Способ определения силы удара зерен о преграду

Авторы патента:

G01N3/30 - путем приложения одиночного ударного усилия (исследование твердости путем получения отпечатков от приложения ударной нагрузки G01N 3/48)

G01M7/08 - испытания на ударные нагрузки

Владельцы патента RU 2603224:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения параметров удара о преграду зерен алмазно-абразивных порошков, имеющих неправильные геометрические формы. Сущность: разгоняют зерна алмазно-абразивных порошков в струе сжатого воздуха, а затем ударяют их о жесткую преграду. Жесткую преграду изготавливают из материала, твердость которого позволяет получить на ней отпечатки, размеры которых дают возможность определить их объемы. Зерна алмазно-абразивных порошков разгоняют до скоростей, создающих недостаточные для их разрушения усилия. Технический результат: возможность создать управляемый процесс классификации зерен по прочности, а следовательно, прогнозировать срок службы алмазно-абразивных инструментов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения параметров удара о преграду зерен алмазно-абразивных порошков, имеющих неправильные геометрические формы.

Известен способ определения усилия внедрения бойка, согласно которому боек, состоящий из наконечника и стержневой части, соударяется в испытательной установке с преградой и регистрируют параметр, по которому рассчитывают усилие внедрения. Известный способ учитывает волновые процессы в бойке, для чего по неподвижно установленному в испытательной установке бойку ударяют преградой путем сообщения последней заданной скорости разгона. В качестве параметра, по которому рассчитывают усилие внедрения, измеряют упругую деформацию поверхности стержневой части бойка, размеры которой (длину и площадь поперечного сечения) выбирают из соотношений, предусматривающих учет физико-механических свойств бойка и подвижной преграды [Способ определения усилия внедрения бойко. - а.с. СССР №1040353, G01L 5/00. Авторы: Г.В. Степанов и А.П. Ващенко.].

К недостаткам известного способа относится сложность его осуществления, что снижает достоверность получаемых результатов. Кроме того, данный способ можно использовать в основном при динамических испытаниях конструкционных материалов и он не пригоден для определения силы удара о преграду зерен алмазно-абразивных порошков, поскольку в способе используется боек, размеры которого позволяют монтировать на нем тензорезисторы. В то же время зерна порошковых материалов имеют геометрически неправильную форму, а также небольшие размеры, что исключает возможность установки на них тензорезисторов.

Известна установка для отбора зерен повышенной прочности, принцип работы которой заключается в следующем. Зерно, летящее с определенной скоростью, определяемой заданным уровнем прочности, однократно ударяется о неподвижную жесткую преграду. При этом зерна, обладающие пониженной прочностью, должны разрушаться. Эти действия должны привести к общему увеличению прочности абразивного материала [Перемыщев В.В. Повышение эффективности работы абразивного инструмента для силового шлифования путем увеличения прочности абразивного материала: диссертация… кандидата технических наук: 05.03.01. - Волжский, 2002. - 138 с.].

В этой работе приводится соотношение для определения силы удара, в которое входят такие параметры, как ударный импульс и время удара.

В свою очередь, чтобы определить ударный импульс и время удара, необходимо знать скорость зерна, с которой оно соударяется с неподвижной жесткой преградой, и коэффициент восстановления для соударяющихся тел после центрального удара (коэффициент восстановления учитывает массу зерен, разрушенных ударом). То есть для определения силы удара зерен о преграду необходимо их разрушать, при этом значения силы удара, разрушившей зерна, которые в исходном состоянии имеют различные прочностные характеристики, остаются неизвестными. Кроме того, отсутствие возможности заранее установить режим обработки, обеспечивающий заданную величину прилагаемой к зерну силы удара, разгоняемому струей сжатого воздуха, приводит к повреждению качественных зерен алмазно-абразивного шлифпорошка, т.е. зерен, имеющих повышенные физико-механические свойства по сравнению с остальными.

Известен также способ определения прочности на удар абразивных зерен. Согласно данному способу, навеску абразивных зерен разрушают ударным воздействием нагрузки, например, разгоняют зерна в струе сжатого воздуха, ударяют их о жесткую преграду, а затем определяют характеристику навески после разрушения зерен, по которой судят о прочности зерен на удар. При этом дополнительно определяют площадь суммарной поверхности зерен навески до и после разрушения и рассчитывают количество энергии, затраченной на разрушение, а в качестве характеристики навески используют отношение количества энергии, затраченной на разрушение, к приращению площади суммарной поверхности зерен после разрушения [Способ определения прочности на удар абразивных зерен. - а.с. СССР №249713, G01n, Розин К.].

