УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА И ОБРАЗЦА Российский патент 1997 года по МПК G01N3/58 

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при исследовании процесса взаимодействия инструмента с образцом.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в расширении технологических возможностей устройства, -использования его для осуществления однократного взаимодействия инструмента и образца при высоких скоростях резания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для исследования взаимодействия инструмента и образца (Абразивная обработка материалов. Справочник. Под ред. А.Н. Резникова, М. Машиностроение, 1977, с. 113-114), содержащее рычаг, установленный на оси, закрепленной в корпусе устройства, закрепленный на рычаге исследуемый образец, амортизатор из резины, две защелки, а также взрывную камеру, закрытую с одной стороны специальной гайкой, с запальным устройством и боек.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: рычаг, установленный на оси, предназначенный для закрепления исследуемого образца и имеющий возможность поворачиваться вокруг оси для возможности отрыва исследуемого образца от инструмента (шлифованного круга); амортизатор из резины, гасящий скорость перемещения рычага, и две защелки, препятствующие возвращению образца в зону шлифования.

Недостатком прототипа является невозможность использования его для осуществления однократного взаимодействия инструмента и образца, например алмазной иглы с образцом из абразивного материала, абразивного зерна с образцом из шлифуемого материала, поскольку при высоких скоростях процесса данное устройство не позволяет обеспечить нужное время срабатывания заряда во взрывной камере.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в устройстве отсутствуют элементы, синхронизирующие срабатывание взрывной камеры с фазой вращательного движения инструмента.

Цель изобретения создание возможности использования устройства для осуществления однократного взаимодействия инструмента и образца за счет отрыва образца от инструмента после однократного воздействия инструмента на образец.

Для достижения поставленной цели заявляемое устройство для исследования взаимодействия инструмента и образца содержит следующие общие с прототипом, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с целью изобретения задачи. Устройство содержит рычаг, установленный на оси с возможностью поворота этой оси, закрепленной в свою очередь в корпусе устройства. На торцевой поверхности рычага закрепляется исследуемый образец. На корпусе устройства закрепляются амортизатор из резины и две защелки. Рычаг связан пружиной растяжения с корпусом устройства. На корпусе закреплен кронштейн с отверстием, в котором установлен палец. Другой конец этого пальца входит в отверстие, выполненное на рычаге, и палец связан пружиной растяжения с кронштейном.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Пружина растяжения, один конец которой связан с рычагом, а другой с корпусом устройства, способствует быстрому отрыву образца от инструмента после однократного воздействия инструмента на образец.

Кронштейн с отверстием, закрепленный на корпусе устройства, и палец, входящий в отверстие кронштейна и рычага, способствует сохранению рычагом положения равновесия до момента взаимодействия инструмента и образца.

Пружина растяжения, связывающая палец с кронштейном, обеспечивает вывод пальца из отверстия рычага при снижении силы трения между пальцем и поверхностью отверстия рычага при воздействии на образец инструмента.

Между отличительными признаками с целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь. Палец, установленный в отверстии кронштейна и входящий в отверстие рычага, и пружина растяжения, связывающая рычаг с корпусом, способствуют сохранению рычагом определенного положения (положения равновесия) до взаимодействия инструмента с образцом. Упругие свойства пружин выбраны таким образом, что сила трения между поверхностями пальца и отверстия рычага превышает силу, с которой пружина растяжения, связывающая палец с кронштейном, воздействует на палец.

Когда сила, возникающая при взаимодействии инструмента и образца, достигает определенного значения, сила, с которой пружина растяжения, связывающая палец с кронштейном, воздействует на палец, становится равной или превышает силу трения между поверхностями пальца и отверстия рычага, тогда палец под действием пружины выходит из отверстия рычага. Пружина растяжения, один конец которой связан с рычагом, а другой с корпусом устройства, способствует отрыву образца от инструмента после воздействия инструмента на образце.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в устройствах, предназначенных для исследования процесса взаимодействия инструмента с образцом, с высокими скоростями (например, при абразивной обработке), получением технического результата, заключающегося в отрыве образца от инструмента после однократного воздействия инструмента на образец, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели создания возможности использования устройства для осуществления однократного взаимодействия инструмента и образца, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 вид А.

Устройство для исследования взаимодействия инструмента и образца содержит корпус 1, ось 2, закрепленную в корпусе 1, рычаг 3, установленный на оси 2 с возможностью поворота вокруг этой оси. На рычаге 3 закрепляется исследуемый образец 4.

К рычагу крепится пружина растяжения 5, второй конец которой крепится к корпусу 1. На корпусе 1 закреплены амортизатор 6 и две защелки 7, а также кронштейн 8. В отверстии кронштейна 8 установлен палец 9, который входит и в отверстие, выполненное в рычаге 3. К пальцу 9 крепится пружина растяжения 10, второй конец этой пружины крепится к кронштейну 8. Корпус устройства 1 устанавливается на стол экспериментальной установки, например плоскошлифовального станка.

