УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЧАСТИЦ ПРИ СРЕЗЕ

Полезная модель относится к области материаловедения, а именно к определению механических свойств материалов, и может быть использовано в металлургии, машиностроении, минералогии.
Известно устройство для исследования на двойной срез, которое представляет собой два захвата один из которых имеет канал, в который входит часть другого захвата с перпендикулярно расположенным отверстием в обоих захватах, в котором располагается образец [Испытания материалов на срез, под ред. Блюменбауэра, Москва, Металлургия, 1979, стр.52.].
Известно устройство для исследования на круговой срез, которое представляет собой втулку с расположенными на нем плоским образцом и пуансон расположенный в центре образца к которому прикладываются сжимающие усилия [Механические свойства металлов, Я.Б.Фридман, Оборонгиз, 1952 стр.287].
В обоих случаях образец нагружают двумя силами F, которые действуют в одной плоскости, т.е. возникает практически пара сил с некоторым плечом. Сопротивление срезу определяют, как отношение усилия в момент среза к площади образца. Недостатком их является невозможность испытания в нем частиц размером 0,2-5 мм.
Известно устройство для испытания на динамическую прочность призматических образцов 10Х10Х55, выбранное за прототип. Устройство включает станину, на которой установлены упоры для образца и стойка, в верхней части которой на оси закреплен маятник с ударной частью и фиксирующий механизм. Фиксирующий механизм состоит из угловой шкалы и стрелки, закрепленные на одной оси [Испытания материалов на срез, под ред. Блюменбауэра, Москва, Металлургия, 1979, стр.52.].
Недостатками прототипа является невозможность испытания на срез частиц непостоянной площади сечения размером 0,2-5 мм.
Задачей полезной модели является создание устройства для испытания частиц на ударную вязкость при срезе размером 0,2-5 мм.
Для решения задачи предложено устройство для испытания частиц при срезе, включающее станину, на которой установлены упоры и стойка с осью, верхней части стойки на оси закреплен маятник со смещенной ударной частью относительно оси маятника и фиксирующий механизм. На одном из упоров закреплена кассета с двумя пружинными защелками. В кассете размещен составной вкладыш из четырех частей, выполненных из мягкого и твердого материалов, расположенных в шахматном порядке. Правая твердая часть вкладыша установлена в сторону ударной части маятника, которая имеет прямоугольный вырез в сторону твердой части вкладыша. Защелки удерживают в кассете составные части вкладыша, причем твердая часть вкладыша соприкасается с ударной частью маятника, а правая мягкая часть вкладыша расположена со стороны опоры и направлена навстречу ударной части маятника.
Наличие составного вкладыша из материалов разной твердости позволяет с одной стороны запрессовать в маятник часть частицы, с другой стороны удержать ее смещение в момент удара. Кроме того, наличие на маятнике смещенной ударной части относительно оси маятника с прямоугольным вырезом обеспечивает удар о правую твердую часть составного вкладыша и удержание ее в момент разрушения - среза. При исследовании частица запрессовывается в место соприкосновения мягких частей вкладыша так, чтобы испытуемая частица касалась твердых частей вкладыша. Предлагаемое устройство позволяет определить одну из важнейших механических характеристик материалов - ударную вязкость испытуемых частиц.
На фиг.1 и фиг.2 представлено устройство для испытания на срез частиц размером 0,2-5 мм, где 1 - станина, 2 - стойка, 3 - ось, 4 - маятник, 5 - фиксирующий механизм, 6 - защелка, 7 - кассета, 8 - упор, 9 - ударная часть маятника, 10 - прямоугольный вырез ударной части маятника, 11 - составной вкладыш, 12 - твердая часть, 13 - мягкая часть, 14 - испытуемая частица.
а
н
Испытуемую частицу предварительно запрессовывают в составной вкладыш, как показано на фиг.2, который потом вставляют в кассету. Маятник поднимают на заданный угол, а фиксирующий механизм выставляют в нулевое положение, и спускают маятник. Ударная часть маятника с вырезом ударяет по правой твердой части вкладыша, которая воздействует на испытуемую частицу и осуществляет ее срез. Причем, испытуемая частица удерживается от смещения левой твердой частью вкладыша, находящейся в кассете. После произведенного среза испытуемой частицы маятник за счет оставшейся части энергии поднимается на некоторую высоту, которая фиксируется стрелкой на угловой шкале фиксирующего механизма. Расчет ударной прочности  осуществляется по известной формуле (1) с учетом угла подъема маятника холостого хода, регистрирующегося на устройстве в отсутствии испытуемой частицы.
o
от
где G - масса маятника, l - длина маятника, β - угол подъема маятника после среза частицы, α - угол подъема маятника холостого хода (без частицы), F - площадь отпечатка [«Испытания материалов», под ред. Блюменауэра, М., Металлургия, 1979, стр.84].
Для более плотного соприкосновения всех частей вкладыша прямоугольный вырез ударной части маятника, и правая твердая часть составного вкладыша могут иметь скос 1-2°, причем угловой люфт маятника на оси имеет те же величины.
При реализации в устройстве на одном из упоров закреплена кассета с двумя пружинными защелками, в которой размещен составной вкладыш из четырех частей, расположенных в шахматном порядке и выполненных из биметалла медь и закаленной стали. Правая твердая часть вкладыша из закаленной стали, установлена в сторону ударной части маятника, на которой выполнен прямоугольный вырез.
2
2
2
Была произведена запрессовка округлой частицы из чугуна в медные части вкладыша усилием 750 кг при использовании маятника массой 300 г, длиной 0,5 м. Маятник поднимали на угол 80 градусов, при этом угол подъема маятника при холостом ходе составлял 78 градусов, а угол подъема после среза частицы составлял 60 градусов. При анализе полученных данных для частиц чугуна СЧ-30-6 диаметром 3,2 мм были получены значения ударной вязкости при срезе 1,25 кг*м/см, что почти совпадает с литературными данными, составляющими 1,2 кг*м/см. При исследовании частиц чугуна диаметром 0,5 мм, был использован маятник длиной 0,35 м, массой 10 г, и полученные значения ударной вязкости при срезе составили 1,22 кг*м/см. Значения ударной вязкости близки к значениям, полученным на массивных образцах [Машиностроение, Энциклопедия строителя, т.4, М., 1947, стр.75], что говорит о достоверности полученных результатов. Этот факт позволяет сделать вывод, что данное устройство для испытаний частиц при срезе можно использовать для определения ударной вязкости испытуемых частиц.