УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ С РАЗЛИЧНЫМИ СВОЙСТВАМИ НА СТОЙКОСТЬ К АБРАЗИВНОМУ ИЗНАШИВАНИЮ В НЕ ЖЕСТКО ЗАКРЕПЛЕННОМ АБРАЗИВЕ
DEVICE FOR THE MATERIALS WITH DIFFERENT PROPERTIES COMPARATIVE ACCELERATED TESTS FOR RESISTANCE TO ABRASIVE WEAR IN NON-RIGIDLY FIXED ABRASIVE

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности к испытаниям на стойкость к абразивному изнашиванию при перемещении изделия в истирающей массе с не жестко закрепленными абразивными частицами.
Известно устройство для испытаний на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих, строительных и дорожных машин, имеющее емкость с абразивной средой, закрепленную на станине станка с возможностью перемещения в продольном и поперечном направлениях и вал с образцами, закрепленными под определенным углом к направлению движения грунта, с возможностью их погружения в грунт на необходимую величину при его вращении [1]. Данное устройство позволяет производить сравнительные испытания одновременно нескольких металлических образцов с различными свойствами. К недостаткам его относятся: сложность конструкции; невозможность проведения ускоренных испытаний вследствие высокой вероятности выброса абразива из рабочей зоны при большой частоте вращения; значительная степень дробления истирающих частиц до пылевидного состояния, что не позволяет получить достоверные данные.
Наиболее близким к заявленному, является устройство для сравнительных испытаний на абразивное изнашивание [2], представляющее собой оправку со сформированными на ней несколькими образцами, которая погружается в емкость с абразивом с последующим перемещением по круговой траектории с вертикальной осью вращения. Данное устройство позволяет проводить сравнительные испытания одновременно нескольких материалов с различными свойствами. Его недостатками являются: неравномерность износа образцов по высоте, вследствие неодинакового давления абразива на разной глубине емкости; высокая сложность и трудоемкость при изготовлении оправки с опытными материалами; отсутствие промежутков между исследуемыми материалами, что будет оказывать влияние на интенсивность изнашивания рядом расположенных образцов и отрицательно сказывается на достоверности полученных данных. Кроме того, такая конструкция применима в узком диапазоне материалов - только для композитов на самотвердеющей основе, что снижает ее универсальность.
Целью изобретения является разработка устройства для проведения сравнительных ускоренных испытаний по определению стойкости к абразивному изнашиванию материалов с различным строением, структурой и свойствами, в том числе и композитов, в одинаковых условиях в любой момент времени, при широкой универсальности и несложной конструкции, обеспечивающей простоту проведения испытаний высокую достоверность получаемых результатов.
Поставленная цель достигается тем, что группа опытных образцов, изготовленных из материалов различных по строению, структуре и свойствам, имеющих форму полого цилиндра, закрепленных через определенные расстояния друг от друга (шагом) на горизонтально расположенной оправке вращаются в абразивной среде, находящейся в емкости, которая перемещается перпендикулярно оси оправки и периодически смещается вдоль ее нее.
Опытные образцы представляют собой полые цилиндры с шириной контактирующей поверхности, обеспечивающей площадь, необходимую для прохождения всех процессов, характерных для абразивного изнашивания. Внешний диаметр образцов принимается исходя из того, чтобы глубина их погружения в абразивную среду была достаточной для осуществления процесса износа, а линейная и окружная скорости могли варьироваться в соответствии с задачами испытаний применительно к реальным изделиям. Внутренний диаметр должен равняться диаметру оправки с соответствующими допусками. Необходимо, чтобы размеры образцов обеспечивали простоту их изготовления, подготовки к испытаниям и их проведения. Отсутствие выступов на рабочих элементах устройства, в отличие от аналога, позволит избежать ударных воздействий на изнашивающую массу, снижая степень дробления ее частиц и исключая ее выброс за рабочую зону, что дает возможность проводить ускоренные испытания при больших скоростях вращения образцов. Горизонтальное расположение испытуемых материалов относительно оси вращения обеспечит одинаковый уровень силового воздействия со стороны абразивной массы на каждый (отдельный) образец.
Расстояние между испытуемыми образцами устанавливается постановкой промежуточных втулок, внешний диаметр которых в 1,4…1,6 раза меньше диаметра опытных образцов, позволяя тем самым вступать в контакт с изнашивающей средой только опытным материалам. Ширина втулок должна быть не менее ширины образцов. Такое расположение опытных материалов позволит избежать влияния соседних образцов на интенсивность изнашивания друг друга. Промежуточные втулки изготавливаются из материала более пластичного или со значительно меньшей твердостью, чем исследуемые материалы во избежание их деформирования, а в случае гетерогенности или наличия в композите дисперсных частиц и разрушения. Кроме того, материал втулок должен обеспечить такую фрикционную связь с образцами, чтобы исключить проворачивание их в период испытаний.
