УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ НА СТОЙКОСТЬ К АБРАЗИВНОМУ ИЗНАШИВАНИЮ ПРИ ИХ ПЕРЕМЕЩЕНИИ В НЕЗАКРЕПЛЕННОМ АБРАЗИВЕ
DEVICE FOR COMPARATIVE TESTS OF MATERIALS ON RESISTANCE TO ABRASIVE WEARING IN CASE OF THEIR DISPLACEMENT IN THE LOOSE ABRASIVE

Изобретение относится к области триботехники, в частности к устройствам и методам исследований на абразивную износостойкость, применительно к деталям с покрытыми или упрочненными рабочими поверхностями, которые эксплуатируются в условиях абразивного изнашивания в незакрепленном абразиве.
Известно устройство (Патент RU №2410668, кл. G01N 3/56, опубл. 27.01.2011) [1], которое позволяет осуществлять испытания на абразивное изнашивание, воспроизводящее условия эксплуатации детали рабочего органа при его прямолинейном движении с изменяемым углом установки к направлению этого движения, несложное в исполнении и проведении экспериментов. В то же время конструкция имеет ряд существенных недостатков: первое - ограниченность применения (низкая универсальность), так как устройство предназначено для конкретных деталей, работающих в конкретных условиях. Второе - необходимость в поступательном движении емкости с абразивным материалом, влекущее усложнение испытательного устройства. Третье - неизменность угла атаки испытуемых образцов, вызывающее необходимость в наличии нескольких оправок.
Наиболее близким к заявленному является устройство, получившее название способ «крыльчатки» (Ю.В. Волков, З.А. Волкова, Л.М. Кайгородцев. Долговечность машин, работающих в абразивной среде. - М.: Машиностроение, 1964, 40 с.) [2]. Изнашивание образцов, закрепленных в держателе в виде крыльчатки, производится путем вращения их в свободно насыпанной в цилиндрический стакан абразивной массе. Наклон образцов к плоскости вращения, по мнению авторов, интенсифицирует процесс изнашивания и способствует перемешиванию абразивного порошка. Недостатками данного способа являются: первое - перемешивание не будет достаточно эффективным, так как испытуемые изделия расположены в одной плоскости; второе - конструкция не предусматривает регулирования углов наклона исследуемых материалов и не ясно из описания, каким должен быть этот угол; третье - такое количество образцов (6 шт.) требует высокой жесткости конструкции.
Целью изобретения является разработка конструкции устройства для проведения ускоренных сравнительных испытаний на абразивное изнашивание в незакрепленном абразиве нескольких образцов с различной износостойкостью одновременно, путем их перемещения по круговой траектории с возможностью изменения угла наклона к плоскости вращения, повышенной перемешиваемостью абразивной среды и широкой универсальностью.
Поставленная цель достигается тем, что опытные образцы со сформированными абразивостойкими покрытиями или прошедшие иную упрочняющую обработку крепятся к поверхности цилиндрической оправки равноудаленно по оси в разных сечениях, образуя на ней винтовую линию. Образцы располагаются под определенным (заданным) углом относительно направления их перемещения.
Экспериментальные образцы представляют собой прямоугольные пластины, на контактирующей с абразивной средой поверхности которых формируются износостойкие покрытия, или они подвергаются упрочняющему воздействию (например, термообработке, пластическому деформированию) с получением различной стойкости к абразивному изнашиванию. Испытания предполагают наличие нескольких образцов. Толщина, длина и ширина пластин должна обеспечивать возможность их крепления к оправке с достаточной жесткостью, а площадь поверхности - прохождение всех процессов, присущих абразивному изнашиванию. Испытуемые образцы крепятся к отфрезерованной поверхности оправки шпилькой, для чего в их торцевой части предусмотрено резьбовое отверстие.
Оправка представляет собой цилиндр, изготовленный из стали или серого чугуна с отфрезерованными в противоположных нескольких плоскостях лысками, длина которого определяется количеством и геометрическими параметрами опытных образцов. Резьбовые отверстия под крепежные шпильки изготавливаются по осевым линиям лысок с соблюдением винтового их расположения, на равноудаленном по длине расстоянии друг от друга. Такое расположение образцов будет обеспечивать повышение степени перемешивания абразивной среды, и соответственно, установленную (оговоренную) экспериментом ее изнашивающую способность вследствие снижения уровня дробления частиц.
Угол наклона образца к плоскости вращения регулируется изменением толщины шайб, устанавливаемых между его торцом и лыской оправки. Возможность установки любого угла наклона опытных образцов позволяет, в определенной степени, сымитировать процесс износа, имеющий место в реальных условиях, а также способствует перемещиванию изнашивающей среды.
Для проведения испытаний могут использоваться любые станки и механизмы с изменяемой частотой вращения выходного элемента и возможностью крепления к нему предлагаемого устройства.
При необходимости, подбором частоты вращения можно установить линейную скорость перемещения, аналогичную движению детали в реальных условиях абразивного изнашивания. Кроме этого, образцы могут подвергаться широкому спектру технологических воздействий, например пластическому деформированию, термоупрочнению, нанесению разного функционального назначения покрытий. То есть разработанная конструкция обладает высокой универсальностью.
Оценка стойкости к абразивному изнашиванию проводится любым известным методом в соответствии с условиями и задачами эксперимента.
Указанная совокупность существующих признаков обеспечивает появление у заявляемого устройства новых свойств, отличных от прототипа. Это, во-первых, - испытуемые образцы крепятся на цилиндрической оправке равноудаленно по оси в разных сечениях, образуя на ней винтовую линию; во-вторых - на оправке размещается несколько образцов с различной износостойкостью поверхностей трения; в-третьих, - устройство позволяет изменять угол образцов относительно плоскости вращения; в-четвертых, - конструкция обеспечивает повышенную степень перемешивания абразивной компоненты; в-пятых, - приспособление обладает высокой универсальностью.
Таким образом, заявленные признаки изобретения соответствуют критерию «новизна».
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, которое включает следующие конструктивные элементы: 1 - оправка; 2 - опытный образец; 3- лыска; 4 - регулировочная шайба; 5 - шпилька; 6 - крепеж для привода.
На фиг. 2 представлена общая схема проведения испытаний, где: 1 - оправка; 2 - опытный образец; 3 - емкость; 4 - абразивная среда; 5 - привод; 6 - крепежная часть оправки.
Проведение испытаний заключается в следующем.
Оправка 1 (фиг. 2) с опытными образцами 2 помещается в емкость 3 с абразивной средой 4. Вращение оправки и образцов осуществляется от привода 5 через ее крепежную часть 6. Емкость размещается (крепится) на суппорте токарного станка. Состав абразивной среды подбирается в соответствии с задачами проводимых исследований. Частота вращения определяется: возможностями станка, условиями и целью испытаний.
Источники информации
1. Патент RU №2410668, кл. G01N 3/56. Устройство для испытаний на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих, строительных и дорожных машин. A.M. Михальченков, Н.Ю. Кожухова, А.С. Кононенко, П.Н. – Опубл. 27.01.2011, бюллетень №3.
2. Ю.В. Волков, З.А. Волкова, Л.М. Кайгородцев. Долговечность машин, работающих в абразивной среде. - М.: Машиностроение, 1964, 40 с.