СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ Российский патент 2007 года по МПК G01N3/58 

Заявляемое техническое решение относится к области машиностроения, а именно к способам для испытания шлифовальных кругов на механическую прочность, и может быть использовано в инструментальном производстве.

Известен способ (см. ГОСТ 12.3.023-80, ГОСТ 12.3.028-82, ГОСТ 30513-97) испытания на механическую прочность шлифовальных кругов, который включает установку шлифовального круга на рабочий орган (шпиндель) испытательного станка, нагружение шлифовального круга с помощью рабочего органа испытательного станка динамической нагрузкой путем его вращения, контроль по показаниям измерительных систем и приборов испытательного станка приложения необходимой испытательной нагрузки, выдержку, в случае необходимости, шлифовального круга под действием испытательной нагрузки определенное время, выключение рабочего органа испытательного станка (вращения шпинделя) и снятие шлифовального круга с рабочего органа испытательного станка либо удаление осколков разрушившегося шлифовального круга.

В случае, если шлифовальный круг успешно прошел испытание и не разрушился, то делается вывод о том, что данный шлифовальный круг можно использовать на шлифовальном оборудовании без опасности его разрушения при работе, то есть об отсутствии опасности получения травм персоналом и опасности выведения из строя шлифовального оборудования. Если шлифовальный круг разрушился при испытаниях, то делается вывод о том, что был нарушен технологический процесс производства шлифовального круга либо что условия или сроки хранения шлифовального круга отрицательно сказались на его прочности.

Величина, на которую испытательная нагрузка, то есть испытательная скорость, превышает рабочую скорость шлифовального круга, зависит от размеров, формы, рабочей скорости шлифовального круга и компонентов, из которых он изготовлен. В случае, если требуется определить величину предела прочности шлифовального круга, испытательную нагрузку постепенно увеличивают до тех пор, пока не произойдет разрушение шлифовального круга. Величину испытательной нагрузки, то есть скорости вращения, при которой шлифовальный круг разрушается, используют в качестве опосредованной величины для оценки предела прочности шлифовального круга.

Время выдержки шлифовального круга под действием испытательной нагрузки также зависит от размеров, формы, рабочей скорости шлифовального круга и компонентов, из которых он изготовлен, и в ряде случаев испытания могут проводиться без выдержки, например при испытании путем превышения рабочей скорости в 1,65 раза шлифовальных кругов, работающих со скоростью до 50 м/с (кроме эльборовых на органической и металлической связках), и работающих со скоростью до 60 м/с на бакелитовой связке (ГОСТ 12.3.028-82).

В известном способе, благодаря действию центробежной силы, в теле шлифовального круга создаются тангенциальные растягивающие напряжения, которые оказывают основное влияние на разрушение шлифовального круга. Тангенциальные растягивающие напряжения имеют максимальные значения у посадочного отверстия шлифовального круга. Процесс разрушения шлифовального круга при его вращении начинается именно от посадочного отверстия, поэтому действие тангенциальных растягивающих напряжений оказывает основное влияние на разрушение шлифовального круга (Любомудров В.Н., Васильев Н.Н., Фальковский Б.И. Абразивные инструменты и их изготовление. М. - Л. Машгиз, 1953, с.60-67. Филимонов Л.Н. Высокоскоростное шлифование. Л. Машиностроение, 1979, с.93-109. Нетребко В.П., Коротков А.Н. Прочность шлифовальных кругов. М. Николь, 1992, с.31-39).

Недостатком известного способа является то, что разнообразная номенклатура шлифовальных кругов и их высокие испытательные скорости требуют применения в испытательных станках сложных и дорогостоящих высокоскоростных двигателей и подшипников, механизмов бесступенчатого регулирования скорости, высокопрочных шпиндельных узлов. Кроме того, фактор травмоопасности, обусловленный большой кинетической энергией разлетающихся осколков шлифовального круга, возникающей в случае его разрыва при вращении, требует применения в испытательных станках толстостенных металлических испытательных камер, которые ограждают зону вращения шлифовального круга от остального рабочего пространства.

Задачей изобретения является снижение стоимости испытательных станков, а также сведение к минимуму фактора травмоопасности при испытаниях.

Поставленная задача достигается тем, что в способе испытания шлифовальных кругов на механическую прочность, при котором шлифовальный круг устанавливают на рабочий орган испытательного станка, нагружают шлифовальный круг с помощью рабочего органа испытательного станка, контролируют по показаниям измерительных систем и приборов испытательного станка приложение необходимой испытательной нагрузки, выдерживают, в случае необходимости, шлифовальный круг под действием испытательной нагрузки определенное время, выключают рабочий орган испытательного станка и снимают шлифовальный круг с рабочего органа испытательного станка либо удаляют осколки разрушившегося шлифовального круга, согласно изобретению, после установки шлифовального круга на рабочий орган испытательного станка шлифовальный круг нагружают без вращения по поверхности посадочного отверстия равномерно распределенным давлением.