Осуществление указанного способа предполагает разрушение навески зерен, имеющих различные прочностные свойства. При этом зерна, имеющие пониженные механические свойства, разрушаются до достижения максимального значения силы удара, обусловленной скоростью соударения с преградой. Это приводит к тому, что остается «неучтенная» сила, которая равна разности между силой, возникающей в момент соударения зерна с преградой и зависящей от его скорости, и прочностью самого зерна. Попытка разрушить определенную навеску порошка приводит к завышению значений прочности зерен при обработке их по известному способу.

Задачей предлагаемого изобретения является определение силы удара о преграду зерен алмазно-абразивных порошков, имеющих неправильную геометрическую форму, что позволяет создать управляемый процесс классификации зерен по прочности, а следовательно, прогнозировать срок службы алмазно-абразивных инструментов.

Технический результат достигается за счет того, что зерна разгоняются в струе сжатого воздуха, на пути которых устанавливают перпендикулярно траектории их движения жесткую преграду из материала, имеющего соответствующую твердость. В результате соударения зерен с преградой на последней образуются достаточные для заполнения пластичным материалом отпечатки, которые в зависимости от скорости зерен и зернистости алмазно-абразивного порошка имеют различную глубину и форму.

Чтобы организовать управляемый процесс выбраковки зерен из партии шлифпорошка, имеющих пониженные физико-механические свойства, необходимо знать прилагаемую к зерну силу удара о преграду. При этом для определения силы удара о преграду зерна следует нагружать силой, которая меньше минимального значения усилия разрушения зерна, полученного предварительно в эксперименте по определению прочности зерен на сжатие.

Для осуществления предлагаемого способа выполняют следующие действия:

1. Предварительно определяют прочность зерен на сжатие, отобранных из подлежащей обработке партии алмазно-абразивных порошков, чтобы установить минимальное значение прочности зерен.

2. Определяют на аналитических весах массу преграды m₁, на которой имеются отпечатки, образовавшиеся от соударения зерен с преградой.

3. Заполняют отпечатки заподлицо с рабочей поверхностью преграды пластичным материалом, плотность которого известна.

4. Вторично взвешивают преграду, на которой имеются заполненные пластичным материалом отпечатки, и определяют ее массу m₂. Заполненные отпечатки после каждого эксперимента сошлифовывают для получения заново чистой рабочей поверхности преграды.

5. Определяют массу пластичного материала, находящегося в отпечатках:

m=m₂-m₁.

6. Определяют средний объем отпечатков, который зависит (для данной зернистости) от силы удара зерна о преграду:

где ρ - плотность пластичного материала, мг/мм³;

n - число заполненных отпечатков на рабочей поверхности преграды.

7. Строят график зависимости Р-V (фиг. 1),

где Р - различные давления струи сжатого воздуха, МПа;

V - средний объем отпечатков, мм³.

8. Устанавливают ту же преграду на приспособление для определения прочности зерен на сжатие и прикладывают к ним различные по величине силы, недостаточные для их разрушения.

9. Для различных по величине усилий нагрузки зерен повторяют пп. 2…6.

10. Строят график зависимости Р-V (фиг. 2),

где Р - различные по величине усилия нагрузки зерен, Н/зерно;

V - средний объем отпечатков на рабочей поверхности преграды, соответствующий этим усилиям, мм³.

11. Сравнивают два графика (фиг. 1 и фиг. 2) по среднему объему одного отпечатка и определяют искомую силу удара зерен алмазно-абразивных порошков о преграду в зависимости от давления (скорости) струи сжатого воздуха, их геометрических размеров и формы.

Предлагаемый способ был реализован в экспериментах по обработке синтетических поликристаллических кристаллов алмаза марки АРС-4 зернистости 1600/1250. Кристаллы алмаза разгоняли в струе сжатого воздуха, подаваемого в транспортирующую трубку с внутренним диаметром 7,5 мм. При этом давление сжатого воздуха варьировали на входе трубки: 4, 6, 8 и 10 атм (соответственно 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 МПа). Расстояние от сопла транспортирующей трубки до преграды составляло 40 мм, а ее длина - 960 мм. Преграда была изготовлена в виде правильной призмы с рабочей поверхностью 20×30 мм из алюминиевого сплава, твердость которого была 79НВ. Массу преграды определяли на аналитических весах WA-21. В качестве пластичного материала для заполнения отпечатков на рабочей поверхности преграды использовали пластилин, плотность которого была предварительно определена экспериментальным путем (ρ=1,41 мг/мм³).

