PL B1. INSTYTUT ODLEWNICTWA, Kraków, PL BUP 18/16

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01N 3/24 ( ) G01N 3/02 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Urządzenie do pomiaru sił ścinających (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 18/16 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT ODLEWNICTWA, Kraków, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/17 (72) Twórca(y) wynalazku: WOJCIECH LEŚNIEWSKI, Kraków, PL NATALIA SOBCZAK, Wieliczka, PL PIOTR WIELICZKO, Kraków, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru sił ścinających, zwłaszcza połączeń materiałowych. Opracowanie nowych połączeń materiałów wymaga przeprowadzenia wielu prób doświadczalnych oraz określenia parametrów technologicznych dla uzyskania informacji czy dane połączenie materiałowe spełnia wymogi założone dla danego zastosowania. W pierwszej kolejności określa się wytrzymałość mechaniczną połączeń, co można wyznaczyć sprawdzając wytrzymałość na rozciąganie lub dokonując pomiaru sił ścinających niszczących dane połączenie. Z polskiego opisu patentowego nr znany jest przyrząd do przeprowadzania prób ścinania materiałów metalowych i niemetalowych, wyposażony w dwa stemple mocowane w korpusie. W otworach wykonanych w stemplach umieszczone są wymienne wkładki do mocowania próbek poddawanych ścinaniu. Jeden ze stempli jest nieruchomy i posiada wkładkę w górnej części, podczas gdy drugi jest ruchomy i posiada wkładkę w dolnej części. Próbkę materiału mocuje się we wkładkach, w taki sposób by jej oś pokrywała się z płaszczyzną podziału stempli i była równoległa do kierunku siły działającej na ruchomy stempel. Z opisu patentowego nr znany jest przyrząd do wyznaczania wytrzymałości na ścinanie połączeń materiałowych złożony ze stempla umieszczonego wewnątrz korpusu o kształcie gilotyny połączonego na stałe z podstawą, z którą połączony jest również wymienny uchwyt próbki. Uchwyt ma wydłużony kształt i w części czołowej od góry posiada odpowiednio wyprofilowane wybranie. W wybraniu umieszczona jest połowa badanej próbki. Próbka dociskana jest do kołnierza oporowego śrubą dociskową usytuowaną w otworze osi prostopadłej do osi stempla. Z opisu patentowego nr znany jest przyrząd do badania wytrzymałości na ścinanie próbki połączenia różnorodnych materiałów przy pomocy maszyny wytrzymałościowej, zwłaszcza próbki połączenia lutowanego, składającej się z części zakrzepłej kropli metalu i podłoża, z którym jest połączona. Przesuwny element ścinający w postaci stempla posiada ostrze ścinające o krawędzi ścinającej, przy czym krawędź ścinająca ostrza jest styczna do ściany ślizgowej wymiennego uchwytu, leżącej w płaszczyźnie połączenia oraz do płaszczyzny przecięcia kropli metalu i podłoża badanej na ścinanie próbki połączenia. Korpus mieszczący prowadnicę oraz przesuwny element ścinający, połączony jest na stałe z podstawą, z którą połączony jest również wymienny uchwyt o wydłużonym kształcie, mieszczący podłoże próbki w wyprofilowanym wybraniu, tworzącym kołnierz oporowy, o który oparte jest podłoże próbki, dociskane śrubą dociskową, usytuowaną w otworze wymiennego uchwytu, posiadającym oś prostopadłą do osi przesuwnego elementu ścinającego. Płaszczyzna przecięcia badanej próbki połączenia jest usytuowana prostopadle względem osi przesuwnego elementu ścinającego, jej normalna jest skierowana przeciwnie do działającej siły ścinającej, zaś płaszczyzna połączenia części zakrzepłej kropli metalu z podłożem leży w płaszczyźnie ścinającej krawędzi ostrza przesuwnego elementu ścinającego. Istota wynalazku polega na tym, że urządzenie stanowi cylindryczna obudowa wyposażona w kryzę, zamknięta z jednej strony elementem zamykającym posiadającym osiowy nagwintowany otwór służący do zamontowania cięgła urządzenia zrywającego oraz przesuwny walec, umieszczony osiowo wewnątrz obudowy, przy czym po obu końcach obudowy między jej wewnętrznymi ścianami a powierzchnią walca znajdują się liniowe łożyska. W środkowej części obudowy w jej ścianie znajduje się wzdłużne wycięcie, natomiast w środkowej części walca znajduje się wzdłużny otwór przelotowy. W podstawie walca widocznej z jednej strony obudowy umiejscowiony jest nagwintowany otwór służący do zamontowania cięgła zrywarki. Na obudowie znajduje się nasuwany obrotowy pierścień z otworami montażowymi, do którego zamocowany jest rozłącznie za pomocą śrub nóż ścinający przechodzący przez otwór przelotowy w walcu. W ścianach otworu przelotowego znajduje się cylindryczne gniazdo, którego podstawa jest umieszczona w osi walca oraz obudowy, a które jest przeznaczone do umieszczenia w nim badanej próbki, umocowanej dodatkowo rozłącznie za pomocą wspornika przy użyciu śrub mocujących wprowadzonych do nagwintowanych otworów znajdujących się po obu stronach cylindrycznego gniazda. Korzystnie element zamykający cylindryczną obudowę ma kształt cylindra z kołnierzem i jest przymocowany do obudowy za pomocą szeregu śrub rozmieszczonych na jej obwodzie. Korzystnie otwory montażowe wykonane w nożu ścinającym mają kształt eliptyczny. Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość zamontowania urządzenia na niemal każdej maszynie wytrzymałościowej za pomocą gwintowanych cięgien o odpowiedniej długości. Prosty

3 PL B1 3 montaż i demontaż części roboczych pozwala na wykonywanie pomiarów w sposób sprawny i szybki, a co za tym idzie daje możliwość przeprowadzenia wielu prób w krótkim czasie, co jest szczególnie istotne przy wykorzystaniu urządzenia w przemyśle. Urządzenie zaprojektowano z myślą o ograniczeniu do minimum sił powodujących uchyby mechaniczne. Dlatego obie części urządzenia, uchwyt próbki oraz nóż tnący są przesuwane względem siebie osiowo z wykorzystaniem łożysk liniowych charakteryzujących się bardzo małymi siłami tarcia przy zapewnieniu możliwości ich obciążania dużymi siłami promieniowymi. Niezależna regulacja położenia próbki umożliwia jej precyzyjny montaż zawsze w tym samym optymalnym położeniu. Niezależny montaż noża ścinającego, który jest zamocowany do obrotowym pierścieniu oraz wyposażony w eliptyczne otwory montażowe pozwala na jego umiejscowienie w płaszczyźnie połączenia, a poprzez obrót pierścienia uzyskuje się takie jego położenie w owalnym otworze walca przesuwnego, że różnica szerokości otworu oraz nieco mniejsza grubość noża umożliwia wzajemny ruch elementów bez kontaktu mechanicznego. Urządzenie według wynalazku jest zilustrowane przykładem wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 stanowi widok boczny urządzenia, fig. 2 przekrój urządzenia w płaszczyźnie A-A, a fig. 3 widok noża ścinającego. Urządzenie stanowi cylindryczna obudowa 1 wyposażona w kryzę 2, zamknięta z jednej strony elementem 3 posiadającym osiowy nagwintowany otwór 4 służący do zamontowania cięgła 5 urządzenia zrywającego oraz przesuwny walec 6, umieszczony osiowo wewnątrz obudowy 1. Element 3 zamykający cylindryczną obudowę 1 ma kształt cylindra z kołnierzem i jest przymocowany do obudowy 1 za pomocą szeregu śrub 7 rozmieszczonych na jej obwodzie. Po obu końcach obudowy 1 między jej wewnętrznymi ścianami a powierzchnią walca 6 znajdują się łożyska 8 liniowe, dzięki którym obudowa 1 i walec 6 zachowują względem siebie osiowość. W środkowej części obudowy znajduje się wzdłużne wycięcie 9 umożliwiające dostęp do środkowej części walca 6 ze wzdłużnym otworem 10 przelotowym. W podstawie walca 6 widocznej z jednej strony obudowy 1 umiejscowiony jest w osi walca nagwintowany otwór 11, służący do zamontowania cięgła 12 zrywarki. Na obudowie 1 znajduje się nasuwany na kryzę 2 pierścień 13 obrotowy z otworami montażowymi, do którego zamocowany jest rozłącznie za pomocą śrub 14 nóż 15 ścinający przechodzący przez otwór 10 przelotowy w walcu 6. W ścianach wzdłużnego otworu 10 przelotowego znajduje się cylindryczne gniazdo 16, którego podstawa jest umieszczona w osi walca 6 oraz obudowy 1, a które jest przeznaczone do umieszczenia w nim badanej próbki 17, umocowanej rozłącznie wspornikiem 18 za pomocą śrub 19 mocujących wprowadzonych w nagwintowane otwory znajdujące się po obu stronach cylindrycznego gniazda 16. Wspornik 18 umożliwia swobodny obrót podstawy próbki dzięki czemu możliwe jest równoległe ustawienie powierzchni próbki względem powierzchni roboczej noża 15 ścinającego. Urządzenie mocuje się w maszynie wytrzymałościowej za pomocą gwintowanych cięgieł 5 i 12. Po zablokowaniu przesuwnego walca 6 w górnym położeniu odkręca się nóż 15 ścinający od pierścienia 13 obrotowego, po czym wyjmuje się go by zapewnić swobodny dostęp do gniazda 16, w którym umieszcza się próbkę 17, w taki sposób aby badane połączenie znajdowało się w osi urządzenia. Następnie przykręca się wspornik 18 śrubami 19 montażowymi pozostawiając nieco luzu, po czym do otworu 10 przelotowego zakłada się nóż 15 ścinający i mocuje się go do pierścienia 13 obrotowego z odpowiednim luzem umożliwiającym jego poziome przesuwanie. Po odblokowaniu walca 6 przesuwa się go kilkakrotnie tak, aby zamontowana próbka 17 obróciła się w gnieździe 16 cylindrycznym i osiągnęła pozycję, w której powierzchnia robocza noża 15 ścinającego oraz powierzchnia próbki 17 osiągną położenie równoległe. Następnie dokręca się śruby 19 mocujące, aby po wpływem siły tnącej próbka 17 nie zmieniła położenia w gnieździe 16, po czym poprzez przesuw noża 15 ścinającego w cylindrycznych otworach 20 ustawiamy go w takiej pozycji aby jego krawędź pionowa znalazła się w osi ścinanego połączenia w próbce 17 i w tej pozycji dokręca się śruby 14 mocujące nóż 15 ścinający do pierścienia 13 obrotowego. Po zwolnieniu blokady walca 6 oraz wyzerowaniu luzów w cięgłach 5 i 12 rozpoczyna się pomiar siły ścinającej. Powierzchnia robocza noża 15 ścinającego naciska na powierzchnię próbki 17. Naprężenie ścinające w próbce 17 będącej modelem badanego połączenia materiałów osiąga wartość krytyczną, przy której połączenie to ulega zniszczeniu. Próbka 17 ma kształt krążka wykonanego z jednego materiału, do którego jest dołączony prostopadłościenny element wykonany z drugiego materiału, którego wszystkie powierzchnie są prostopadłe do płaszczyzny podstawy-krążka.

4 4 PL B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do pomiaru sił ścinających posiadające zamontowany w obudowie ruchomy element ścinający oraz uchwyt do zamocowania badanej próbki, znamienne tym, że stanowi je cylindryczna obudowa (1) wyposażona w kryzę (2), zamknięta z jednej strony elementem (3) zamykającym posiadającym osiowy nagwintowany otwór (4) służący do zamontowania cięgła (5) urządzenia zrywającego oraz przesuwny walec (6), umieszczony osiowo wewnątrz obudowy (1), przy czym po obu końcach obudowy (1) między jej wewnętrznymi ścianami a powierzchnią walca (6) znajdują się łożyska (8) liniowe, a w środkowej części obudowy (1) znajduje się wycięcie (9) wzdłużne, natomiast w środkowej części walca (6) znajduje się wzdłużny otwór (10) przelotowy, przy czym w podstawie walca (6) widocznej z jednej strony obudowy (1) umiejscowiony jest osiowy nagwintowany otwór (11) służący do zamontowania cięgła (12) zrywarki, podczas gdy na obudowie (1) znajduje się nasuwany na kryzę (2) pierścień (13) obrotowy z otworami montażowymi, do której zamocowany jest rozłącznie za pomocą śrub (14) nóż (15) ścinający przechodzący przez otwór (10) przelotowy w walcu (6), a w ścianach otworu (10) przelotowego znajduje się gniazdo (16) cylindryczne, którego podstawa jest umieszczona w osi walca (6) oraz obudowy (1), a które jest przeznaczone do umieszczenia w nim badanej próbki (17), umocowanej dodatkowo za pomocą wspornika (18) przy użyciu śrub (19) mocujących wprowadzonych do nagwintowanych otworów znajdujących się po obu stronach gniazda (16) cylindrycznego. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element (3) zamykający obudowę (1) ma kształt cylindra z kołnierzem i jest przymocowany do obudowy (1) za pomocą szeregu śrub (7) mocujących rozmieszczonych na jej obwodzie. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że otwory (20) montażowe noża (15) ścinającego mają kształt eliptyczny.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)