В заявляемом способе тангенциальные растягивающие напряжения, которые оказывают основное влияние на разрушение шлифовального круга, создаются в теле шлифовального круга путем приложения равномерно распределенного давления по поверхности посадочного отверстия круга без его вращения, причем характер распределения и знак возникающих при этом тангенциальных растягивающих напряжений являются такими же, как при вращении шлифовального круга (Нетребко В.П., Коротков А.Н. Прочность шлифовальных кругов. М. Николь, 1992, с.31-39; Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М., Наука, 1986, с.336-341).

Новым в способе является то, что после установки шлифовального круга на рабочий орган испытательного станка шлифовальный круг нагружают без вращения с помощью рабочего органа испытательного станка по поверхности посадочного отверстия равномерно распределенным давлением.

Сущность способа поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлен вращающийся шлифовальный круг с выделенным на нем элементарным участком, где υ - скорость вращения шлифовального круга, dϕ - угловая величина элементарного участка шлифовального круга, r - радиус в данной точке шлифовального круга, dr - приращение радиуса элементарного участка шлифовального круга; на фиг.2 представлены элементарный участок вращающегося шлифовального круга и направления действия напряжений, которые в нем возникают, где δt - тангенциальное напряжение, δr - радиальное напряжение, dδr - приращение радиального напряжения в элементарном участке шлифовального круга, h - высота элементарного участка шлифовального круга, dϕ - угловая величина элементарного участка шлифовального круга, r - радиус в данной точке шлифовального круга, dr - приращение радиуса элементарного участка шлифовального круга; на фиг.3 представлены шлифовальный круг в разрезе и эпюра тангенциальных растягивающих напряжений, которые возникают в нем при вращении, где υ - скорость вращения шлифовального круга, δt - тангенциальное напряжение; на фиг.4 представлены шлифовальный круг в разрезе и эпюра тангенциальных растягивающих напряжений, которые возникают в нем при нагружении его без вращения по поверхности посадочного отверстия равномерно распределенным давлением, где Р - давление, δt - тангенциальное напряжение; на фиг.5 представлено устройство для проведения испытаний шлифовальных кругов заявляемым способом; на фиг.6 представлен разрез А-А на фиг.5.

Осуществляют заявляемый способ испытания шлифовальных кругов на механическую прочность следующим образом. Шлифовальный круг устанавливают на рабочий орган испытательного станка, нагружают шлифовальный круг без вращения с помощью рабочего органа испытательного станка по поверхности посадочного отверстия равномерно распределенным давлением. Затем по показаниям измерительных систем и приборов испытательного станка контролируют приложение по посадочному отверстию шлифовального круга испытательной нагрузки (равномерно распределенного давления) такой величины, действие которой будет достаточно для создания в теле шлифовального круга тангенциальных растягивающих напряжений, эквивалентных тангенциальным растягивающим напряжениям, которые возникают в теле шлифовального круга при его вращении с испытательной скоростью. В случае, если требуется определить величину предела прочности шлифовального круга, испытательную нагрузку постепенно увеличивают до тех пор, пока не произойдет разрушение шлифовального круга. Величину испытательной нагрузки, при которой шлифовальный круг разрушается, используют в качестве опосредованной величины для оценки предела прочности шлифовального круга.

Шлифовальный круг выдерживают, в случае необходимости, под действием испытательной нагрузки (равномерно распределенного давления) определенное время, которое зависит от размеров, формы, рабочей скорости шлифовального круга и компонентов, из которых он изготовлен, и в ряде случаев испытания проводят без выдержки. Примером такого случая является приложение по посадочному отверстию шлифовального круга равномерно распределенного давления, действие которого будет эквивалентно превышению рабочей скорости круга в 1,65 раза при испытании шлифовальных кругов, работающих со скоростью до 50 м/с (кроме эльборовых на органической и металлической связках), и работающих со скоростью до 60 м/с на бакелитовой связке. После этого выключают рабочий орган испытательного станка и снимают шлифовальный круг с рабочего органа испытательного станка либо удаляют осколки разрушившегося шлифовального круга.

В случае разрыва шлифовального круга при его испытании на механическую прочность заявляемым способом кинетическая энергия его осколков во много раз меньше кинетической энергии, которую получают осколки шлифовального круга при его разрыве в процессе вращения. Поэтому в заявляемом способе отсутствует обязательная необходимость применения в испытательных станках толстостенных металлических испытательных камер и значительно снижается вероятность получения травм персоналом. Заявляемый способ позволяет снизить стоимость испытательных станков, поскольку при его использовании не требуется применение сложных и дорогостоящих высокоскоростных двигателей, подшипников, механизмов бесступенчатого регулирования скорости, высокопрочных шпиндельных узлов. Таким образом, заявляемый способ позволяет снизить стоимость испытательных станков и свести к минимуму фактор травмоопасности.

