Способ испытания листовых материалов на растяжение



Способ испытания листовых материалов на растяжение

 


Владельцы патента RU 2527671:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях одноосного растяжения в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности. Сущность: образец прямоугольной формы нагружают до разрушения эластичным пуансоном в жесткой щелевой матрице усилием, перпендикулярным плоскости образца. При испытании используют образец с шириной рабочей части, втрое превышающей его толщину. Определяют площадь поперечного сечения рабочей части образца в месте разрушения, на основании которой рассчитывают величину предельной пластичности его материала. Технический результат: возможность определить с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств листовых материалов при одноосном растяжении. 1 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях одноосного растяжения в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ испытания листовых материалов на растяжение, представленный в патенте [1].

В данном способе образец прямоугольной формы нагружают до разрушения эластичным пуансоном в жесткой щелевой матрице усилием, перпендикулярным плоскости образца, которое прикладывают через расположенный в центральной зоне образца эластичный вкладыш, имеющий длину, равную 0,8 ширины рабочей части образца, и ширину, вдвое меньшую ее длины.

Недостатком известного технического решения является невысокая точность проведения испытаний листовых материалов на растяжение в условиях одноосного растяжения, обусловленная локализацией деформации (образованием шейки) на рабочей части образца, приводящей к искажению условий испытаний в связи с переходом от одноосного растяжения к двухосному.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности испытания путем исключения локализации деформации (образования шейки) на рабочей части образца и обеспечения условий одноосного растяжения вплоть до разрыва образца.

Это достигается тем, что в способе испытания листовых материалов на растяжение, согласно изобретению, для исключения локализации деформации (образования шейки) на рабочей части образца используют образец с шириной рабочей части втрое превышающей его толщину.

На чертеже приведена схема испытания: слева от оси симметрии исходное положение образца перед испытанием, справа - положение образца после испытания.

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают образец, имеющий прямоугольную форму и ослабление на рабочей части, ширина которой втрое превышает толщину образца. До начала испытаний измеряют толщину t0 и ширину b0 рабочей части образца. Затем образец 1 устанавливают на зеркало жесткой щелевой матрицы 2. С целью уменьшения сил трения между образцом и матрицей размещают полиэтиленовую пленку толщиной 0,1 мм. Между эластичным пуансоном 3, помещенным в контейнер 4, и образцом 1 по обоим его концам в зонах зажимной и переходной частей располагают накладки 5 из высокопрочного пластичного металла, которые блокируют деформацию образца за пределами его рабочей части. К контейнеру 4 прикладывают усилие пресса и производят нагружение образца до разрушения.

За счет применения в качестве материала пуансона эластичной среды при испытании обеспечивается высокая равномерность распределения давления на рабочей части образца и тем самым в ее пределах реализуется однородное одноосное растяжение вплоть до разрушения образца. При этом обеспечивается прижим образца к зеркалу матрицы по всему его контуру, а усилие прижима по ходу деформирования увеличивается.

После испытания образец 1 извлекают из матрицы 2, измеряют толщину t и ширину b рабочей части образца в месте разрушения и рассчитывают величину предельной пластичности материала образца εпр по форумле

εпр=ln(F0/F),

где F0=b0·t0 - начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца;

F=b·t - площадь поперечного сечения рабочей части образца после испытания.

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность определения характеристик механических свойств листовых материалов в условиях одноосного растяжения.

Пример конкретной реализации способа

Испытание образцов листовых материалов в условиях одноосного растяжения осуществляли на стандартной испытательной машине ЦД-40. Испытаниям подвергали три плоских образца, изготовленных из алюминиевого сплава Д16АМ. Рабочая часть образцов имела длину 40 мм, а ширину - 4,5 мм, которая втрое превышала толщину равную 1,5 мм. В качестве эластичной среды для пуансона при испытании использовали технологическую резину марки 3826.

Нагружение образцов до разрушения производили по схеме прямой вытяжки в экспериментальном штампе с широкой рабочей части канала жесткой щелевой матрицы, равной 55 мм.

Разрушение каждого из трех испытанных образцов не сопровождалось локализацией деформации (образование шейки) и происходило по центру рабочей части образца путем образования трещины, ориентированной по нормали к его продольной оси, что свидетельствовало о том, что при испытании реализуются условия одноосного растяжения.

Предельная пластичность материала εпр равна интенсивности деформации εi, накопленной к моменту разрушения. В случае одноосного растяжения

где l0, l - расчетная длина образца соответственно до и после испытания.

В соответствии с условием пластической несжимаемости материала

l 0 F 0 = l F .                                   ( 2 )

Из сопоставления соотношений (1) и (2) следует, что предельная пластичность

Для установления предельной пластичности для каждого из испытанных образцов измеряли в месте разрушения ширину b и толщину t рабочей части образца и определяли площадь его поперечного сечения F. Величина предельной пластичности, усредненная по результатам испытаний трех образцов, оказалась равной 0,34.

Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа испытания листовых материалов на растяжение.

Предлагаемый способ позволяет определить с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств листовых материалов при одноосном растяжении. Предлагаемый способ может быть использован, в частности, для установления предельной пластичности при одноосном растяжении, необходимой для построения диаграмм предельной формуемости материала, используемой при проектировании технологических процессов обработки металлов давлением. Использование предлагаемого способа испытания позволит определять необходимые характеристики механических свойств листовых материалов, применяемых в различных отраслях промышленности, путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий и НИИ.

