BR102015025199A2

BR102015025199A2 - ASTM G65 INSTRUMENTATED ABRASION TEST EQUIPMENT

Info

Publication number: BR102015025199A2
Application number: BR102015025199-8A
Authority: BR
Inventors: Geraldo Marenda Pukasiewicz Anderson; Fernandes Alessandro
Original assignee: Universidade Tecnológica Federal Do Paraná
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-07-25

Abstract

equipamento de ensaio de abrasão astm g65 instrumentado o equipamento de ensaio abrasão astm g65 instrumentado para realização de ensaio de abrasão astm g65-00 possui capacidade de controle de carga através do uso de software e driver para controle do servo-motor (15), celula de carga (16) por meio de guias lineares (12), roda de borracha (2) e abrasivo alimentado de forma controlada (6). este equipamento também permite a avaliação da força de atrito ocorrida pelo corpo de prova durante ensaio de desgaste abrasivo com uma célula de carga (9).instrumented astm g65 abrasion testing equipment instrumented astm g65 abrasion testing equipment for performing astm g65-00 abrasion testing has load control capability through the use of servo motor control software and driver (15), cell load (16) by means of linear guides (12), rubber wheel (2) and controlled feed abrasive (6). This equipment also allows the evaluation of the frictional force occurring by the specimen during abrasive wear test with a load cell (9).

Description

EQUIPAMENTO DE ENSAIO DE ABRASÃO ASTM G65 INSTRUMENTADOASTM G65 ABRASION TESTING INSTRUMENT

Campo da Invenção [1] A presente invenção compreende um equipamento de ensaio de abrasão atendendo aos requisitos exigidos pela norma ASTM G65-00 utilizando células de carga, mecanismos de controle e monitoramento para controlar a força aplicada e medir a força de atrito resultante.Field of the Invention [1] The present invention comprises abrasion testing equipment meeting the requirements of ASTM G65-00 using load cells, control and monitoring mechanisms to control applied force and to measure the resulting frictional force.

Fundamentos da Invenção e Estado da Técnica [2] Nas indústrias, segue a busca incansável por materiais que aumentem a vida útil de seus produtos, sendo um dos principais objetivos o aumento da resistência ao desgaste por abrasão. O desgaste abrasivo é a perda de material pela passagem de superfícies rígidas sobre uma superfície (STACHOWIAK; BATCHELOR; BUTTERWORTH, 2014).Background of the Invention and State of the Art [2] In industries, the relentless pursuit of materials that extend the life of their products follows, one of the main objectives being increased resistance to abrasion wear. Abrasive wear is the loss of material through the passage of hard surfaces over a surface (STACHOWIAK; BATCHELOR; BUTTERWORTH, 2014).

[3] Na literatura são descritos diferentes tipos de ensaios de desgaste, por exemplo, ensaio de desgaste por abrasão, contato, erosão, riscamento ou esclerometria. Os ensaios de abrasão ASTM G65-00 são realizados em equipamentos com a utilização de célula de carga para a avaliação da força aplicada e força de atrito resultante (STEVENSON; HUTCHINGS, 1996).[3] Different types of wear tests are described in the literature, eg abrasion wear, contact wear, erosion, scratching or sclerometry. ASTM G65-00 abrasion tests are performed on load cell equipment for the assessment of applied force and resulting frictional force (STEVENSON; HUTCHINGS, 1996).

[4] Podem-se destacar alguns equipamentos, descritos nas patentes US2014/0090445 A1, UA46126, CN103592192, CN103557303 e PI0303617-0, os quais se preocupam em avaliar de forma quantitativa e controlada os desgastes provenientes de diferentes tipos de contato, tais como: micro-abrasão e fricção entre superfícies metálicas com diferentes velocidades de deslizamento.[4] Some of the equipment described in US2014 / 0090445 A1, UA46126, CN103592192, CN103557303 and PI0303617-0 can be highlighted, which are concerned with the quantitative and controlled evaluation of wear from different types of contact, such as : micro-abrasion and friction between metal surfaces with different sliding speeds.

[5] Nesta invenção, o equipamento descrito diferencia-se dos anteriores por trabalhar com o ensaio para a caracterização da resistência à abrasão definido pela norma ASTM G65-00 (ASTM, 2000).[5] In this invention, the equipment described differs from the above by working with the abrasion resistance characterization test defined by ASTM G65-00 (ASTM, 2000).

