Устройство для испытания покрытий на износостойкость Российский патент 2023 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к оборудованию для механического испытания покрытий и может быть использовано при исследовании материалов механическими способами в составе лабораторного оборудования заводских лабораторий, а также в экспериментальном производстве для определения прочности покрытий к истиранию.

Известно устройство для испытания стойкости противопригарных покрытий истиранием (Авторское свидетельство СССР SU 991256, G01N3/56, дата приоритета 23.06.1981, опубликовано 23.01.1983). Устройство содержит основание, подложку для закрепления покрытия, воронку для размещения зернистого абразива, бункер, две стойки, закрепленные на основании с установленными на них с возможностью перемещения вдоль подложки зажимами, гальванометром, включенным между воронкой и заземленной шиной. Основание выполнено из изоляционного материала. Недостатками такого устройства являются низкая точность измерений из-за изменения в достаточно широком диапазоне свойств зернистого абразива, риск возможной деформации бункера или воронки под воздействием абразива, сложность конструкции устройства, обусловленная требованиями наличия бункера и воронки и необходимостью отслеживания их технического состояния.

Известно устройство для определения прочности покрытий к истиранию (патент RU 2573670, G01N3/56, дата приоритета 23.10.2014, опубликован 27.01.2016). Устройство содержит основание с направляющими, ленту шлифовальной шкурки и приводной механизм, снабженный валом. На валу приводного механизма зафиксирован трос, второй конец которого закреплен к нагружающему устройству с прикрепленными на нем испытательными панелями. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и снижение точности измерений в связи с истираемостью шлифовальной шкурки.

Наиболее близким, и принятым качестве прототипа является устройство для подготовки поверхности металлических покрытий к испытаниям на износостойкость (патент RU 2400726, G01N3/00, дата приоритета 01.04.2008, опубликовано 27.09.2010). Устройство содержит шлифовальный механизм включающий электродвигатель с закрепленным на его валу истирающий элемент (шлифовальный камень) и приспособление для осуществления продольной и поперечной подачи шлифовального камня. При этом шлифовальный механизм закреплен на станине машины трения с возможностью подачи шлифовального камня с помощью микрометрических винтов, а также дополнительно введены микрометрические линейки для контроля положения шлифовального камня относительно гальванического покрытия. Недостатком такого устройства является снижение точности измерений в связи с отсутствием информативности свойств и калибровки абразива шлифовального камня (истирающего элемента), изнашиваемого в ходе измерений.

Заявляемое изобретение решает задачу по повышению точности измерений при испытаниях покрытий на износостойкость.

Технический результат заключается в повышении точности измерений при испытаниях покрытий на износостойкость при документировании свойств и калибровке истирающего элемента, изнашиваемого в ходе измерений.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для испытания покрытий на износостойкость, содержит станину, электродвигатель, на валу которого расположен шлифовальный механизм и приспособление для закрепления истирающего элемента и имеющее возможность поперечного перемещения истирающего элемента в перпендикулярном направлении относительно образца, при этом на станине установлены пружинный механизм с индикатором для регулировки величины нагрузки образца на шлифовальный механизм, платформа для закрепления образца расположенная соосно со шлифовальным механизмом, блок питания соединенный с блоком управления электродвигателем, и с генератором частоты вращения электродвигателя, к которому подключен блок регулировки частоты вращения электродвигателя, а истирающий элемент выполнен в виде крацовочной щетки.

Результат достигается тем, что в заявляемом изобретении известны характеристики крацовочной щётки, а также время воздействия на образец. При этом при крацевании обеспечивается точная регулировка числа оборотов крацовочной щетки, достигающаяся при помощи генератора частоты вращения электродвигателя с блоком регулировки частоты вращения электродвигателя и блока управления электродвигателем, что позволяет точно определить величину истирающего воздействия и, соответственно, повысить точность измерений при испытаниях покрытий на износостойкость.

Сущность поясняется фиг. 1 - 2, где:

на фиг. 1 представлена кинематическая схема устройства;

на фиг. 2, представлена электрическая схема устройства.