Источники информации

1. Патент РФ 2226682, кл. G01N 3/28. 10.04.2004, БИ №10.

Способ испытания листовых материалов на растяжение, по которому образец прямоугольной формы нагружают до разрушения эластичным пуансоном в жесткой щелевой матрице усилием, перпендикулярным плоскости образца, отличающийся тем, что используют образец с шириной рабочей части, втрое превышающей его толщину, определяют площадь поперечного сечения рабочей части образца в месте разрушения, на основании которой рассчитывают величину предельной пластичности его материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам определения в образцах после однократного ударного нагружения зон пластического деформирования под изломом, и может быть использовано для оценки изменения свойств в сталях вблизи развивающейся трещины, поэтапно или после разрушения образца, контроля причин разрушения изделия и при диагностике в технической экспертизе.

Изобретение относится к методам тепло-прочностных испытаний конструкционных материалов преимущественно при прогнозировании и оценке работоспособности необлучаемых конструктивных элементов в атомной технике.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано, в частности, при изготовлении поковок коленчатых валов горячей объемной штамповкой.

Изобретение относится к способу прогнозирования трещинообразования для выделения участка опасности трещинообразования при осуществлении анализа деформации методом конечных элементов, устройству обработки и носителю записи.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Изобретение относится к технологическим способам испытания и оценки штампуемости листового проката. .

Изобретение относится к способу прогнозирования разрушения тонкой пластины, выполненной из металлического материала, в качестве критерия определения разрушения в случае разрушения материала автомобильной детали, подвергнутой прессованию (штамповке).

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях плоской деформации. Способ испытания конструкционного листовых материалов на растяжение заключается в том, что по всей противолежащей рабочей части плоскости прямоугольного образца размещают антифрикционную прокладку, отбортовывают его края и устанавливают образец на оправку прямоугольного сечения, перед нагружением растягивающим усилием устанавливают на отбортованные края образца и оправку накладки, охватывающие торцы образца, а нагружение осуществляют через неотбортованные края образца. До начала испытания на периферии рабочей части образца формуют два продольных рифта, блокирующие деформацию образца по его ширине, нагружают образец до разрушения, измеряют толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, на основании которой рассчитывают величину предельной пластичности материала образца. Техническим результатом является повышение точности испытания путем исключения деформации по ширине рабочей части образца. 2 ил.

Изобретение относится к области механических испытаний конструкционных материалов и может быть использовано при определении механических характеристик листовых материалов в условиях плоской деформации. Способ испытания конструкционного материала на пластичность заключается в том, что гладкий плоский образец прямоугольной формы нагружают до разрушения сменным пуансоном полуцилиндрической формы в съемной щелевой матрице, устанавливают минимальный радиус гиба и толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, на основании которых рассчитывают величину предельной пластичности его материала. Техническим результатом является повышение точности испытания путем создания на рабочей части образца однородного деформированного состояния. 1 ил.

Изобретение относится к листовой штамповке, а в частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность: диаграмму предельных деформаций строят по относительному равномерному удлинению δр по ГОСТ 11701-84, затем вычисляют ординату ln(1+δр) первой точки диаграммы предельных деформаций, далее для модели линейного растяжения изотропного образца рассчитывают абсциссу -0,5ln(1+δр) этой первой точки, из построенной первой точки проводят отрезок прямой под углом 45° к оси ординат до пересечения с этой осью ординат во второй точке, третью точку получают с абсциссой и ординатой 2ln(1+δр), соединяют вторую и третью точки отрезком прямой, из третьей точки проводят отрезок прямой ε1=ε2 до четвертой точки с абсциссой и ординатой 3ln(1+δр), а отрезок прямой, проходящей через первую и вторую точки, продлевают влево до пятой точки с абсциссой -ln(1+δр). Технический результат: сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки, экономия листового материала за счет сокращения процента брака при отладке технологических процессов, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей, например кузовных деталей легковых автомобилей и другой техники. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к листовой штамповке, в частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность изобретения: на полученный из листового материала образец наносят делительную сетку, образец испытывают, измеряют делительную сетку, рассчитывают наименьшую главную деформацию и наибольшую главную деформацию и по нанесенным на координатную сетку значениям деформаций по оси абсцисс и по оси ординат строят диаграмму предельных деформаций. Диаграмму предельных деформаций строят по относительному равномерному удлинению и коэффициенту анизотропии, приводимых в сертификате на листовой материал, по которым вычисляют отрицательную абсциссу и положительную ординату первой точки на левой половине диаграммы предельных деформаций. Из построенной первой точки проводят прямую под углом 45° к осям координат до пересечения с осью ординат во второй точке и получают левую половину диаграммы предельных деформаций. Третью точку на правой половине диаграммы предельных деформаций строят с абсциссой и ординатой из условия, что при испытании на двухосное растяжение образца полусферическим пуансоном или жидкостью интенсивность деформаций элементов вблизи места разрыва образца в 2 раза больше интенсивности деформаций элементов образца вблизи места разрыва при испытании на одноосное растяжение, известной для левой половины диаграммы предельных деформаций. Соединяют вторую и третью точки прямой и получают правую половину диаграммы предельных деформаций. Технический результат: сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки, экономия листового материала, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей, например кузовных деталей легковых автомобилей и другой техники. 2 ил.
Наверх