[6] Dessa forma, o presente pedido de patente compreende o projeto de um equipamento de ensaio de abrasão instrumentado, segundo norma ASTM G65-00, onde é empregado o uso de células de carga para medir os esforços contra o corpo de prova e o coeficiente de fricção ocorrido durante o ensaio.[6] Accordingly, the present patent application comprises the design of an instrumented abrasion testing equipment according to ASTM G65-00, where the use of load cells to measure stresses against the specimen and coefficient of friction during the test.

[7] 0 projeto também visa adicionar a esse equipamento mecanismos de controle e monitoramento através da aquisição de dados a partir de software comercial de aquisição de dados, possibilitando um melhor controle de aplicação de carga e monitoramento do coeficiente de atrito, o qual também é observado por Stevenson e Hutchings (1996) para ensaios de abrasão ASTM G-65.[7] The project also aims to add to this equipment control and monitoring mechanisms through data acquisition from commercial data acquisition software, enabling better load application control and friction coefficient monitoring, which is also observed by Stevenson and Hutchings (1996) for ASTM G-65 abrasion testing.

Descrição da abordagem do problema técnico [8] O desgaste abrasivo é definido como o deslocamento de material causado pela presença de partículas duras ou como a perda de matéria devido ao movimento relativo entre duas superfícies. Estas partículas podem estar entre as superfícies ou incorporadas a uma ou ambas as superfícies em movimento. Uma partícula dura pode ser o produto do processamento (exemplo: sílica, alumina ou outros minérios), um fragmento de desgaste endurecido por deformação plástica (encruamento) ou ainda surgir da presença acidental de uma partícula dura como um contaminante externo ao tribossistema (NAHVI et al., 2009).Description of Technical Problem Approach [8] Abrasive wear is defined as the material displacement caused by the presence of hard particles or as the loss of matter due to the relative movement between two surfaces. These particles may be between the surfaces or incorporated into one or both moving surfaces. A hard particle may be the product of processing (eg silica, alumina or other ores), a plastic deformation hardened wear fragment (hardening) or may arise from the accidental presence of a hard particle as a contaminant external to the tribosystem (NAHVI et al. al., 2009).

[9] Em geral os equipamento de ensaio ASTM G-65 carecem de controle da força aplicada de forma mais efetiva, não permitindo a obtenção de dados quantitativos confiáveis, assim como a determinação do processo de desgaste sob diferentes condições de trabalho. Na maioria das vezes os testes estabelecidos fornecem números relativos que propiciam um ranking para os materiais em questão. Adicionalmente deve-se verificar que os sistemas atuais não permitem a obtenção dos valores de resistência oferecidos pelos corpos de prova durante o ensaio por abrasão. Estes resultados somente são obtidos em equipamentos de ensaio de desgaste por rolamento.[9] ASTM G-65 test equipment generally lacks control of the applied force more effectively and does not allow reliable quantitative data to be obtained as well as the determination of the wear process under different working conditions. Most of the time the established tests provide relative numbers that provide a ranking for the materials in question. Additionally, it should be noted that current systems do not allow obtaining the resistance values offered by the specimens during the abrasion test. These results are only obtained on rolling wear testing equipment.

Descrição detalhada da invenção e das figuras [10] O equipamento é caracterizado por atender o ensaio de abrasão tipo roda de borracha de acordo com a norma ASTM G65-00 (ASTM, 2000).Detailed Description of the Invention and Figures [10] The equipment is characterized by meeting the rubber wheel type abrasion test according to ASTM G65-00 (ASTM, 2000).

[11] O projeto do equipamento descrito neste documento permite a obtenção de dados quantitativos, quanto à perda de massa e à aplicação de carga, mais controlados e uniformes, gerando um aumento na confiabilidade dos dados obtidos. Adicionalmente, é possível obter a força de atrito gerada pelo contato entre a roda de borracha (2) e o sistema composto entre o abrasivo e a superfície do material ensaiado (4), decorrente do ensaio de abrasão realizado neste equipamento.[11] The design of the equipment described in this document provides more controlled and uniform quantitative data on weight loss and load application, leading to increased reliability of the data obtained. Additionally, it is possible to obtain the frictional force generated by the contact between the rubber wheel (2) and the composite system between the abrasive and the surface of the material tested (4), resulting from the abrasion test performed on this equipment.