Число отпечатков на рабочей поверхности преграды было различным (от 20 до 35) в зависимости от давления струи сжатого воздуха (при разгоне зерен) и силы их нагрузки (при использовании приспособления для определения прочности кристаллов на сжатие). При этом, чем было меньше давление сжатого воздуха и сила нагрузки зерен, тем было больше отпечатков на рабочей поверхности преграды, что позволило уменьшить погрешность эксперимента.

Приспособление для определения прочности зерен на сжатие выполнено таким образом, что позволяет перемещать преграду в продольном и поперечном направлениях. Это дает возможность получать на рабочей поверхности преграды необходимое количество отпечатков и исключить возможность их совмещения.

На фиг. 3 и 4 представлены результаты экспериментов - соответственно зависимости среднего объема отпечатков от давления струи сжатого воздуха и усилия нагрузки зерен. Сравнивая средние объемы отпечатков, полученные двумя различными способами, определяют силу удара о преграду зерен, разгоняемых в струе сжатого воздуха. Например, если давление струи сжатого воздуха в эксперименте составило 0,9 МПа (фиг. 3, штриховая линия), то средний объем отпечатков будет равен 4,1×10^-2 мм³. Используя это значение, а также график зависимости, представленный на фиг. 4, определяют силу удара, которая при давлении сжатого воздуха 0,9 МПа составила 253 Н.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить силу удара о преграду зерен алмазно-абразивных порошков, что дает возможность создания управляемого процесса классификации зерен по прочности. Способ прост в реализации, не требует наличия сложной и дорогой измерительной аппаратуры и может быть использован в технологических процессах изготовления и контроля зерен алмазно-абразивных порошков. Кроме того, способ может быть также использован и в других отраслях промышленности, где возникают задачи по определению параметров взаимодействия тел при ударе.

1. Способ определения силы удара зерен о преграду, заключающийся в том, что разгоняют зерна алмазно-абразивных порошков в струе сжатого воздуха, а затем ударяют их о жесткую преграду, отличающийся тем, что жесткую преграду изготавливают из материала, твердость которого позволяет получить на ней отпечатки, размеры которых дают возможность определить их объемы, причем зерна алмазно-абразивных порошков разгоняют до скоростей, создающих недостаточные для их разрушения усилия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют средний объем отпечатков, образовавшихся на рабочей поверхности преграды, и устанавливают зависимость среднего объема отпечатков от различных давлений струи сжатого воздуха.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устанавливают ту же преграду на приспособление для определения прочности зерен на сжатие с прикладыванием к ним различных по величине сил для определения зависимости среднего объема отпечатков от усилий нагрузки зерен.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, сравнивая значения средних объемов отпечатков, определяют искомую силу удара зерен алмазно-абразивных порошков о преграду в зависимости от давления (скорости) струи сжатого воздуха, их геометрических размеров и формы.

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам комплексной оценки физико-механических свойств высоковязких конструкционных сталей, и может быть использовано для экспресс-анализа состояния трещиностойкости материала и прогнозирования трещиностойкости материала стали.

Установка для исследования взрывозащитных мембран // 2597415

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взврывозащиты технологического оборудования, в частности защиты аппаратов от разрушения при взрыве горючей смеси разрывной мембраной.

Способ испытания строительных конструкций на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии // 2578662

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при испытании конструкций и отдельных элементов зданий и сооружений, работающих на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии с определением точной деформационной модели конструкции, например балок или плит.

Приспособление для определения устойчивости материала к удару // 2578249

Изобретение относится к устройствам для проведения испытаний по определению устойчивости разнообразных материалов и изделий к удару. Приспособление для определения устойчивости материала к удару содержит станину, направляющую, ударный элемент с механизмом приведения его в движение, при этом направляющая выполнена в виде трубы, продольно закрепленной на штативе с возможностью поворота, в полости трубы расположен ударный элемент, выполненный составным из наборных пластин и сменного бойка.

Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран // 2570912

Способ определения вязкости металлических материалов // 2570237

Изобретение относится к материаловедению, а именно к способам исследования образцов металлических материалов путем приложения к ним динамической (ударной) кратковременной нагрузки, и может быть использовано для определения вязкости металлических материалов.