На фиг. 1 - 2 внесены следующие обозначения:

1- станина;

2 - шлифовальный механизм;

3 - электродвигатель;

4 - приспособление

5 - крацовочная щётка;

6 - пружинный механизм;

7 - платформа для закрепления образца;

8 - образец;

9 - пружина;

10 - неподвижная гайка;

11 - винт;

12 - рукоятка;

13 - толкатель;

14 и 15 - втулки;

16 и 17 - направляющие;

18 - индикатор;

19 - блок питания;

20 - генератор частоты вращения электродвигателя;

21 - блок управления электродвигателем;

22 - блок регулировки частоты вращения электродвигателя.

Устройство для испытания покрытий на износостойкость содержит станину 1, на которой установлен шлифовальный механизм 2, включающий в себя электродвигатель 3, на оси которого расположено приспособление 4 с крацовочной щеткой 5. Шлифовальный механизм 2 имеет два положения: рабочее (когда крацовочная щетка 5 находится в рабочей зоне) и нерабочее положение, при котором крацовочная щетка 5 находится вне рабочей зоны, и может быть заменена. Также на станине 1 соосно с шлифовальным механизмом 2 расположены пружинный механизм 6, платформа для закрепления образца 7 и образец 8. Пружинный механизм 6 включает в себя: платформу для закрепления образца 7, пружину 9, неподвижную гайку 10 с винтом 11. Винт 11 имеет рукоятку 12 и толкатель 13, и расположен так, что толкатель 13 опирается на пружину 9. Платформа для закрепления образца 7 содержит втулки 14 и 15 и перемещается в них по направляющим 16 и 17. На пружинном механизме 6 расположен индикатор 18, предназначенный для контроля величины нагрузки крацовочной щетки 5 на образец 8. Для обеспечения питания электродвигателя 3 и контроля его частоты вращения к нему подключены блок питания 19, генератор частоты вращения электродвигателя 20 и блок управления электродвигателем 21, закрепленные на станине. С генератором частоты вращения электродвигателя 20 соединен блок регулировки частоты вращения электродвигателя 22, который закреплен на станине.

Заявляемое устройство работает следующим образом:

Исходное положение элементов устройства для испытания покрытий на износостойкость: винт 11 выкручен в крайнее левое положение, шлифовальный механизм 2 расположен вне рабочей зоны. На приспособлении 4 закрепляется крацовочная щётка 5. На платформе для закрепления образца 7 закрепляется образец 8. Далее шлифовальный механизм 2 переводится в рабочую зону. Вращая рукоятку 12 винта 11, производят поджатие пружины 9, благодаря чему обеспечивается усилие на платформе для закрепления образца 7, которое прижимает к крацовочной щётке 5 образец 8. Величина нагрузки крацовочной щетки 5 на образец 8 контролируется при помощи индикатора 18. Далее на устройство для испытания покрытий на износостойкость подается напряжение, которое поступает на блок питания 19. Из блока питания 19 преобразованное напряжение поступает в генератор частоты вращения электродвигателя 20 и блок управления электрическим двигателем 21. Генератор частоты вращения электродвигателя 20 обеспечивает подачу управляющих импульсов на блок управления электродвигателем 21, а блок управления электродвигателя 21 подает на электродвигатель 3 сформированное напряжение, вследствие чего вал электродвигателя 3 начинает вращаться. Вал приводит во вращение приспособление 4 и крацовочную щётку 5. При помощи блока регулировки частоты вращения электродвигателя 22 производится регулировка частоты сигнала, выдаваемого генератором частоты вращения электродвигателя 20. Вследствие этого осуществляется регулировка числа оборотов вала электродвигателя 3 в минуту. Подсчитывая количество оборотов при известной величине нагружения, высчитывается величина общего истирающего воздействия на образец 8. По интенсивности истирающего воздействия (количеству оборотов вала электродвигателя 3 и величины нагружения), требуемого для истирания покрытия, делают вывод о стойкости покрытия. Точная регулировка числа оборотов достигается при помощи генератора частоты вращения электродвигателя 20, блока регулировки частоты вращения электродвигателя 22 и блока управления электродвигателем 21.