[12] As outras propriedades do material que podem ser obtidas por este equipamento são: variação da perda de massa com o tipo de erodente; variação da perda de massa com a força aplicada; avaliação da força de atrito com o decorrer da perda de massa, avaliação da força de atrito com diferentes erodentes e condições de abrasão.[12] Other material properties that can be obtained by this equipment are: mass loss variation with erodent type; variation of mass loss with the applied force; evaluation of frictional force during mass loss, evaluation of frictional force with different erodents and abrasion conditions.

[13] O projeto de construção do equipamento foi realizado conforme exemplificado na Figura 1. Este projeto caracteriza-se pela presença de um motor elétrico (1) para promover a rotação da roda de borracha (2), controlada por um sensor indicativo de número de voltas (3) que irá fazer o desgaste abrasivo na amostra (4). O processo de alimentação do material erodente é realizado através de um funil (5) e um bico alimentador (6), permitindo a dosagem correta do material erodente. A amostra (4) é fixada em um porta amostra (7), que por sua vez, é fixado em uma base deslizante (8) contendo uma célula de carga (9) que permite a medição da força de atrito resultante do processo de aplicação de carga e desgaste da amostra. O sistema de medição da força de atrito é fixado em uma base (10). Esta base é fixa em uma guia (11) que também suporta os trilhos de movimentação (12) com seus respectivos suportes (13) e o fuso (14) que promove a aplicação da carga. Este fuso é acionado por um motor de passo (15) com capacidade de controlar a carga através do uso de uma célula de carga (16) que mede a força aplicada na amostra (4). O sistema de ensaio também contém um coletor de abrasivo (17) e estrutura de fixação de todos os componentes (18).[13] The equipment construction project was carried out as shown in Figure 1. This project is characterized by the presence of an electric motor (1) to promote the rotation of the rubber wheel (2), controlled by a number sensor. turns (3) that will make abrasive wear on the sample (4). The process of feeding the erodent material is accomplished through a funnel (5) and a feed nozzle (6), allowing the correct dosage of the erodent material. The sample (4) is fixed to a sample holder (7), which in turn is fixed to a sliding base (8) containing a load cell (9) which allows the measurement of the frictional force resulting from the application process. load and wear of the sample. The friction force measuring system is fixed to a base (10). This base is fixed on a guide (11) which also supports the drive rails (12) with their respective supports (13) and the spindle (14) which promotes the application of the load. This spindle is driven by a stepper motor (15) capable of controlling the load through the use of a load cell (16) that measures the force applied to the sample (4). The test system also contains an abrasive collector (17) and all component attachment structure (18).

[14] A roda de borracha foi projetada de acordo com o que determina a norma ASTM G65-00, obedecendo todas as suas dimensões e tolerâncias conforme o projeto detalhado, para o revestimento de borracha de clorobutil.[14] The rubber wheel has been designed in accordance with ASTM G65-00 standards, meeting all dimensions and tolerances as detailed for chlorobutyl rubber coating.

[15] A seleção do motoredutor que movimenta a roda de borracha foi feita de acordo com o que sugere a norma ASTM G 65-00. O sistema de aplicação de carga adotado é do tipo guias lineares deslizantes, movimentado por um fuso de esferas que é acionado por um servo motor.[15] The selection of the gearmotor that drives the rubber wheel was made according to ASTM G 65-00. The load application system adopted is a sliding linear guide type, driven by a ball screw that is driven by a servo motor.

[16] O Driver de comunicação é um dispositivo eletrônico que realiza o acionamento e o controle do servo motor, responsável por receber e seguir um sinal de comando ou referência.[16] The communication driver is an electronic device that drives and controls the servo motor, which is responsible for receiving and following a command or reference signal.

[17] O projeto foi desenvolvido para um sistema de aplicação de carga onde uma célula de carga mede os dados do esforço que está sendo exercido sobre a amostra contra a roda, através de um indicador eletrônico que envia esses dados ao driver do servo motor que desliga o servo quando a força aplicada necessária é atingida, oferecendo mais precisão, controle e monitoramento do esforço, influenciando diretamente nos resultados dos testes. A célula de carga selecionada para este trabalho apresenta capacidade de até 50 Kgf. Modificações no ensaio podem ser feitas alterando esses parâmetros de aplicação de força, tempo de ensaio, taxa de fluxo do abrasivo, dependendo do que se deseja estudar. Assim, a célula de carga com capacidade de 50 Kgf permite que essas variações possam ser realizadas.[17] The project was developed for a load application system where a load cell measures the stress data being exerted on the sample against the wheel through an electronic indicator that sends this data to the servo motor driver that shuts off the servo when the required applied force is reached, providing more precision, effort control and monitoring, directly influencing test results. The load cell selected for this job has a capacity of up to 50 Kgf. Modifications to the test can be made by changing these force application parameters, test time, abrasive flow rate, depending on what you want to study. Thus, the 50 Kgf load cell allows these variations to be made.

