Устройство для измерения сопротивления сверлению

Авторы патента:

Шарапов Евгений Сергеевич (RU)

Потаев Илья Сергеевич (RU)

Чернов Василий Юрьевич (RU)

Кузнецов Евгений Юрьевич (RU)

G01N3/58 - исследование обрабатываемости режущими инструментами; испытание режущих свойств инструментов

Владельцы патента RU 2515342:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов. Устройство измерения сопротивления сверлению, состоящее из электрического двигателя привода вращения бурового сверла; каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение от электрического двигателя привода подачи, например, постоянного тока через винтовую передачу; ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении. При этом регулирование скорости подачи бурового сверла осуществляется автоматически путем замера величины тока, и/или напряжения питания, и/или частоты вращения вала электрического двигателя привода вращения бурового сверла, анализа и преобразования замеренных данных, например, с помощью электронной вычислительной машины, создания управляющего сигнала и изменения частоты вращения вала электрического двигателя привода подачи, например, с помощью тиристорного ключа при импульсном регулировании напряжения питания электрического двигателя привода подачи. Технический результат заключается в повышении точности измерений сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов сверлением, снижении износа режущей части бурового сверла и повышении надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, телескопический механизм ограничения смещения, бурового сверла, находящихся в корпусе. Устройство комплектуется отдельным блоком для электропитания приводов, записи и распечатки результатов измерений [1].

Недостатком устройства является то, что раздельный привод подачи и вращения бурового сверла не осуществляет изменения скорости подачи при увеличении сопротивления сверлению и нагрузки на электрический привод вращения бурового сверла. Возможно смещение траектории поступательного движения бурового сверла, например, при просверливании более плотных материалов или их участков, например, таких как сучки в древесине. При этом повышается износ режущей части бурового сверла и увеличивается нагрузка на электрический двигатель его вращения, что снижает точность измерений и надежность устройства.

Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее электрический ручной инструмент, осуществляющий привод на подачу и вращение бурового сверла, планетарный механизм самописца для записи величин исследуемого параметра на бумажный носитель, продольные направляющие перемещения бурового сверла [2].

Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята нами за прототип.

Недостатком прототипа является то, что единый привод от электрического ручного инструмента не обеспечивает необходимого диапазона варьирования скорости подачи в зависимости от изменения сопротивления сверлению под действием нагрузки. При этом существующее изменение скорости подачи при повышении нагрузки на буровом сверле не учитывается, что снижает точность измерений. Сложность конструкции устройства снижает его надежность.

Техническим результатом является повышение точности измерений сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов сверлением, снижение износа режущей части бурового сверла и повышение надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом.

Технический результат достигается тем, что регулирование скорости подачи бурового сверла осуществляется автоматически, путем замера-величины тока, и/или напряжения питания, и/или частоты вращения вала - электрического двигателя привода вращения бурового сверла, анализа и преобразования замеренных данных, например, с помощью электронной вычислительной машины, создания управляющего сигнала и изменения частоты вращения вала электрического двигателя привода подачи, например, с помощью тиристорного ключа при импульсном регулировании напряжения питания электрического двигателя привода подачи. Возможно осуществление подачи бурового сверла от мотор-редуктора, например, постоянного тока. Замер величины тока и/или частоты вращения винтовой передачи может осуществляется с помощью датчика тока, например, на эффекте Холла. Преобразование данных и создание управляющего сигнала может осуществляется с помощью аналого-цифрового - цифро-аналогового преобразователя.

На фиг.1 представлена кинематическая схема устройства для измерения сопротивления сверлению; на фиг.2 - конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению без кожуха, вид слева.

Устройство для измерения сопротивления сверлению состоит из: электрического двигателя 1 привода вращения бурового сверла, например, постоянного тока, закрепленного на каретке 2 и осуществляющего вращение бурового сверла 3; рамы устройства 4 с закрепленным на ней неподвижно электрическим мотор-редуктором 5 привода подачи, например, постоянного тока, соединенного с винтовой передачей 6; ограничителей смещения бурового сверла 7, осуществляющих движение по направляющим 8, которые соединены последовательно друг с другом, передней крышкой 9 и кареткой 2 гибкими связующими элементами, например, тросами 11; датчиков частоты вращения 12 винтовой передачи 6, частоты вращения 13 бурового сверла 3 и тока 14, потребляемого электрическим двигателем 1 привода вращения бурового сверла 3, например, на эффекте Холла; опоры 15.

