СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО УГЛА АТАКИ СТРУИ АБРАЗИВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к области исследования изнашивания деталей машин потоком абразивных частиц, газообразными и гидроабразивными струями, в частности к экспериментальному определению действительного угла атаки струи абразива.

Аналогом для двух предлагаемых вариантов является способ определения действительного угла атаки, заключающейся в том, что на поверхность детали устанавливают пару образцов из разных материалов, относительная износостойкость которых монотонно изменяется в зависимости от угла атаки. Подвергают образцы воздействию струи абразива, измеряют величины их износа и определяют относительную износостойкость. Определяют экспериментальную зависимость относительной износостойкости этих материалов от угла атаки. С помощью экспериментальной зависимости по относительной износостойкости образцов определяют действительный угол атаки [1] (А.с. СССР N 1436008, кл. G 01 N 3/56, 1988).

Этот способ не позволяет определить конкретное направление струи абразива относительно детали, т. к. заданному углу атаки соответствует бесконечное множество направлений в пространстве. Точность обеспечивается только в случае соответствия режимов лабораторных и эксплуатационных испытаний.

В качестве прототипа для двух предлагаемых вариантов выбран способ определения действительного угла атаки струи абразива в промышленных установках. Согласно этому способу на поверхность, подвергающуюся действию абразивной струи, устанавливают полусферический образец из хрупкого материала, например стекла, и измеряют угол между касательной к установочной поверхности и радиусом полусферы образца, проходящим через участок его наибольшего износа. (А.с. СССР N 232580, кл. G 01 N 3/56, 1973).

Способ, надо полагать, основан на том факте, что хрупкие материалы в большинстве случаев наиболее интенсивно изнашиваются при углах атаки близких к 90^o. Обратная к известным результатам эксперимента по определению зависимости износа стекла от угла атаки при газообразивном изнашивании частицами карбида кремния с размерами соответственно 127, 21 и 9 мкм. По зависимостям, полученным Г. Шелдоном и Дж. Финни, видно, что максимум износа силикатного стекла в потоке частиц размером 127 или 21 мкм наблюдается при угле атаки около 80^o, а в потоке частиц размером 9 мкм максимум износа смешивается с углом атаки около 25^o. (см. Sheldon G.L. Fippie J. On the ductile Behavior of nominaly Brittle Materials During Erosive Cutting.- "Transactions of the ASME", ser. B, 1967, Vol. 88. N 4, pp 51 57, 58 68. или Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М. "Машиностроение", 1976, с. 222 223).

Частицы размером 9 мкм и менее часто составляют значительную долю пыли, изнашивающей вентиляторы, циклоны, системы пневмотранспорта, насосы и т.п. В таких условиях участок наибольшего износа образца не будет соответствовать нормальному попаданию струи абразива и применение данного способа станет невозможным.

В случае изнашивания более крупными частицами, когда угол атаки, соответствующий максимальной скорости изнашивания, равен 80^o, участок наибольшего износа образца, строго говоря, будет определяться не точкой, а окружностью или частью (другой) окружности. В этом случае метод не дает достаточно точного результата.

Выбор только хрупкого материала для изготовления образца ограничивает возможности эксперимента.

Задачей первого варианта изобретения является повышение достоверности результата при различных, в том числе неконтролируемых условиях изнашивания. Под условиями понимания: скорость соударения, крупность абразива, форма зерен, консистенция смеси, температура и т.д.

Согласно первому варианту на поверхность исследуемой детали устанавливают образец, подвергают его воздействию струи абразива до износа и определяют параметр, по которому судят о действительном угле атаки струи абразива.

В отличие от прототипа используют образец шарообразной формы, для изношенного образца определяют ось симметрии и точку ее пересечения с поверхностью исследуемой детали. В качестве параметра, по которому судят о действительном угле атаки струи абразива, используют острый угол между плоскостью, проходящей через указанную точку по касательной к поверхности исследуемой детали и осью симметрии изношенного образца.

Материал образца может быть не хрупким.

Задачей второго варианта изобретения, как и первого, является повышение достоверности результата при различных условиях изнашивания. Кроме того, ставится задача проще и точнее определить угол атаки абразива. И еще второй вариант призван расширить арсенал способов определения действительного угла атаки струи абразива.

Второй вариант способа определения действительного угла атаки струи абразива заключается в том, что на поверхности исследуемой детали устанавливают образец, подвергают его воздействию струи абразива до износа и определяют параметр, по которому судят о действительном угле атаки струи абразива.

Отличительные признаки второго варианта. Используют образец шарообразной формы. Струей абразива воздействуют до придания образцу конусообразной формы (в некоторой точностью). Определяют угол β при вершине конуса и острый угол g между поверхностью детали и прямой, проходящей через вершину конуса и наиболее удаленную от поверхности детали точку на основании конуса. В качестве параметра, по которому определяют действительный угол атаки струи абразива, используют сумму углов b/2+γ..

Материал образца может быть не хрупким.