[18] Um dos diferenciais desta invenção é a possibilidade de medição da força de atrito. Foi desenvolvido um sistema de aplicação de carga no qual uma célula de carga mede os dados da força gerada no corpo de prova com o contato entre a roda e o sistema de partículas abrasivas e amostra. O equipamento de ensaio é gerenciado através de um software de aquisição de dados que permite a supervisão e controle de processo, que nos permite controlar totalmente o ensaio através de um microcomputador.[18] One of the differentials of this invention is the possibility of measuring frictional force. A load application system has been developed in which a load cell measures the force data generated in the specimen with the contact between the wheel and the abrasive particle and sample system. Assay equipment is managed through data acquisition software that enables process supervision and control, which allows us to fully control the assay through a microcomputer.

Referências Bibliográficas - STACHOWIAK, G.; BATCHELOR, A. Engineering Tribology. Butterworth-Heinemann, 4aed, 2014. - STEVENSON, A. N. J.; HUTCHINGS, I. M. Development of the dry sand/rubber wheel abrasion test, v. 195, p. 232-240, 1996. - ASTM G65-00 - Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2000. Disponível em: www.astm.org - NAHVI, S. M., SHIPWAY, P. H., MCCARTNEY, D. G. Particle motion and modes of wear in the dry sand-rubber wheel abrasion test, v. 269, p. 2083-2091,2009. - US2014/0090445 A1, Abrasion Wear Tester, United States Patent Application Publication, 03 de abril de 2014; - UA46126, Method for continuous measurement of operation under conditions of lubrication, European Patent Office, 10 de dezembro de 2012; - CN103592192, End face friction and abrasion tester, Espacenet, 19 de fevereiro de 2014. - CN103557303, Abrasion-test-based micro profile modification design method for gear and abrasion test bed, Espacenet, 05 de fevereiro de 2014. - PI0303617-0, Equipamento para medição de coeficiente de atrito de superfícies metálicas planas, revestidas ou não-revestidas, com temperatura controlada, 10 de maio de 2005.References - STACHOWIAK, G .; BATCHELOR, A. Engineering Tribology. Butterworth-Heinemann, 4aed, 2014. STEVENSON, A.N. J .; HUTCHINGS, I. M. Development of the dry sand / rubber wheel abrasion test, v. 195, p. 232-240, 1996. - ASTM G65-00 - Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand / Rubber Wheel Apparatus. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2000. Available at: www.astm.org - NAHVI, S.M., SHIPWAY, P.H., MCCARTNEY, D.G. Particle motion and modes of wear in the dry sand-rubber wheel abrasion test, v. 269, p. 2083-2091,2009. - US2014 / 0090445 A1, Abrasion Wear Tester, United States Patent Application Publication, April 3, 2014; - UA46126, Method for continuous measurement of operation under conditions of lubrication, European Patent Office, December 10, 2012; - CN103592192, End face friction and abrasion tester, Espacenet, February 19, 2014. - CN103557303, Abrasion-test-based micro profile modification design method for gear and abrasion test bed, Espacenet, February 5, 2014. - PI0303617-0 , Friction Coefficient Measurement Equipment for Temperature Controlled or Coated Flat Metal Surfaces, May 10, 2005.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. ASTM G65 INSTRUMENTED ABRASION TESTING EQUIPMENT, characterized by having servo motor, load cells, linear guides, constituting equipment capable of conducting abrasive wear tests in a controlled and instrumented way.

ASTM G65 ABRASION TESTING INSTRUMENT INSTRUMENTED according to claim 1, characterized in that it performs the test according to ASTM G65.

ASTM G65 ABRASION TESTING INSTRUMENT INSTRUMENTED according to claims 1 and 2, characterized in that it applies a controlled test force according to ASTM G65 in a controlled manner.

ASTM G65 INSTRUMENTED ABRASION TESTING EQUIPMENT according to claims 1 and 2, characterized in that it measures the frictional force resulting from the contact between the abrasive and the sample to be analyzed.

ASTM G65 ABRASION TESTING INSTRUMENT INSTRUMENT according to claims 1 and 2, characterized in that it has control software that allows counting the number of turns, monitoring and storing the applied force, friction force, number of turns data. and type of trial through control software.