверхности контролируемого изделия. Отношение скоростей перемещения индентора при отскоке и падении характеризует твердость контролируемого изделия.
Конструктивно оба динамических твердомера состоят из преобразователя, электронного блока и зарядного устройства. Динамические твердомеры ТДМ-1 и ТДМ-2 имеют схожие структурные схемы. Структурная сема изображена на рис.1. Электронный блок производит усиление и преобразование входных сигналов U1 и U2 в цифровой код, математическую обработку полученной информации, хранение переменных и промежуточных результатов измерения.
Принцип работы преобразователя
Преобразователь включает в себя механическую систему, обеспечивающую перемещение индентора относительно поверхности контролируемого материала, и электрическую катушку. Схема преобразователя приведена на рис.2. Во взведенном положении преобразователя цанга спускового механизма удерживает индентор. При нажатии спусковой кнопки цанга разжимается и индентор под действием предварительно сжатой пружины сбрасывается на контролируемую поверхность. На конце индентора расположен твердосплавный шарик, непосредственно контактирующий с испытуемым материалом. Внутри индентора находится постоянный магнит. При пересечении магнитным полем витков катушки в последней наводится э.д.с., пропорциональная скорости движения индентора. При движении индентора в стволе преобразователя электронным блоком анализируются обе скорости перемещения индентора: скорость сброса U1 и скорость отскока U2.
Измеряемая твердость является функцией отношения сигналов U1 и U2:
H = f { U1 / U2 }
Электрический сигнал со входа преобразователя поступает на вход усилителя.
С выхода усилителя сигналы подаются на входы двух пиковых детекторов, на выходе одного из них появляется сигнал, пропорциональный скорости движения индентора при сбросе его на контролируемую поверхность, на выходе другого - при отскоке. Аналоговые сигналы с выходов пиковых детекторов поступают на вход многоканального аналого-цифрового преобразователя, который передает их в микро-ЭВМ для дальнейшей обработки. Микро-ЭВМ построена на базе быстродействующего процессора фирмы INTELL.
Некоторые интересные особенности твердомеров
Твердомер ТДМ-1 (версия 1.5) имеет 12 независимых шкал для измерения твердости по методам Роквелла, Бринелля, Викерса, Супер-Роквелла, Шора и Лейба. Твердомер ТДМ - 2 имеет две независимых шкалы - Рокквелла и Бринелля. Пользователь может сам устанавливать интересующие методы измерения (при наличии соответствующих мер твердости); возможна работа на различных шкалах по измерению твердости одним методом, но для материалов с различными упругими свойствами. В качестве индикатора в ТДМ-1 применен жидкокристалличесикий индикатор с подсветкой, В ТДМ-2 - светодиодный индикатор с высокой яркостью свечения и высотой символа 15 мм. Это позволяет использовать приборы как в местах с малой освещенностью так и при попадании на экран прямого солнечного света. Управление режимами работы твердомеров производится с помощью маслобензостойкой пленочной клавиатуры.
Рис. 2
Калибровка
Поскольку ТДМ-1 и ТДМ-2 являются приборами, реализующими косвенные измерения твердости, им обязательно необходим режим калибровки. Для этого достаточно иметь меры твердости не ниже II разряда. При этом на каждой мере делается по 5 отсчетов с последующим занесением в прибор с клавиатуры величины ее твердости. Количество мер для одной шкалы может быть от 2 до 9. После окончания калибровки встроенная микро-ЭВМ строит в памяти калибровочную кривую, по которой твердомер в обычном режиме измеряет и индицирует твердость непосредственно в единицах выбранной шкалы.
Дополнительные шкалы
В отличие от ТДМ-2, прибор ТДМ-1 имеет 4 дополнительных шкалы, имеющих название SP1 ...SP4. Эти шкалы полностью идентичны основным шкалам. Формат отсчёта у шкал SP1...SP2 такой же, как у шкалы HB, у SP3, SP4 - как у HRC. Поскольку шкалы НВ, HRC и HV в ТДМ-1 настроены для измерения твердости только малоуглеродистых и нержавеющих сталей, то шкалы SP1 ...SP4 можно использовать, например, для контроля твердости цветных металлов, а также неметаллов. Главное условие - наличие соответствующих эталонных мер для калибровки прибора.
Однократные и многократные измерения
На процесс измерения твердости влияет большое количество случайных факторов (шероховатость поверхности, неравномерность свойств изделия по поверхности, и др.). Поэтому для уменьшения случайной составляющей погрешности все нормативные документы регламентируют проведение многократных измерений. В ТДМ-1 и ТДМ-2 заложена возможность как однократных, так и многократных измерений. В режиме многократных измерений предварительно устанавливается количество измерений, по которым будет производиться усреднение (от 3 до 99 измерений для прибора ТДМ-1 и 3 или 5 для ТДМ-2 ). В процессе измерений на дисплее прибора отображается текущее измерение и его номер. После индикации последнего измерения в серии прибор выдает на экран среднее арифметическое значение.
Память
В приборе ТДМ-1 имеется внутренняя энергонезависимая память на 2000 измерений. Причем при запоминании среднего арифметического в память записывается вся выборка, из которой оно складывалось. Содержимое памяти можно либо переслать в IBM-совместимый компьютер, либо, в случае его отсутствия, выводя содержимое на экран, переписать вручную.
В заключении хотелось бы отметить, что динамические твердомеры ТДМ-1 и ТДМ-2 имеют ряд преимуществ:
-
а) Приборы просты в эксплуатации;
б) На определения твердости материала затрачивается мало времени;
в) Приборы можно переносить непосредственно к объекту измерения;
г) Изделие при испытании практически не повреждается; отпечаток, полученный на нем в результате испытаний, неглубок и мал по своим размерам (диаметр его обычно составляет 0.3 мм)
Вл. П. Мищенко,
НПФ "Ультракон-Сервис", г. Киев
Категории:
Партнёры:
