to get the file

Ústav mechaniky a materiálů
Fakulta dopravnı́ ČVUT v Praze
Dokumentace funkčnı́ho vzorku:
Instrumentovaný Mikroindentor
Součást řešenı́ projektu:
SGS12/205/OHK2/3T/16
Tomáš Fı́la, Daniel Kytýř, Nela Fenclová
2014
Obsah
1 Podstata zařı́zenı́
3
2 Technický popis zařı́zenı́
3
3 Přı́lohy
4
Typeset by LATEX
2
Dokument obsahuje popis technického řešenı́ a vybranou výkresovou dokumentaci experimentálnı́ho zařı́zenı́ pro prováděnı́ instrumentovaných mikroindentačnı́ch
zkoušek tvrdosti vyvinutého na Ústavu mechaniky a materiálů Fakulty dopravnı́
ČVUT v Praze v rámci řešenı́ projektu SGS12/205/OHK2/3T/16.
1
Podstata zařı́zenı́
Podstatou technického řešenı́ je prováděnı́ instrumentované mikroindentačnı́ zkoušky tvrdosti na povrchu zkoumaných vzorků. Experimentálnı́ zařı́zenı́ je čı́slicově
řı́zeno, a proto umožňuje provádět série indentačnı́ch zkoušek na předem vybraných
mı́stech povrchu vzorku zcela automaticky, v libovolném množstvı́ a s vysokou
přesnostı́. Konstrukčnı́ řešenı́ zařı́zenı́ umožňuje provádět mikroindentačnı́ zkoušky
metodou indentace konstantnı́m zatı́ženı́m (tj. definovanou konstantnı́ silou vyvozenou závažı́m) i zkoušky řı́zené silou popř. posuvem se záznamem jejich průběhu
během testu (při osazenı́ zařı́zenı́ siloměrem). Při indentaci je použı́ván Vickersův
indentor.
2
Technický popis zařı́zenı́
Technické řešenı́ je provedeno jako integrálnı́ kompaktnı́ zařı́zenı́ vybavené 2 plně
motorizovanými polohovacı́mi osami pro polohovánı́ vzorku a 1 plně motorizovanou indentačnı́ osou. Nosnou část zařı́zenı́ tvořı́ rám sestavený z prefabrikovaných
modulárnı́ch profilů z hlinı́kové slitiny o průřezu 30 × 30mm. Modulárnı́ koncepce
rámu umožňuje v přı́padě potřeby (osazenı́ siloměrem, měřenı́ rozměrnějšı́ch vzorků)
úpravu vzdálenosti indentačnı́ osy (hrotu indentoru) od fixačnı́ desky vzorku (povrchu vzorku). Do nosného skeletu jsou pomocı́ fixačnı́ch přı́ložek do drážky a tvarových spojenı́ (zachovánı́ rovnoběžnosti a kolmosti os) fixovány frézované desky
z hlinı́kové slitiny nesoucı́ osy polohovánı́ vzorku a indentačnı́ osu. Osy pro polohovánı́ vzorku jsou tvořeny dvojicı́ lineárnı́ch modulů KK40 (výrobce HIWIN,
Japonsko) s kuličkovými šrouby a lineárnı́m vedenı́m s vymezenou vůlı́. Opakovatelná přesnost nastavenı́ polohy těchto os je 10µm. Osy jsou osazeny koncovými
spı́nači a krokovými motory specifikace dle NEMA17. Uspořádánı́ os je navzájem
kolmé s dodrženı́m kolmosti spojenı́m přes desku se zafrézovanými drážkami na oba
moduly. Na hornı́ modul je fixována broušená deska pro umı́stěnı́ vzorku.
Indentačnı́ osa je tvořena přesným lineárnı́m vedenı́m s vysokou tuhostı́ a lehkým
předpětı́m MGW12 (výrobce HIWIN, Japonsko) a přesným krokovým aktuátorem
43H4N (výrobce HaydonKerk, USA) s garantovanou přesnostı́ polohovánı́ (rozlišenı́
osy) 3µm. Na vozı́ku lineárnı́ho vedenı́ je přesným tvarovým spojenı́m umı́stěna
přı́ruba pro připevněnı́ šroubu krokového aktuátoru, indentoru a přesných závažı́
3
(použitı́ při indentaci konstantnı́ silou). Osa je vybavena indukčnı́mi (bezkontaktnı́mi) koncovými spı́nači a indukčnı́m spı́načem polohy pro indikaci kontaktu indentoru
s povrchem vzorku. Zařı́zenı́ umožňuje provádět mikroindentačnı́ zkoušky tvrdosti
indentačnı́ silou 10 − 100N.
Přı́slušenstvı́ zařı́zenı́ tvořı́ řı́dı́cı́ jednotka krokových motorů a vyčı́tacı́ elektronika
siloměru, které jsou propojeny s PC. Propojenı́ je realizováno pomocı́ kabelu pro
LPT port (řı́zenı́ krokových motorků) a 1 kabelu USB (vyčı́tánı́ siloměru). Řı́zenı́
krokových motorků je prováděno v reálném čase technologiı́ CNC (computer numerical control) pomocı́ operačnı́ho systému Linux s real-time jádrem. K řı́zenı́ je
využı́váno modulu LinuxCNC a vlastnı́ řı́dı́cı́ aplikace s grafickým uživatelským rozhranı́m. Dı́ky tomu zařı́zenı́ umožňuje provádět indentace v předem definovaných
mı́stech na vzorku stanoveným způsobem (indentace konstantnı́ silou s výdržı́, silou
řı́zená indentace, posuvem řı́zená indentace). Pro nouzové přı́pady je zařı́zenı́ vybaveno tlačı́tkem nouzového zastavenı́, jež neprodleně hardwarově odstavuje napájenı́
všech krokových motorků.