Устройство работает следующим образом:

Первоначально буровое сверло 3 не подвижно и находится внутри корпуса устройства для измерения сопротивления сверлению. Устройство подводится к исследуемому материалу, например к древесине, и незначительно углубляется в него опорой 15, которая смонтирована на передней крышке устройства и выполнена в форме конусной трубки, служащей для сбора стружки. После позиционирования устройства относительно исследуемого материала оператор включает электрический двигатель 1 привода вращения бурового сверла 3, который питается, например, от аккумулятора. Крутящий момент от электрического двигателя 1 передается через муфту буровому сверлу 3.

Подача каретки 2 и, соответственно, бурового сверла 3 осуществляется посредством винтовой передачи 6, приводимой в движение электрическим мотор-редуктором 5.

При просверливании более плотных материалов или их участков без изменения скорости подачи, например, таких как сучки в древесине, пропорционально изменению свойств исследуемого материала происходит резкое увеличение потребляемого тока электрическим двигателем 1 и снижение частоты вращения бурового сверла 3, незначительно снижается величина напряжения питания электрического двигателя привода вращения бурового сверла 3, при этом повышается износ его режущей части и увеличивается нагрузка на привод резания, что снижает точность измерений и надежность устройства. Возможно смещение траектории поступательного движения бурового сверла.

Автоматическое варьирование скорости подачи и определение величины сопротивления материала просверливанию (плотности) осуществляется с помощью датчика тока 14, и/или датчика напряжения питания, и/или датчика частоты вращения 13 бурового сверла 3, например, на эффекте Холла. При возрастании сопротивления сверлению (изменении свойств исследуемого материала) происходит снижение величины напряжения, увеличение величины тока, потребляемого электрическим двигателем 1 и снижение частоты вращения бурового сверла 3. Сигналы с датчика тока 14, и/или датчика напряжения питания, и/или датчика частоты вращения 13 поступают на устройство сбора данных, например аналого-цифровой - цифроаналоговый преобразователь. Далее сигналы поступают на электронную вычислительную машину, где производится их обработка, преобразование, отображение и хранение, а также создание соответствующего управляющего сигнала, позволяющего, например, через аналого-цифровой - цифроаналоговый преобразователь изменять частоту вращения вала электрического мотор-редуктора 5 привода подачи, например, с помощью тиристорного ключа при импульсном регулировании напряжения питания электрического двигателя привода подачи. Тем самым при снижении частоты вращения вала электрического двигателя 1, и/или снижении величины напряжения питания электрического двигателя 1, и/или увеличении величины тока (мощности) его питания в условиях процесса сверления (определения свойств исследуемого материала) снижается частота вращения выходного вала мотор-редуктора 5 и скорость подачи каретки 2 с буровым сверлом 3. Осуществляется процесс автоматического изменения скорости подачи.

При увеличении частоты вращения вала электрического двигателя 1 до частоты холостого хода, и/или увеличения величины напряжения его питания до номинального значения, и/или уменьшения потребляемого тока (мощности) до величины тока (мощности) холостого хода происходит обратный процесс - увеличение скорости подачи бурового сверла 3 до максимального значения.

Изменение направления перемещения катерки 2 и бурового сверла 3 осуществляется, например, реверсом электрического мотор-редуктора 5 привода подачи, например, путем изменения полярности напряжения на якоре или в обмотке возбуждения в случае использования двигателей постоянного тока.

Фактические значения сопротивления материала просверливанию (плотности) определяются на основании предварительных экспериментальных исследований взаимодействия величины скорости подачи бурового сверла и величины тока (мощности) и/или величины напряжения и/или частоты вращения вала электрического двигателя 1 в процессе сверления. Например, с помощью электронной вычислительной машины осуществляется математическое преобразование величины мощности, затрачиваемой на сверление с целью определения реального значения свойств (плотности) исследуемого материала.

Использование предлагаемого изобретения позволит добиться повышения точности измерений величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижения износа режущей части бурового сверла и повышения надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом.

Используемые аналоги и прототипы

1. Vorrichtung zur Materialprüfung, insbesondere Holzprüfung durch Bohr-bzw. Eindringwiderstandsmessung: 4122494 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/40 Rinn Frank; anmeldetag 06, 07, 91; offenlegungstag 05, 03, 92.