Пример конкретного применения способа. Заявляемым способом была испытана на механическую прочность партия отрезных шлифовальных кругов 230×3×22,2 13 А 63 Н СТ3 БУ 80 м/с. Испытания проводились на установке для проведения испытаний на растяжение и сжатие модели FP-10, максимальное усилие которой составляет 10 кН. Для проведения испытаний заявляемым способом на данной установке использовалось устройство, представленное на фиг.5, где 1 - стальная разрезная втулка, которая состоит из восьми сегментов (см. фиг.6) и в собранном состоянии удерживается резиновым эластичным кольцом 2, с обеих сторон втулка имеет внутренние конические поверхности, в которые помещаются стальные шарики 3. Материал разрезной втулки 1 и шариков 3 - сталь ШХ15, разрезная втулка и шарики подвергнуты закалке. При приложении к шарикам сжимающей нагрузки происходит разжим втулки и шлифовальный круг 6 нагружается по посадочному отверстию равномерно распределенным давлением, причем равномерно распределенное давление прямо пропорционально приложенной сжимающей нагрузке. На разрезной втулке 1 выполнен буртик. На этот буртик устанавливают испытываемый шлифовальный круг 6. Сжимающая нагрузка передается на шарики 3 упорами 4, которые контактируют с установочными планшайбами 5. Поверхность контакта упоров 4 с планшайбами 5 имеет конусообразную форму. Конические поверхности упоров 4 и планшайб 5 служат для устранения перекоса оси во время испытания шлифовальных кругов. Планшайбы 5 крепятся в тисках, которые располагаются в испытательной камере на установке FP-10.

Испытания проводили следующим образом. Шлифовальный круг устанавливали на разрезную втулку 1, разрезную втулку вместе со шлифовальным кругом помещали в устройство, как показано на фиг.5, на установку FP-10. Шлифовальный круг нагружали без вращения по поверхности посадочного отверстия равномерно распределенным давлением путем передачи сжимающей нагрузки на шарики 3 через упоры 4 и планшайбы 5. Величину сжимающей нагрузки контролировали с помощью индикаторного динамометра и записывающего устройства. Шлифовальный круг выдерживали под действием испытательной нагрузки необходимое время, а затем снимали его с разрезной втулки либо удаляли его осколки. Для определения предела прочности шлифовальных кругов в партии несколько кругов были постепенно нагружены такой нагрузкой, при которой произошло их разрушение.

В случае разрыва шлифовального круга, при его испытании на механическую прочность заявляемым способом, кинетическая энергия его осколков была во много раз меньше кинетической энергии, которую получают осколки шлифовального круга при его разрыве в процессе вращения. Вероятность получения травм персоналом практически свелась к нулю. Поэтому при испытании заявляемым способом не применяли толстостенную металлическую испытательную камеру, а было применено легкое ограждение из органического стекла. Для испытания заявляемым способом была использована установка для проведения испытаний на растяжение и сжатие, которая значительно дешевле и проще по устройству, чем станки для испытания шлифовальных кругов на прочность путем их вращения. В установках для проведения испытаний на растяжение и сжатие такого типа не применяются сложные и дорогостоящие высокоскоростные двигатели и подшипники, механизмы бесступенчатого регулирования скорости, высокопрочные шпиндельные узлы. Для испытания шлифовальных кругов заявляемым способом достаточно устройства, подобного представленному на фиг.5, например устройства, где рабочий орган выполнен в виде разрезной втулки либо вала с небольшой конусностью, либо в виде гибкого элемента - трубки, в которой создается давление с помощью жидкостей или газов. Необходимо также наличие установки для проведения испытаний на сжатие либо какого-либо прессового, гидравлического или пневматического оборудования, обеспечивающего необходимые для испытаний нагрузки и их контроль.

Таким образом, заявляемый способ позволяет значительно снизить стоимость испытательных станков и свести к минимуму фактор травмоопасности.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам для испытания шлифовальных кругов на механическую прочность, и может быть использовано в инструментальном производстве. Согласно заявленному способу шлифовальный круг устанавливают на рабочий орган испытательного станка. Нагружают шлифовальный круг с помощью рабочего органа испытательного станка и контролируют по показаниям измерительных систем и приборов испытательного станка приложение необходимой испытательной нагрузки. Выдерживают, в случает необходимости, шлифовальный круг под действием испытательной нагрузки определенное время. Выключают рабочий орган испытательного станка и снимают шлифовальный круг с рабочего органа испытательного станка либо удаляют осколки разрушившегося шлифовального круга. После установки шлифовального круга на рабочий орган испытательного станка шлифовальный круг нагружают без вращения по поверхности посадочного отверстия равномерно распределенным давлением. Технический результат: снижение риска разрушения шлифовального круга при испытаниях. 6 ил.

Способ испытания шлифовальных кругов на механическую прочность, при котором шлифовальный круг устанавливают на рабочий орган испытательного станка, нагружают шлифовальный круг с помощью рабочего органа испытательного станка, контролируют по показаниям измерительных систем и приборов испытательного станка приложение необходимой испытательной нагрузки, выдерживают, в случае необходимости, шлифовальный круг под действием испытательной нагрузки определенное время, выключают рабочий орган испытательного станка и снимают шлифовальный круг с рабочего органа испытательного станка, либо удаляют осколки разрушившегося шлифовального круга, отличающийся тем, что после установки шлифовального круга на рабочий орган испытательного станка шлифовальный круг нагружают без вращения по поверхности посадочного отверстия равномерно распределенным давлением.