3
Přı́lohy
• Obr. 1 - Celkový pohled experimentálnı́ho zařı́zenı́ a popis
• Obr. 2 - Vizualizace experimentálnı́ho zařı́zenı́
• Obr. 3 - Fotografie experimentálnı́ho zařı́zenı́
• Obr. 4 - Fotografie experimentálnı́ho zařı́zenı́
• Výkres č. MI-ASS – celkový pohled zařı́zenı́
• Výkres č. MI-RAM-ASS – pohled podsestavy rámu
• Výkres č. MI-XY-ASS – pohled podsestavy polohovánı́ vzorku
• Výkres č. MI-Z-ASS – pohled podsestavy indentačnı́ osy
4
rám
indukční snímač
krokový aktuátor
indentační osa
deska na umístění vzorku
lineární jednotka KK40
krokový motor
Obrázek 1: Celkový pohled experimentálnı́ho zařı́zenı́ a popis
5
Obrázek 2: Vizualizace zařı́zenı́
6
Obrázek 3: Fotografie experimentálnı́ho zařı́zenı́
7
Obrázek 4: Fotografie experimentálnı́ho zařı́zenı́
8
27
20
36
37
38
2
3
34
33
26
31
25
21
28
22
29
Č. POLOŽKY
1
2
14
15
23
24
16
32
19
18
19
20
23
24
25
26
27
30
18
11
15
14
17
29
30
9
16
33
34
35
36
6
13
10
37
Č. DÍLU/VÝKRESU
MI-RAM-1
MI-RAM-2
MI-XY-1
MI-XY-2
NÁZEV
MNOŽSTVÍ
základní deska XY
1
kostra rámu
1
příruba XY
1
vypínací ramínko KK40
2
držák koncového spínače
MI-XY-3
4
KK40
MI-XY-4
příruba držáku vzorku
1
MI-XY-5
držák vzorku
1
MI-Z-1
základní deska Z
1
MI-Z-INDENTOR-1
deska na vozík
1
MI-Z-INDENTOR-2
deska indentoru
1
MI-Z-INDENTOR-3
výztuha levá
1
MI-Z-INDENTOR-4
výztuha pravá
1
MI-Z-INDENTOR-5
deska zdvihátka
1
spínače
MI-Z-INDENTOR-6 držák koncového
1
kontaktu
MI-Z-INDENTOR-7
držák indentoru
1
příruba krokového
MI-Z-AKTUATOR-1
1
aktuátoru
MI-Z-AKTUATOR-2
zdvihátko
1
MI-Z-2
doraz spodní
1
MI-Z-3
vypínací ramínko Z
1
příruba koncového
MI-Z-4
2
spínače
12
Tolerance:
1
Netolerované rozměry
dle ČSN ISO 2768-f
Výkres:
Číslo:
MI_ASS
Kreslil:
Tomáš Fíla
Datum:
8
7
4
Poznámky:
mikroindentor sgs sestava
20.11.2014 17:41:07
Materiál:
Kontakt: [email protected]
Měřítko:
1:3
3
2
5
1
4
Č. POLOŽKY
1
2
Č. DÍLU/VÝKRESU
MI-RAM-1
MI-RAM-2
3
223030
4
405006
5
700620
NÁZEV
základní deska XY
kostra rámu
záslepka profilu
30x30
stojánek
univerzální profil
50mm
MNOŽSTVÍ
1
1
6
Tolerance:
Netolerované rozměry
dle ČSN ISO 2768-f
12
Číslo:
MI-RAM-ASS
Kreslil:
Tomáš Fíla
Datum:
4
Poznámky:
rám sestava
Výkres:
21.11.2014 8:47:53
Materiál:
Kontakt: [email protected]
Měřítko:
1:3
6
4
7
8
3
1
5
Č. POLOŽKY
1
2
3
Č. DÍLU/VÝKRESU
KK40-200A1-F0
KK40-100A1-F0
MI-XY-1
4
MI-XY-2
5
MI-XY-3
6
DM-03S
7
MI-XY-4
8
MI-XY-5
NÁZEV
lineární osa
lineární osa
příruba XY
vypínací ramínko
KK40
držák koncového
spínače KK40
koncový spínač
ZIPPY
příruba držáku
vzorku
držák vzorku
2
MNOŽSTVÍ
1
1
1
2
4
4
Tolerance:
Netolerované rozměry
dle ČSN ISO 2768-f
1
Číslo:
MI-XY-ASS
Kreslil:
Tomáš Fíla
Datum:
1
Poznámky:
XY stage sestava
Výkres:
21.11.2014 8:48:19
Materiál:
Kontakt: [email protected]
Měřítko:
1:1
1
4
6
2
Č. POLOŽKY
1
7
2
3
4
3
5
6
7
8
8
Tolerance:
Netolerované rozměry
dle ČSN ISO 2768-f
NÁZEV
MNOŽSTVÍ
základní deska Z
1
lineární vedení
MGW12
1
MGW12
indentoru
MI-Z-INDENTOR-ASS příruba
1
sestava
krokový aktuátor
MI-Z-AKTUATOR-ASS
1
sestava
MI-Z-2
doraz spodní
1
MI-Z-3
vypínací ramínko Z
1
příruba koncového
MI-Z-4
2
spínače
koncový spínač
LM8-3001PA
3
indukční
z stage - sestava
Výkres:
Číslo:
MI-Z-ASS
Kreslil:
Tomáš Fíla
Datum:
Poznámky:
Č. DÍLU/VÝKRESU
MI-Z-1
20.11.2014 17:36:51
Materiál:
Kontakt: [email protected]
Měřítko:
1:1.5