2. Bore resistance measuring apparatus including a drive unit and an attachment for a drill and or driving mechanism: 6290437 B1. United States patent: B23B 41/00 Claus M. Leimersheim, Erich H. Wiesloch; appl. no. 421904; filed Oct, 20, 1999; patented Sep.18, 2001.

1. Устройство для измерения сопротивления сверлению, состоящее из электрического двигателя привода вращения бурового сверла, например, постоянного тока; каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение от электрического двигателя привода подачи, например, постоянного тока через винтовую передачу; ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении, отличающееся тем, что регулирование скорости подачи бурового сверла осуществляется автоматически путем замера величины тока, и/или напряжения питания, и/или частоты вращения вала электрического двигателя привода вращения бурового сверла, анализа и преобразования замеренных данных, например, с помощью электронной вычислительной машины, создания управляющего сигнала и изменения частоты вращения вала электрического двигателя привода подачи, например, с помощью тиристорного ключа при импульсном регулировании напряжения питания электрического двигателя привода подачи.

2. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что подача бурового сверла осуществляется от мотор-редуктора, например, постоянного тока.

3. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что замер величины тока и/или частоты вращения винтовой передачи осуществляется с помощью датчика тока, например, на эффекте Холла.

4. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что преобразование данных и создание управляющего сигнала осуществляется с помощью аналого-цифрового - цифроаналогового преобразователя.

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для определения износа режущего инструмента станков с ЧПУ, функционирующих в условиях автоматизированного производства.

Способ определения функции распределения вершин абразивных зерен в поверхностном слое шлифовального круга // 2477462

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке и может быть использовано для определения функции распределения вершин абразивных зерен в поверхностном слое шлифовального круга после его правки.

Стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию // 2461809

Изобретение относится к технике измерений сопротивлений грунтов и снежно-ледяных образований резанию. .

Способ определения степени сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки // 2460986

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изучении процесса стружкообразования пластичных материалов. .

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2459193

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2459192

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2422801

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2422800

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных (группа Р) режущих инструментов. .

Способ бесконтактного определения температуры в зоне резания при механической обработке // 2398659

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано для бесконтактного определения температуры в зоне резания при механической обработке.

Способ определения удельного износа шлифовального круга // 2398212

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве и применении абразивных инструментов на операциях шлифования заготовок из различных материалов.

Устройство для измерения сопротивления сверлению // 2515343

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию (плотности) и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения и т.п. Устройство состоит из бурового сверла, каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение винтовой передачей, ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении, измерительных датчиков тока, устройства обработки и передачи данных энергосиловых параметров электрического двигателя на электронную вычислительную машину. Вращение и подача бурового сверла осуществляются одним электрическим двигателем постоянного тока, установленным неподвижно на раме устройства. Крутящий момент от электрического двигателя передается через зубчатую передачу на ходовой вал квадратной формы в поперечном сечении, затем через зубчатую передачу, установленную на каретке устройства, буровому сверлу. Движение каретки по направляющим и ходовому валу, а также подача бурового сверла осуществляются через автоматический вариатор, например клиноременный или его эквивалент, входной вал которого соединен с электрическим двигателем, а выходной через редуктор с винтовой передачей. Ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении соединены последовательно друг с другом, рамой и кареткой гибкими тросами. Технический результат: повышение точности измерения величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижение износа режущей части бурового сверла и повышение надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ экспериментального определения параметров пластической деформации при механической обработке металлов // 2527139

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения деформированного состояния обрабатываемого материала в зоне пластического деформирования при механической обработке с помощью делительных сеток. Сущность: осуществляют нанесение системы координатных меток на поверхности образца с помощью прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали. В качестве инструмента используют клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных (реперных) точек, являющихся точками пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора. Образованные углубления заполняют нетвердеющей люминесцентной краской, сохраняющей свои свойства при пластическом деформировании, после чего производят механическую обработку образца, а затем измеряют параметры измененного рисунка сетки, по которым вычисляют параметры пластического деформирования. Технический результат: повышение качества картины поля деформации и увеличение точности измерения параметров пластического деформирования материала образца за счет более точного определения расположения меток сетки. 3 ил.

