Способ испытания материала на абразивное изнашивание

Изобретение относится к испытаниям материалов на износ и может быть использовано при оценке износостойкости образца из любого материала при действии на них абразивных частиц. Сущность: осуществляют изнашивание торца образца при поступательном движении с вращением вокруг собственной оси относительно нормально расположенной абразивной поверхности. Обеспечивают условие, при котором путь, проходимый образцом при поступательном движении, не превышает длину его окружности, а частоту вращения образца задают равной 500 мин-1. Технический результат: возможность повысить максимальную нагрузку на образец без разрушения основы шкурки (бумага, полотно), что также способствует ускорению процесса испытаний.

 

Изобретение относится к испытаниям материалов на износ и может быть использовано при оценке износостойкости образца из любого материала при действии на них абразивных частиц.

Известно большое количество схем, способов и устройств, позволяющих проводить испытания материалов на износостойкость. Например, способ с применением радиоактивных индикаторов износа [Скорынин Ю.В. Ускоренные испытания деталей машин и оборудования на износостойкость. - Минск: Наука и техника, 1972. - 160 с.), заключающийся в том, что одна из трущихся поверхностей трибосопряжения предварительно активируется радиоактивным изотопом, а затем регистрируется активность смазочного материала или оценивается перенос вещества с активированной поверхности на неактивированную. Однако реализация этого способа требует специальной радиометрической аппаратуры, повышенной квалификации исполнителей и соответствующих организационных мероприятий, существенно осложняющих его широкое применение [1].

Известны и другие способы оценки износостойкости, в частности метод искусственных баз, заключающийся в вычислении расстояния от поверхности трения до дна углубления, искусственно сделанного на этой поверхности и закономерно суживающегося ко дну. Ось углубления расположена перпендикулярно к поверхности трения, и линейный износ поверхности определяют в направлении этой оси.

Однако для его использования требуется предварительное нанесение углублений (как правило, вдавливанием алмазного конуса, шарика, высверливанием, вырезанием лунок) (см. http://stroy-technics.ru/article/metody-opredeleniya-iznosa-detalei-mashin), которые нарушают геометрию контактирующих поверхностей и могут влиять на характер и изнашивания [2].

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности признаков является способ испытания материалов на абразивное изнашивание (см. ГОСТ 17367-71. Металлы. Метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы), 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 [3].

Недостатком вышеуказанных способов является малая производительность при исследовании материалов с высокой твердостью (например: твердые сплавы). Так, при низких нагрузках (до 3 Н) во время испытаний для получения заметных величин износа требуется значительное время. В то же время 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.

Целью изобретения является повышение производительности испытаний и обеспечение равномерности изнашивания образцов.

Задача повышения производительности и обеспечения равномерности изнашивания образцов решается за счет того, что в способе испытания материала на абразивное изнашивание, который включает изнашивание образца по закрепленному абразиву и измерение его износа, образцу сообщают дополнительное вращение вокруг собственной оси с числом оборотов n, устанавливаемым из условия:

где D - диаметр образца, мм;

S - поступательное перемещение образца, мм/с;

К≥1 - кинематический фактор.

Это приводит к увеличению производительности испытаний - т.е. к снижению времени испытаний. Кроме того, дополнительное вращение может служить фактором управления интенсивностью изнашивания за счет изменения (выбора) соотношения скоростей поступательного и вращательного движения образца.

Предлагаемый способ позволяет повысить максимальную нагрузку на образец без разрушения основы шкурки (бумага, полотно), что также способствует ускорению процесса испытаний.

Опытным путем определено, что при такой схеме изнашивания на торцах испытуемых образцов практически полностью исчезает «натягивание или наплыв» материала, имеющий место при известной схеме испытаний, особенно заметной на пластичных материалах. Вместе с тем это обеспечивает более равномерный износ трущейся поверхности образца, а значит, позволяет добиться более высокой повторяемости результатов. Равномерность изнашивания особенно важна для образцов самой технологичной - цилиндрической формы, т.к. при линейном поступательном движении абразивные зерна проходят различные пути по поверхности круга. Так максимальный путь трения (микрорезания) проходят зерна, пересекающие образец по линии диаметра, а минимальный - на крайних участках образца. Вращение нивелирует эти различия, позволяя более равномерно и полно использовать режущие свойства абразивного материала.