На шпинделе экспериментальной установки закрепляется диск 11 с инструментом 12.

В процессе подготовки устройства к работе исследуемый образец 4 закрепляется на рычаге 3, рычаг отжимается до совпадения оси его отверстия с осью отверстия в кронштейне 8. Палец 9 вводится в отверстие рычага, диаметр которого на 0,5-1 мм больше диаметра пальца. Между пальцем и поверхностью отверстия рычага действует сила трения F_тр, равная
F_тр = F_пр1•cosα•f,
где F_пр1 усилие, передаваемое на рычаг со стороны пружины 5;
α угол между горизонтальной плоскостью и направлением усилия, развиваемого пружиной;
f коэффициент трения между пальцем и поверхностью отверстия рычага 3.

В этом состоянии пружина 10 не в состоянии вывести палец 9 из отверстия рычага 3, поскольку усилие, развиваемое этой пружиной F_пр2, выбирается из условия
F_пр2 = (F_пр1•cosα-P_zmax)•f,
где P_zmax максимальное значение касательной, составляющей силы резания.

Шпиндель экспериментальной установки с закрепленным диском 11 и инструментом 12 приводится во вращение, затем включается продольная подача, направление которой должно быть противоположным направлению вращательного движения инструмента в точке касания его с образцом. При определенном взаимном положении образца относительно инструмента происходит их контакт и инструмент образует на образце риску переменной глубины. При максимальном значении глубины резания инструмент воздействует на образец с максимальным значением касательной составляющей силы резания P_zmax. В этот момент усилие, развиваемое пружиной 10 (F_пр2), становится равным силе трения между пальцем и поверхностью отверстия рычага
(F_пр2 = F_тр = (F_пр1•cosα-P_zmax)•f).
Палец 9 под действием пружины растяжения 10 выходит из отверстия рычага. Пружина растяжения 5 способствует быстрому отрыву образца 4 от инструмента 12. Рычаг 3 поворачивается вокруг оси 2. Амортизатор 6 из резины гасит скорость перемещения рычага 3. Для предотвращения отскока рычага 3 с образцом 4 в зону обработки служат защелки 7.

Ниже приведен конкретный пример осуществления предлагаемого способа. Устройство устанавливали на столе плоскошлифовального станка 3Е710В-1. На шпинделе устанавливали диск диаметром 130 мм, в котором закрепляли алмазную иглу 3908-0034, вершина которой выступала над поверхностью диска на 15 мм, что обеспечивало при частоте вращения шлифовального круга 3500 об/мин рабочую скорость иглы V= 30 м/с. Пружина растяжения 5, связывающая рычаг 3 с корпусом, развивала усилие, равное 200 H, что, как показали выполненные расчеты, обеспечивает требуемую скорость отрыва образца от инструмента при общей массе рычага и образца, равной 0,4 кг. Материал исследуемых образцов абразив 24А16НС17К26. Продольная подача стола станка составляла V_s=25 м/мин. На поверхности исследуемых образцов были получены риски глубиной 0,029-0,03 мм, которые в дальнейшем подвергались исследованию. Таким образом, устройство позволяло осуществить однократное взаимодействие алмазной иглы с образцом из абразивного материала и получить на образцах единичные риски.

Согласно данным проведенных экспериментов изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом позволяет обеспечить однократное взаимодействие инструмента и образца и получение на поверхности образца единичной риски, что обеспечивается за счет отрыва образца от инструмента после однократного воздействия инструмента на образец.

Заявляемое устройство для исследования взаимодействия инструмента и образца представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит получить качественно новые результаты при исследовании процесса взаимодействия инструмента и образца при высоких скоростях резания и механизировать процесс отрыва образца от инструмента после однократного взаимодействия.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Устройство содержит рычаг 3 с закрепленным образцом, установленный на оси 2, закрепленной в корпусе 1 устройства. Рычаг 3 связан пружиной 5 растяжения с корпусом 1. На корпусе 1 закреплен кронштейн 8 с отверстием, в котором установлен палец 9, входящий в отверстие, выполненное на рычаге 3. Палец 9 связан пружиной 10 растяжения с кронштейном 8. 2 ил.

Устройство для исследования взаимодействия инструмента и образца, содержащее рычаг, установленный на оси, закрепленной в корпусе устройства, закрепленный на рычаге исследуемый образец, амортизатор из резины, отличающееся тем, что рычаг связан пружиной растяжения с корпусом, на корпусе закреплен кронштейн с отверстием, в котором установлен палец, причем второй конец пальца входит в отверстие, выполненное на рычаге, и палец связан пружиной растяжения с кронштейном.