На фиг. 1 изображен чертеж, поясняющий определение действительного угла атаки струи абразива согласно первому варианту, на фиг. 2 согласно второму варианту. В соответствии с первым вариантом угол атаки струи абразива определяется следующим образом. Шарообразный образец 1 с центром симметрии N прикрепляют с помощью ножки 2 к детали 3. Подвергают деталь с образцом воздействию струи абразива до износа образца. Определяют направление оси NM симметрии формы изношенной поверхности B. Для этого, например, надевают на изношенную поверхность В кольцо, внутренний диаметр которого меньше диаметра образца, так чтобы оно плотно прилегало по всей окружности. Тогда ось кольца указывает направление оси NM симметрии поверхности B. Находят точку O пересечения оси симметрии NM с поверхностью детали. Измеряют острый угол α между осью NM и плоскостью A-A, касательной к поверхности детали в точке O. Угол a является действительным углом атаки струи абразива.

При изнашивании шарообразного образца абразивной струей, характеристики которой можно считать одинаковыми в пределах площади образца, форма образца остается симметричной относительно оси, проходящей через центр шара и совпадающей с направлением движения абразива. Это следует из закона симметрии, т. к. симметричен исходных образец и симметрично изнашивающее воздействие. Направление оси симметрии не зависит ни от условий изнашивания (кроме угла атаки), ни от материала образца, благодаря чему повышается достоверность определения угла атаки. Увеличение поверхности образца по сравнению с прототипом позволяет точнее определить форму изношенного образца и расположение его оси симметрии.

В соответствии со вторым вариантом угол атаки струи абразива может быть определен следующим образом. Образец устанавливается аналогично первому варианту и подвергают воздействию струи абразива до тех пор, когда криволинейные образующие поверхности B с заданной степенью точности можно будет считать прямолинейными образующими конуса с вершиной в точке M (см фиг. 2). Находят наиболее удаленную от поверхности детали точку основания конуса K. Измеряют угол g наклона образующей KM к поверхности детали. Значение g считают положительным, если точка M дальше от поверхности детали, чем точка K, в противном случае величина g отрицательная. Измеряют угол при вершине конуса b. Угол a наклона оси симметрии конуса к поверхности детали вычисляют по формуле a = β/2+γ.. Угол α является действительным углом атаки струи абразива в случае, если поверхность детали плоская. Если поверхность детали криволинейная, находят точку O пересечения оси симметрии NM с поверхностью детали, после чего производят изложенные в этом примере измерения и расчет, считая поверхность детали плоскость, касательную к поверхности в точке O. Наблюдения подтверждают, что если в пределах размеров шарообразного образца характеристики абразивной струи одинаковы, а материал образца однородный, то форма изношенной поверхности стремится к конусообразной. Ось конуса совпадает с направлением движения абразива. Угол при вершине конуса зависит от свойств материала абразива и параметров абразивной струи, но всегда больше нуля и не более 180^o. Приобретение образцом формы конуса позволяет проще и точнее определить угол наклона оси симметрии образца, который равен действительному углу атаки струи абразива.

Оба варианта способа позволяют применять для изготовления образцов широкий ассортимент материалов как хрупких, так и пластичных.

Сущность изобретения: на поверхности исследуемой детали устанавливают шарообразный образец, подвергают его воздействию струи абразива до износа. Для изношенного образца определяют ось симметрии и точку ее пересечения с поверхностью исследуемой детали. Измеряют острый угол между плоскостью, проходящей через указанную точку по касательной к поверхности исследуемой детали, и осью симметрии изношенного образца. По этому углу судят о действительном угле атаки струи абразива. Согласно второму варианту способа на поверхность исследуемой детали устанавливают шарообразный образец, подвергают его воздействию струи абразива до придания образцу конусообразной формы. Определяют угол β при вершине конуса и острый угол g между поверхностью исследуемой детали и прямой, проходящей через вершину конуса и наиболее удаленной от поверхности исследуемой детали точку на основании конуса. Действительный угол атаки определяют как сумму углов b/2+γ. 2 с.п. ф-лы.

1. Способ определения действительного угла атаки струи абразива (варианты), заключающийся в том, что на поверхность исследуемой детали устанавливают образец, подвергают его воздействию струи абразива до износа и определяют параметр, по которому судят о действительном угле атаки струи абразива, отличающийся тем, что образец используют шарообразной формы, для изношенного образца определяют ось симметрии и точку ее пересечения с поверхностью исследуемой детали, а в качестве параметра, по которому судят о действительном угле атаки струи абразива, используют острый угол между плоскостью, проходящей через указанную точку по касательной к поверхности исследуемой детали, и осью симметрии изношенного образца. 2. Способ по п.1, заключающийся в том, что на поверхность исследуемой детали устанавливают образец, подвергают его воздействию струи абразива до износа и определяют параметр, по которому судят о действительном угле атаки струи абразива, отличающийся тем, что используют образец шарообразной формы, струей абразива воздействуют до придания образцу конусообразной формы, определяют угол β при вершине конуса и острый угол g между поверхностью исследуемой детали и прямой, проходящей через вершину конуса и наиболее удаленную от поверхности исследуемой детали точку на основании конуса, а в качестве параметра, по которому определяют действительный угол атаки струи абразива, используют сумму углов b/2+γ.н