Способ реализуется следующим образом:

1. изготавливают опытный образец из тестируемого материала;

2. рабочую поверхность образца подвергают приработке для достижения ее плотного прилегания к абразивной поверхности;

3. измеряют исходный размер L0 испытуемого образца;

4. образец с держателем устанавливают на машину трения и производят изнашивание при заданных режимах испытаний: скорости поступательного и вращательного движения, длине пути трения и нагрузке на образец;

5. измеряют размер изношенного образца - L1;

6. определяют величину размерного износа (L0-L1).

Отметим, что число оборотов образца вокруг своей оси - n (частота вращения) назначается из условия, когда путь, проходимый образцом при поступательном перемещении (S), не должен превышать длину его окружности (πD). Это позволяет обеспечить как минимум полный поворот образца при перемещении на длину, равную его диаметру, и обеспечить более рациональное использование режущих свойств абразивных зерен по всей истираемой площади. Экспериментально установлено, что лучший эффект достигается в случае значительного (многократного) превышения периода вращения образца (одного полного оборота) над его поступательным перемещением S на длину, равную диаметру образца D (по сути - «диаметральной» подачей). Отразить этот факт в расчетной зависимости при выборе числа оборотов образца можно с помощью введения некого кинематического фактора К (по смыслу - коэффициента интенсивности испытаний). Учитывая сказанное ранее, этот фактор должен назначаться исходя из условия К≥1. В каждом конкретном случае значение К подбирается из априорной информации или опытным путем. Причем значения близкие к единице могут быть использованы для образцов с тонкими покрытиями, где важно обеспечить не столько производительность испытаний, сколько равномерность изнашивания по площади. В иных случаях величина К может достигать значений в диапазоне 100-5000 и более в зависимости от диаметра образца.

Таким образом, выбор численного значения числа оборотов образца следует производить по предлагаемой зависимости (1).

Технический эффект изобретения достигается за счет введения управляющего воздействия в виде дополнительного вращения образца при условии превышения периода вращения над осевым перемещением образца в единицу времени.

Пример конкретного выполнения способа

Цель: сравнить производительности схем испытаний на износостойкость с дополнительным вращением и без вращения.

Материал образца - сталь 45, диаметр ⌀ 5 мм. Шероховатость поверхности не выше 16 мкм по Ra. Торец испытуемого образца прирабатывался для лучшего прилегания к поверхности шкурки. После приработки производилось измерение начального, а после изнашивания - конечного размера образца L0 и L1 соответственно.

В качестве машины трения использовался вертикально-фрезерный станок с ЧПУ модели КХЗА фирмы Profi (Германия) со специальным приспособлением. Испытания производились по схеме плоскость (абразивный материал) - торец пальца (образец).

Скорость поступательного перемещения образца составляла 250 мм/мин; статическая нагрузка - 10 Н; зернистость абразивного материала - 4; частота вращения образца 500 мин-1 (это относится только к эксперименту с дополнительным вращением), при К=7960. Путь трения за цикл испытания - 310 мм. Траектория трения - задавалась по предварительно подготовленной программе в виде совокупности чередующихся прямолинейных участков с циклическими боковыми смещениями и последовательным реверсивным движением.

Измерялся линейный износ (разность исходного и конечного размеров образца), который составил: для испытания без вращения образца - 0,03 мм и с вращением образца - 0,07 мм. Это показывает, что введение дополнительного вращения позволило повысить износ в 2,34 раза при прочих равных условиях.

Таким образом, введение дополнительного вращения существенно увеличивает съем материала за цикл испытаний, а значит, позволяет снизить время эксперимента, что особенно важно для материалов с высокой износостойкостью.

При этом удается поднять и максимальную нагрузку на абразивную шкурку почти в 2 раза, что также может быть использовано для повышения скорости испытаний.

Кроме того, режущая способность абразивного материала используется более эффективно.

Список использованных источников

1. Скорынин Ю.В. Ускоренные испытания деталей машин и оборудования на износостойкость. - Минск: Наука и техника, 1972. - 160 с.

2. http://stroy-technics.ru/article/metody-opredeleniya-iznosa-detalei-mashin

3. ГОСТ 17367-71. Металлы. Метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы.

Способ испытания материала на абразивное изнашивание, включающий изнашивание торца образца при поступательном движении с вращением вокруг собственной оси относительно нормально расположенной абразивной поверхности, отличающийся тем, что обеспечивают условие, при котором путь, проходимый образцом при поступательном движении, не превышает длину его окружности, а частоту вращения образца задают равной 500 мин-1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для проверки стойкости антикоррозионных покрытий на истирание, например для аспирационных трубопроводов.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для трибологических испытаний наружных и внутренних цилиндрических поверхностей образцов, и может быть использовано при испытаниях на износ, например, гильз цилиндров, валов и т.п.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для проверки стойкости антикоррозионных покрытий на истирание, например для аспирационных трубопроводов.