Оправка для установки опытных образцов с одного конца имеет выступ, играющий роль упора, а с другой стороны резьбу для прижимной гайки, т.е. она устроена по принципу оправки для крепления инструмента на горизонтально-фрезерном станке. В сборе с образцами она может крепиться в шпинделе горизонтально-фрезерного станка, что дает возможность изменения частоты вращения в широком диапазоне.
На столе станка устанавливается емкость с абразивной средой, которая перемещается перпендикулярно оси оправки, как навстречу, так и попутно оси вращения, снижая степень измельчения ее компонентов. По геометрическим размерам емкость должна содержать необходимый объем абразива, в соответствии с задачами эксперимента.
Абразивный состав подбирается исходя из поставленной цели и задач исследований. В процессе проведения испытаний истирающую компоненту необходимо перемешивать во избежание ее уплотнения, что делает абразив связным и эксперимент теряет смысл. Перемешивание осуществляется путем периодического смещения стола станка с установленной на нем емкостью в параллельном оси оправки направлении. Не исключается перемешивание вручную.
Указанная совокупность существующих признаков обеспечивает появление у заявляемого устройства новых свойств, отличных от аналога и прототипа, а именно:
- первое - группа цилиндрических образцов различного состава, строения и свойств крепятся на горизонтально расположенной оправке с определенным расстоянием между ними при помощи промежуточных втулок;
- второе - образцы имеют форму полых цилиндров и изготавливаются с такими размерами, чтобы глубина их погружения в абразивный состав и площадь контактирования обеспечивали прохождение всех процессов, характерных для абразивного изнашивания;
- третье - втулки изготавливаются из более пластичного (менее твердого) материала, чем опытные образцы, исключая возможность их деформирования, разрушения и проворачивания в момент проведения испытаний, при этом их внешний диаметр меньше такого же размера образцов в 1,4…1,6 раза, а ширина - не менее ширины образцов.
- четвертое - исключается возможность выброса абразива из рабочей зоны и снижается степень дробления истирающей массы при большой частоте вращения образцов;
- пятое - устройство имеет несложную конструкцию, высокую универсальность и обеспечивает сравнимость и достоверность получаемых результатов.
Таким образом, заявленные признаки изобретения соответствуют критерию «новизна».
Техническим результатом изобретения является устройство для сравнительных ускоренных испытаний на абразивное изнашивание в среде с незакрепленным абразивом одновременно нескольких материалов с различными свойствами, имеющее широкую универсальность, несложную конструкцию, которое обеспечивает простоту проведения испытаний и высокую достоверность результатов.
На Фиг. 1 изображено предлагаемое устройство.
Устройство работает следующим образом. Опытные образцы 1 устанавливаются на оправку 2, имеющую упор 3 и фиксируются зажимной гайкой 4. Причем установка испытуемых материалов производится через определенные промежутки с помощью втулок 5 меньшего диаметра. В емкость 6, установленную на столе станка 7 (например, горизонтально-фрезерного), засыпается абразив 8 требуемого свойства. Устанавливаются заданные условия испытаний - продольная подача стола станка и частота вращения оправки 2. Вращение образцам придается через шпиндель станка. Исследуемые материалы погружаются в абразив на такую величину, чтобы промежуточные втулки 5 его не касались. После прохождения образцов 1 по рабочей длине емкости, чтобы они не перемещались повторно по тому же следу, и для обеспечения перемешивание истирающей массы емкость 6 с абразивом перемещается в поперечном направлении и процесс повторяется. Перемещение в поперечном и продольном направлениях осуществляется в автоматическом режиме.
Для описанного примера: диаметры наружный и внутренний и ширина контактирующей поверхности образцов - 22 мм, 50 мм, 20 мм соответственно; количество одновременно испытуемых образцов 8; длина, ширина и глубина емкости 700 мм, 450 мм, 90 мм соответственно.
Источники информации
1. Михальченков A.M., Кожухова Н.Ю., Кононенко А.С., Гончаров П.Н. Устройство для испытаний на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих, строительных и дорожных машин // Патент России №2410668. 2011. Бюл. №3.
2. Михальченков A.M., Бирюлина Я.Ю., Филин Ю.И. Эволюция ускоренных ставнительных испытаний клееполимерных дисперсных композитов на абразивную стойкость // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2016. №4. С. 41-43.