Установка для испытаний материалов на абразивное изнашивание
ABRASIVE WEAR TESTER

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к абразивному изнашиванию при низких, нормальных и повышенных температурах в условиях трения, удара и трения с ударом по абразивной поверхности.
Известно большое количество схем, способов и устройств, позволяющих проводить испытания материалов на износостойкость.
Так, известен способ испытания материалов на абразивное изнашивание (ГОСТ 17367-71), заключающийся в том, что осуществляют трение скольжения сравниваемых образцов при заданных нагрузке и скорости об абразивную шкурку, определяют их линейные износы и рассчитывают относительную износостойкость.
Недостатком является малая производительность при исследовании материалов с высокой твердостью, значительное время проведения испытаний. При этом увеличение нагрузки может привести к разрушению (соскабливанию) абразивного слоя, либо разрыву основы абразивной шкурки (бумага, полотно и т.п.), что затрудняет проведение испытания материалов с высокой твердостью.
Известен способ испытания материала на абразивное изнашивание (патент RU 2601502), в котором для исключения явления «натягивания или наплыва», характерного для испытаний по ГОСТ 17367-71 (наиболее заметной для испытаний пластичных материалов), предлагается, одновременно с поступательным движением образца, обеспечивать его вращение вокруг собственной оси с эмпирически  вычисляемой частотой вращения.
К недостаткам данного способа относится необходимость использования кинематического фактора К, который должен подбираться опытным путем, а также снижение достоверности результатов испытаний, т.к. кроме линейного перемещения образца последний вращается вокруг собственной оси.
Известна установка для испытаний на изнашивание при трении с ударом по абразивной поверхности (патент RU 2691639), реализующая ударно-абразивное изнашивание при периодическом ударе по движущейся абразивной ленте.
Недостатком данной установки является то, что при проведении испытаний при трении с ударом материалов, твердость которых по отношению к твердости применяемого абразива находится в диапазоне 0,5-0,6 [Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию], процессы микрорезания поверхности, характерные для начального периода фрикционного контакта абразива и металла, в процессе истирания из-за изменения геометрии контактного выступа частиц вследствие его разрушения, заменяются на полидеформационные, обеспечивая по направлению частиц снижение количества глубоких бороздок от среза микростружки наряду с возрастанием числа рисок, характерных для пластического деформирования микрообъемов металла, что приводит к неравномерному изнашиванию поверхности образца и, как следствие, к снижению достоверности результатов испытания.
Целью изобретения является обеспечение равномерности изнашивания поверхности трения образца за счет исключения влияния на этот процесс предыдущей поверхности трения, что повышает достоверность испытания при  трении с ударом по абразивной поверхности.
Указанная цель достигается тем, что установка содержит станину, на которой размещены ударный механизм, система управления ударным механизмом, механизм перемещения абразивной ленты, систему отключения электроснабжением установки в случае окончания или обрыва ленты, систему поддержания температуры испытаний образца и теплоизолированную камеру, в которой установлен испытываемый образец и механизм поворота образца вокруг собственной оси на 90° относительно абразивной ленты 5.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид.
Ударный механизм содержит ударник 1, в котором закреплен контробразец 2 и сменные грузы 3, с помощью которых регулируют энергию удара контробразца 2 по образцу 4 через абразивную ленту 5. Ударник 1 соединен с сердечником соленоида 6, при включении и выключении которого в соответствии с программой испытаний ударник 1 поднимается и падает, обеспечивая удар по испытываемому образцу 4. Энергия удара зависит как от веса падающего груза, так и от высоты подъема ударника.
Система управления ударным механизмом 7 включает программное устройство, включающее и выключающее в соответствие с программой испытаний соленоид 6, который закреплен на вертикальной плите 8, перемещаемой по направляющим 9 вверх или вниз при помощи реечной передачи 10-11, управляемой шаговым электродвигателем 12 через передаточный механизм 13.
Механизм перемещения абразивной ленты 5 содержит привод подающего ролика 14, состоящий из электродвигателя постоянного тока 15, редуктора 16, клиноременной передачи, состоящей из ведущего 17 и ведомого 18  шкивов, устройства для обеспечения прижима ленты обрезиненным роликом 19, подающую 20 и принимающую 21 кассеты, направляющие ролики 22.
Абразивная лента 5 находится в термоизолирующей камере 23, где имеются нагревательный элемент 24 и подвод паров жидкого азота через патрубок 25, связанный с сосудом Дьюара 26.
Механизм поворота образца 4 вокруг собственной оси содержит ось 27, на котором закреплена шестерня 28, взаимодействующей с  зубчатой рейкой 29, привод которой осуществляется от источника движения, например, двустороннего пневмоцилиндра (условно не показан).
Установка позволяет проводить испытания как в условиях климатически низких температур, так и в условиях повышенных  температур. При испытаниях в условиях климатически низких температур во внутреннюю полость теплоизолирующей камеры  23 подают пары жидкого азота из сосуда Дьюара 26, интенсивность и объем которых регулируют в соответствии с заданной температурой испытаний блоком автоматического поддержания температуры (условно не показан). При испытаниях в условиях повышенных температур в термоизолированной камере размещают нагревательные элементы 24, которые обеспечивают требуемую температуру образца в процессе испытаний. Данные о температуре испытаний поступают от термопары, закрепленной на расстоянии 1,5 мм от торцевой поверхности испытываемого образца 1.
Установка работает следующим образом. Перед проведением испытаний устанавливают такие режимы испытаний, как энергия удара, давление в контакте, скорость трения образца об абразивную поверхность, частота ударов по абразивной поверхности, температура испытаний. Установка позволяет в процессе испытаний программированно изменять указанные режимы за исключением давления в контакте с абразивом.
В качестве абразивной ленты 5 используют тканевую шлифовальную шкурку. Заранее подготовленную ленту шлифовальной шкурки 5 устанавливают в подающей кассете 20, конец ленты пропускают по направляющим роликам 22 через теплоизолированную камеру 23 и далее между подающим 14 и прижимным 19 роликами и закрепляют в принимающей кассете 21. Если температура испытаний отличается от 293 К, то ее обеспечивают при помощи системы поддержания требуемой температуры, подавая пары жидкого азота из сосуда Дьюара 26 через патрубок 25.
Величина энергии удара по абразивной поверхности зависит от высоты падения ударника 1, которая, в свою очередь, регулируется перемещением плиты 8 с закрепленным на ней соленоидом 6. Управляя работой шагового электродвигателя 12, можно изменять энергию удара в процессе испытаний.
После проверки соответствия требуемых и установленных режимов испытаний включают механизм перемещения 15 шлифовальной ленты 5 и программное устройство управления работой соленоида 7. Ударник 1 прижимает движущуюся шлифовальную ленту 5 к образцу 4 с заданным давлением, обеспечивая его истирание при трении по абразивной поверхности и в соответствие с заданной частотой и энергией удара поднимается и ударяет по образцу 1 через движущуюся шлифовальную ленту 5.
После каждого удара контробразца 2 по образцу 5 осуществляется поворот образца  вокруг собственной оси на 90° относительно абразивной ленты 5 за счет вращения шестерни 28, приводимой во вращение за счет перемещения зубчатой рейки 29, соединенной с двусторонним пневмоцилиндром (условно не показан).
Шаг линейного перемещения зубчатой рейки выбирается таким образом, чтобы угол поворота образца соответствовал 90°. После перемещения рейки в крайнее левое положение она начинает перемещаться в обратном направлении до крайнего правого положения.