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для определения триботехнических характеристик. Устройство содержит основание, на котором установлены направляющие линейного перемещения образца, нижнюю и верхнюю подвижные платформы, съемные держатели с пазами для взаимного размещения в них соответственно образца и контробразца, связанные с соответствующими платформами, привод возвратно-поступательного перемещения нижней платформы образца, выполненный в виде кривошипно-шатунного механизма, соединенного с двигателем, датчики регистрации линейных перемещений образца и контробразца, механизм нагружения образцов, включающий привод нагружения, соединенный винтовой передачей с реверсивным двигателем, датчик силы нагружения, соединенный с приводом нагружения, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с датчиком силы нагружения и датчиками регистрации линейных перемещений.

Изобретение относится к области исследования металлов на износ, возникающий в результате гидроэрозионного воздействия, а именно к способам определения продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания металлов.

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для определения стойкости гранулированных материалов к истирающим нагрузкам в интенсивном режиме, в частности катализаторов крекинга.

Изобретение относится к способам оценки эксплуатационных свойств топлив, в частности к оценке противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей, и может быть использовано в нефтехимической, авиационной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях и устройству для исследования абразивного износа деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях, позволяющее определить абразивный износ, возникающий при работе механического оборудования, работающего в экстремально неблагоприятных эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для точного измерения торцевого износа ротора в процессе работы. Устройство содержит ротор, механически соединенный со статором, источник излучения, выход которого оптически соединен с входом блока оптики, два объектива, выходы которых оптически соединены с входами соответствующих фотоприемников, выходы которых соединены с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом импульсного вольтметра.

Изобретение относится к области физики, а именно к исследованию материалов механическими способами. Устройство содержит основание, ленту шлифовальной шкурки, приводной механизм.

Новая конструкция держателя колодки для роликовых машин трения относится к области трибологии и предназначено для установки колодок на машинах трения «Амслер» и других аналогичных типов при проведении износных испытаний. Отличие его заключается в том, что в нижней части пластины 1 выполнен паз Б, плоскость симметрии которого проходит через ось основного отверстия, а в центре перемычки паза Б установлен сферический конус 2 для базирования исследуемой колодки, причем в боковых стенках паза В и Г выполнены отверстия с расположенными в них пружинами 3 и винтами 4, предотвращающими выпадение колодки из держателя в процессе сборки. Для проведения измерений электросопротивления трибоконтакта основное отверстие А пластины снабжено электроизолирующим кольцом 5. Техническим результатом является расширение области применения, повышение точности определения коэффициента трения и снижение трудоемкости проведения испытаний. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к лабораторным стендам для испытаний почворежущих элементов сельскохозяйственных машин. Круговой почвенный стенд состоит из каркаса, приводного механизма, уплотнительных катков, грузов, рыхлителей почвенной массы, резервуара воды с капельницей, кругового почвенного канала, приспособления с гнездом для установки испытуемого образца. Стенд снабжен дополнительным приспособлением с гнездом для установки эталонного образца. Оба гнезда расположены под углом 35-45° по отношению к наружной стенке почвенного канала с расстоянием между гнездами 1,5-1,7 м. Таким конструктивным решением обеспечивается повышение точности определения износа почворежущих лезвий. 3 ил.