Реализация работы устройства для испытания покрытий была осуществлена для 10 одинаковых алюминиевых пластинок АМг2 толщиной 2 мм. Характеристики и результаты шлифования представлены в таблице. Истирание образцов осуществлялось щёткой из нержавеющей стали AISI 304. Время истирания происходило с шагом в 2 минуты. Наличие регулировки частоты позволило точно выставить скорость вращения электродвигателя. Истирание происходило при 385 оборотах в минуту. Наличие индикатора нагрузки позволило точно выставить усилие крацовочной щётки на образец 0,3 кг. Данные образцы истирались с целью калибровки установки.

Таблица 1 - Характеристики и результаты испытания Образец Время крацевания, мин До крацевания После крацевания Износ, мкм 1 2 2,093 2,005 0,138 2,036 1,885   1,883   1,934 ср: 2,065 ср:1,927 2 4 2,017 1,875 0,058 1,968 1,868 1,998 1,997 ср: 1,993 ср: 1,935 3 6 2,107 1,971 0,059 1,943 1,906 1,961 1,939 1,984 ср: 1,998 ср: 1,939 4 8 2,057 1,963 0,088 2,002 1,981 2,092 2,089 ср: 2,06 ср: 1,972 5 10 2,107 1,947 0,124 2,041 1,891 2,053 1,885 1,967 1,949 ср: 2,042 ср: 1,918 6 12 1,995 1,915 0,101 1,999 1,969 2,007 1,896 1,872 1,87 1,876 ср: 2 ср: 1,899 7 14 1,894 1,965 0,045 1,934 1,894 1,927 1,879 1,929 1,873 1,951   2,006 1,997 ср: 1,948 ср: 1,903 8 16 2,058 1,907 0,123 1,916 1,921 2,058 1,949 2,045 1,825 1,886 1,889 ср: 2,019 ср: 1,896 9 18 1,929 1,897 0,068 1,99 1,908 1,988 1,922 1,901 1,9 1,887 1,892 ср: 1,969 ср: 1,901 10 20 1,995 1,948 0,106 1,987 1,926 2,072 1,932 1,921 1,915 1,908 1,889 1,902 1,871 ср: 2,018 ср: 1,912

Введение таких параметров как: площадь поверхности взаимодействия крацовочной щётки с образцом, количество истирающих элементов и их механические характеристики, а также время воздействия крацовочной щетки на образец и таких элементов как: генератор частоты с блоком регулировки частоты и блок управления электродвигателем позволяет точно определить величину истирающего воздействия и, соответственно повысить точность измерений при испытаниях покрытий на износостойкость.

Таким образом, поставленная задача изобретения по повышению точности измерений решена.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к оборудованию для механического испытания покрытий, и может быть использовано при исследовании материалов механическими способами в составе лабораторного оборудования заводских лабораторий, а также в экспериментальном производстве для определения прочности покрытий к истиранию. Устройство содержит станину, электродвигатель, на валу которого расположены шлифовальный механизм и приспособление для закрепления истирающего элемента, имеющее возможность поперечного перемещения истирающего элемента в перпендикулярном направлении относительно образца, при этом на станине установлены пружинный механизм с индикатором для регулировки величины нагрузки образца на шлифовальный механизм, платформа для закрепления образца, расположенная соосно со шлифовальным механизмом, блок питания, соединенный с блоком управления электрическим двигателем и с генератором частоты вращения электродвигателя, к которому подключен блок регулировки частоты вращения электродвигателя, а истирающий элемент выполнен в виде крацовочной щетки. Технический результат: повышение точности измерений при испытаниях покрытий на износостойкость при документировании свойств и калибровке истирающего элемента, изнашиваемого в ходе измерений. 2 ил., 1 табл.

Устройство для испытаний покрытий на износостойкость, включающее станину, электродвигатель, на валу которого расположены шлифовальный механизм и приспособление для закрепления истирающего элемента, имеющее возможность поперечного перемещения истирающего элемента в перпендикулярном направлении относительно образца, отличающееся тем, что на станине установлены пружинный механизм с индикатором для регулировки величины нагрузки образца на шлифовальный механизм, платформа для закрепления образца, расположенная соосно со шлифовальным механизмом, блок питания, соединенный с блоком управления электрическим двигателем и с генератором частоты вращения электродвигателя, к которому подключен блок регулировки частоты вращения электродвигателя, при этом истирающий элемент выполнен в виде крацовочной щетки.