Способ определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием // 2533611

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием (АГП). Инструмент устанавливают на плоскости стола электронного микроскопа и определяют оптическим методом количество алмазных зерен на участке АГП заданной площади. После чего определяют процентную концентрацию алмазов по приведенной зависимости, по которой оценивают режущую способность инструмента. В результате обеспечивается способность сохранения геометрической точности образующей рабочей поверхности инструмента. 3 табл.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2534730

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения силы резания // 2538068

Изобретение относится к измерительной технике и касается, в частности, определения силы, необходимой для обработки резанием металлов и сплавов. Сущность: стандартную экспериментальную кривую упрочнения перестраивают в координаты «напряжение (σ) - истинная относительная деформация (ε)», максимальным значением деформации εв предопределяют предельно возможное значение коэффициента усадки стружки K, как lnK=εв, а расчет предельно возможной величины силы резания вычисляют по уравнению Р=σв t s К/sinθ, затем ведут пробную резку, измеряют параметры для вычисления фактического коэффициента К усадки стружки, по нему определяют угол θ и по исходному уравнению находят фактическую величину силы резания. Технический результат: повышение точности расчета и существенный рост производительности за счет сокращения технико-экономических затрат на его реализацию. 1 з.п. ф-лы.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2540444

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытание на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «исходный параметр - износостойкость». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов проводят на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося во внутренней структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости Р, возрастает. Технический результат - повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2541388

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по содержанию водорода в поверхностной и приповерхностной структуре. Отличительная особенность способа прогнозирования износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов заключается в тесной корреляционной связи между свойствами твердых сплавов группы применяемости К аккумулировать водород поверхностью и приповерхностной структурой и их износостойкостью. С уменьшением способности структуры твердосплавных режущих инструментов к аккумулированию водорода их износостойкость возрастает. Технический результат − повышение точности прогнозирования износостойкости. 2 ил.

Способ испытания алмазной буровой коронки // 2548583

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения. Сущность: на корпусе коронки формируют одинаковые пары алмазосодержащих режущих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. Осуществляют бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами. Определяют скорость бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определяют пригодность матрицы алмазного инструмента. Достижение заданной глубины бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте пары режущих секторов поверхности обрабатываемой породы. Технический результат: получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы. 2 ил.

Тестирование жесткости на основе акустической эмиссии для pdc, pcbn или других вставок из твердого или сверхтвердого материала // 2549914

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку. Нагрузка прикладывается к индентору, который передает нагрузку на твердую поверхность. Нагрузку повышают до пиковой нагрузки, выдерживают в течение определенного времени и затем понижают. Акустический датчик соединен с возможностью передачи данных с тестируемым образцом и детектирует одно или более акустических событий, возникающих в тестируемом образце. Система тестирования на основе акустической эмиссии включает в себя блок записи данных, соединенный с устройством тестирования. Блок записи данных записывает данные из устройства тестирования. На основе принятых данных объективно определяется жесткость образца, и по жесткости образец может быть расположен в определенном порядке по отношению к другим образцам. Технический результат: повышение точности тестирования жесткости на основе акустической эмиссии. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 23 ил.

Тестирование жесткости на основе акустической эмиссии для pdc, pcbn или других твердых или сверхтвердых материалов // 2550314

Устройство и способ исследования образцов горной породы, основанные на явлении акустической эмиссии. Для осуществления исследования образца горной породы заявленным способом исследуемый образец помещается в заявленное устройство, содержащее в своей конструкции камеру повышенного давления и один или более акустических датчиков, присоединяемых к исследуемому образцу горной породы, с возможностью передачи сигналов. Камера включает в себя первую камеру, давление в которой поднимают до первого заданного значения давления, и вторую камеру, давление в которой поднимают до второго заданного значения давления. Образец горной породы помещают в камеру повышенного давления таким образом, чтобы на первый участок образца оказывало действие первое давление, а на второй участок образца оказывало действие второе давление. Второе давление повышают до порогового значения, выдерживают образец при пороговом значении давления определенный период времени и затем понижают давление. Акустические датчики детектируют одно или более акустических событий, происходящих в образце горной породы. В некоторых вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью определения пространственного местоположения и направления распространения одного или более акустических событий. Система включает в себя устройство исследования образца, соединенное с устройством записи информации об акустических событиях. Технический результат: увеличение точности получаемых результатов при измерении жесткости твердых или сверхтвердых материалов. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 27 ил.