Изобретение относится к области трибодиагностики и может быть использовано при оценке состояния качества поверхностей пары трения «металл-металл» эндопротеза тазобедренного сустава, а также аналогичных других сферических поверхностей. Испытательная машина эндопротезов тазобедренных суставов с парой трения «металл-металл» содержит воздушный компрессор, соединенный с нагрузочным адаптером, воздействующим на первичный адаптер, подключенный к двигателю, который соединен с датчиком положения угла поворота, подключенным к интерфейсу, который соединен с электронной вычислительной машиной, а через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и инструментальный усилитель подключен к трибосопряжению с парой трения «металл-металл», к которой подключен источник тока, и через датчик силы соединен с опорной плитой, на которой закреплена чашка, относительно которой вращается головка, закрепленная в первичном адаптере. Изобретение обеспечивает возможность получения исчерпывающей информации о динамике процессов, происходящих в зоне трения трибоузла, за счет использования 3-х измерительных каналов, синхронизированных между собой и совместно принимаемых интерфейсом, с последующим их выводом и визуализацией на ЭВМ, что позволяет более объективно оценивать качество поверхностей пары трения «металл-металл» и формировать и хранить диагностическую информацию об их состоянии. 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий при определении их механических свойств и предназначено для контроля технического состояния канатов шахтных подъемных установок. Сущность: подъемный сосуд, подвешенный на канате, свободно колеблется после загрузки или разгрузки. Оценивают техническое состояние каната по значению его жесткости на растяжение путем измерения частоты свободных колебаний подъемного сосуда на канате с помощью аппаратуры систем непрерывного мониторинга параметров и исследования работы подъемной установки и непосредственному расчету жесткости каната на растяжение. Технический результат: обеспечение возможности постоянного контроля технического состояния подъемного каната. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к испытаниям материалов на износ при трении и предназначено для определения износостойкости материалов упрочняющих покрытий рабочих органов сельхозмашин при их абразивном изнашивании в почве в реальных условиях. Сущность: осуществляют нанесение покрытия на испытуемые образцы, установку их на рабочий орган сельхозорудия, контроль за изнашиванием в процессе работы в абразивной среде и сравнение величин износа. В качестве упрочняемого рабочего органа сельхозорудия используют диск зубчатой бороны или культиватора. В качестве испытуемых образцов их зубья. На зубья диска наносят различные упрочняющие покрытия, при этом в качестве абразивной среды используют естественную среду различных типов почв, а сравнение величин износа ведут между зубьями одного диска. Технический результат: возможность расширить технологические возможности определения износостойкости различных по химическому составу материалов, повысить достоверность, сравнивать эффективность используемых способов упрочнения в зависимости от механического воздействия абразивных частиц на исследуемый материал в абсолютно в идентичных условиях. 4 ил.

Изобретение относится к технике испытаний на трение и износ материалов и покрытий в условиях атмосферы и в высоком вакууме. Установка содержит форвакуумный насос, измерительный рычаг со вставкой с контртелом, установленным во фланце оправки карданной крестовины, герметично соединенным с гибким сильфоном с неподвижно установленной вакуумной камерой, привод с эксцентриковым валом, связанным тягой с рычагом карданной крестовины, рычаг с грузом, испытываемый образец, закрепленный в крышке неподвижной вакуумной камеры. Установка дополнительно содержит турбомолекулярный насос, объединенный с форвакуумным насосом в откачной пост, который через сильфон соединен с неподвижной вакуумной камерой, частотный преобразователь, который подсоединен к приводу, в качестве которого используется мотор-редуктор, содержащий червячный редуктор с трехфазным асинхронным электродвигателем, причем привод, карданная крестовина с подвижным фланцем гибкого сильфона и измерительным рычагом со вставкой с конртелом установлены на подвижной плите с возможностью многократного перемещения при помощи микрометрического винта в пределах допустимой деформации гибкого сильфона относительно неподвижного кронштейна и испытываемого образца. Технический результат: обеспечение компактности и надежности работы установки, обеспечение более глубокого вакуума, повышения его чистоты, создание возможности более полного использования поверхности образца. 4 ил.