Стенд для испытания железобетонных элементов на совместное кратковременное динамическое воздействие изгибающего и крутящего моментов // 2570231

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания железобетонных образцов на совместное действие изгибающего и крутящего моментов, создаваемых воздействием кратковременной динамической нагрузки.

Способ определения глубины проникания объекта в грунт // 2566402

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения глубины проникания объекта в грунт. Способ включает сбрасывание объекта с носителя и регистрацию параметров его проникания, по крайней мере, двумя сейсмическими датчиками, расположенными на расстоянии друг от друга в зоне вероятного падения объекта.

Установка для динамических испытаний кольцевых образцов материалов на растяжение // 2560015

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения экспериментальных исследований свойств материалов в условиях высокоскоростного нагружения.

Способ исследования виброударных нагрузок в системах виброизоляции // 2596237

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для исследования систем виброизоляции. Способ заключается в том, что на основании располагают дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми объектами, а также регистрирующую аппаратуру, при этом на основании устанавливают исследуемый объект, например аппаратуру летательных аппаратов, в виде двух одинаковых бортовых компрессоров для получения сжатого воздуха.

Система и способ моделирования мощного пироудара // 2595322

Изобретение относится к испытаниям на удар, в частности, к системам и методам для моделирования мощного пиротехнического удара в испытываемом компоненте или изделии.

Способ управления газоприходом в пороховой баллистической установке и установка для его осуществления // 2582524

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в пороховых баллистических установках (ПБУ). ПБУ содержит ствол для размещения в нем метаемого объекта (МО), пороховой заряд (ПЗ), зарядную камеру, соединенную с дополнительной камерой через отверстие с диаметром в зависимости от обеспечения равенства максимальных значений давлений в зарядной и дополнительной камерах в процессе разгона МО.

Способ задержки прорыва продуктов взрыва по краям метаемой пластины-ударника // 2582167

Изобретение относится к взрывным метающим устройствам, которые могут быть использованы при испытаниях военной техники. Способ задержки прорыва продуктов взрыва по краям метаемой пластины-ударника во взрывном метающем устройстве включает заглубление краев пластины-ударника в пазы, выполненные в примыкающих к ней элементах взрывного метающего устройства.

Способ динамических испытаний (варианты) // 2579811

Изобретения относятся к испытательной технике и могут быть использовано для испытания конструкций на воздействие интенсивных механических нагрузок колебательного характера.

Способ испытания металлических преград - основы защитных гетерогенных структур // 2578900

Изобретение относится к оборонной технике и предназначено для проведения испытаний лицевых металлических преград - основы гетерогенных защитных структур. Способ включает выстреливание бойков со скоростью, большей скорости удара, определение и замер глубины ударного внедрения бойка диаметром d в поверхность металла h (глубина каверны).

Стенд кочетова для испытаний разрушающихся элементов конструкций зданий и сооружений // 2576332

Изобретение относится к системам безопасности в чрезвычайных ситуациях и может быть использовано для взрывозащиты зданий, сооружений, а также технологического оборудования.

Способ испытания корпусов турбомашин на непробиваемость и устройство для его реализации // 2569930

Изобретения относятся к области машиностроения, а именно к испытаниям корпусов роторов лопаточных машин на непробиваемость. Способ заключается в том, что на одной из лопаток, установленных в роторе, расположенном внутри неподвижного корпуса, осуществляется ослабление ее поперечного сечения, при достижении ротором заданной частоты вращения и прогреве корпуса и деталей ротора до необходимой температуры проводят обрыв этой лопатки с последующим взаимодействием оборвавшейся части с корпусом.

Стенд для испытания приборов на воздействие сложных пространственных нагрузок // 2569407

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к ротационным испытательным стендам для воспроизведения сложных пространственных нагрузок. Стенд содержит установленную на основании платформу с приводом ее вращения, установленную на платформе с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы, планшайбу, снабженную приводом, размещенным на платформе и связанным с планшайбой посредством углового редуктора.

Способ исследования двухмассовых систем виброизоляции // 2603826

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для исследования систем виброизоляции. Способ заключается в установке двух одинаковых исследуемых объектов на различных системах их виброизоляции и проведении измерений их амплитудно-частотных характеристик. Затем сравнивают полученные характеристики и делают выводы об эффективности виброизоляции каждой из исследуемых систем. При этом для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производят имитацию ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записывают осциллограммы свободных колебаний, при расшифровке которых судят о собственных частотах системы и логарифмическом декременте затухания колебаний каждой из исследованной двухмассовой системы виброизоляции. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями летательного объекта. 4 ил.