Изобретение относится к области трибометрии для исследования процессов трения, износа и трибоЭДС как при сухом трении, так и со смазкой. Машина трения содержит стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке, и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником, жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале. Неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов. Внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющемся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с валом электродвигателя с частотным регулированием оборотов, а на другом конце вала электродвигателя установлен контрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора. К боковой поверхности ролика прижат подпружиненный электрический контакт для снятия трибоЭДС, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной соосно с приводным валом, в которой внутри размещены подвижно последовательно образцедержатель, установленный на шпонке на упоре, состоящий из ролика и обоймы и механическая система для создания нормальной нагрузки, состоящая из тензодатчика силы, прижимов, с размещенной между ними калиброванной пружиной и винта, упирающегося в прижим и размещенного на резьбе в крышке трубы измерительной системы. Усилия от вращательного момента через фиксатор на образцедержателе передается на поводковый кронштейн, жестко связанный с внешним корпусом, на котором симметрично горизонтально расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале. Регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, при этом износ трибопары замеряется размещенным на трубе индикатором. Технический результат: расширение функциональных возможностей машины трения с обеспечением проведения испытаний при нагрузках статических, вибрационных (при широком диапазоне управляемых параметров), а также режимах реверсивного движения, фреттинга, замер «трения покоя» с учетом предыстории функционирования трибоузла, замер трибоЭДС (в т.ч. для полимеров прямых и обратных пар), температуры, износа с отображением в реальном времени, обеспечение проведения исследований при чередовании режимов, а также получение взаимодополняющей информации, возможность проводить испытания по двум схемам: торцовой и вал - частичный подшипник. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области исследования механических свойств металлов, в частности их износостойкости, и касается подготовки образцов типа «вкладышей» для испытаний. Способ изготовления образцов для испытания трибосопряжения типа «вал-вкладыш» включает механическую обработку заготовок образцов. При этом предварительно изготавливают технологический диск, в котором растачивают центральное отверстие диаметром не меньше диаметра испытуемого трибосопряжения. Из исследуемых материалов предварительно изготавливают заготовки вкладышей в виде призматических колодочек прямоугольной формы по размерам гнезда в держателе триботестера. Устанавливают их на поверхности технологического диска попарно-симметрично на одном расстоянии от оси центрального отверстия, смещая их к центру относительно края отверстия на величину, не меньшую припуска под расточку. Жестко крепят их в этом положении, а затем растачивают в сборе до диаметра испытуемого сопряжения. Обеспечивается возможность изготовления триботехнических образцов в условиях ограниченного количества экспериментального материала малоразмерного сортамента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области оптических измерений одновременно нескольких параметров изделий, в частности к устройствам для измерения величины износа и температуры изделий при трении. Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении по его первому варианту и второму вариантам содержат, как минимум, два последовательно сформированных внутриволоконных оптических датчика величины износа и температуры изделия при трении на основе брэгговских решеток с участком измерительного волоконно-оптического световода между ними, не занятым брэгговской решеткой, равным по длине, как минимум, одному ее периоду. Кроме того, устройство содержит, например, как минимум, два последовательно расположенных внутриволоконных оптических датчика величины износа и температуры изделия при трении, выполненных на основе брэгговской решетки с фазовым π-сдвигом; интерферометра Фабри-Перо, построенного с использованием брэгговских решеток; брэгговских решеток, настроенных на одну рабочую длину волны; брэгговских решеток, настроенных на разные рабочие длины волн. Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении по его второму варианту в отличие от его первого варианта содержит дополнительно введенный разветвитель, установленный за циркулятором в разрыв измерительного волоконно-оптического световода. К первому выходу разветвителя последовательно подключены первый отрезок и второй конец измерительного волоконно-оптического световода, а ко второму выходу разветвителя - второй отрезок измерительного волоконно-оптического световода, предназначенные для размещения в изделии, при этом на втором конце измерительного волоконно-оптического световода, предназначенного для размещения в изделии, сформирован, как минимум, один внутриволоконный оптический датчик величины износа и температуры изделия при трении на основе брэгговской решетки. Технический результат – повышение диапазона непрерывного измерения величины износа без существенного усложнения устройства. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области исследования износостойкости материалов, используемых в стоматологии. Сущность изобретения: замеряют массы, геометрические размеры и шероховатость поверхности образцов эталона и исследуемого материала и помещают их на дно емкости. В емкость засыпают абразивный порошок (например порошок мела). Заливают в емкость модельную среду и устанавливают ультразвуковой излучатель, с его помощью производят высокочастотные колебания модельной среды с частотой колебания 20-40 килогерц, перемешивают абразивный порошок в модельной среде. Испытание образцов на износостойкость проводят в модельной среде с абразивным порошком при высокочастотных колебаниях, а по окончании испытания у образцов замеряют массы, геометрические размеры и шероховатость поверхностей. Сопоставляют износ образца, изготовленного из исследуемого материала с износом образца эталона, и по разнице износа оценивают износостойкость предложенного материала. Технический результат: простота и надежность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытаниям материалов на износ и может быть использовано при оценке износостойкости образца из любого материала при действии на них абразивных частиц. Сущность: осуществляют изнашивание торца образца при поступательном движении с вращением вокруг собственной оси относительно нормально расположенной абразивной поверхности. Обеспечивают условие, при котором путь, проходимый образцом при поступательном движении, не превышает длину его окружности, а частоту вращения образца задают равной 500 мин-1. Технический результат: возможность повысить максимальную нагрузку на образец без разрушения основы шкурки, что также способствует ускорению процесса испытаний.

Наверх