Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА НА РАСТЯЖЕНИЕ

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

Известен способ [1] испытания образцов листового материала на растяжение, по которому 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.

Недостатком известного технического решения является невысокая точность проведения испытания образцов листового материала на растяжение в условиях плоской деформации, обусловленная деформацией образца, происходящей по его ширине.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности и достоверности испытания путем исключения деформации по ширине рабочей части образца.

Это достигается тем, что в способе испытания образцов листового материала на растяжение, согласно изобретению, до начала испытания на периферии рабочей части образца формуют два продольных рифта, блокирующие деформации образца по его ширине, за счет чего в процессе испытания в центральной зоне рабочей части образца происходит деформация только по длине и толщине образца, то есть реализуется однородное плоское деформированное состояние.

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают образец 1 (фиг.1). По всей противоположной рабочей части плоскости прямоугольного образца размещают антифрикционную прокладку 2 (фиг.2), отбортовывают его края и устанавливают образец на оправку 3 прямоугольного сечения, перед нагружением растягивающим усилием устанавливают на отбортованные края образца и оправку накладки 4, охватывающие торцы образца, которые крепят с помощью винтов 5, а нагружение осуществляют через неотбортованные края образца с помощью захватов 6.

До начала испытания на периферии рабочей части образца формуют два продольных рифта, блокирующие деформацию образца по его ширине, за счет чего в процессе испытания в центральной зоне рабочей части образца происходит деформация только по длине и толщине образца, то есть реализуется однородное плоское деформированное состояние. Измеряют толщину рабочей части образца t₀ и нагружают его до разрушения.

После испытания образец 1 снимают с оправки 3, измеряют толщину t рабочей части образца в месте разрушения и рассчитывают величину предельной пластичности ε_пр материала образца по формуле

.

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность проведения испытаний образцов листового материала на растяжение в условиях плоской деформации и получить необходимые характеристики пластичности для оценки деформируемости листовых материалов при их обработке давлением.

Пример конкретной реализации способа

Испытания образцов листового материала на растяжение в условиях плоской деформации осуществляли на стандартной испытательной машине ГМС-50. Испытаниям подвергали три образца с длиной рабочей части L=150 мм, шириной рабочей части B=70 мм, выстотой отбортованных краев H=30 мм и толщиной 1,5 мм, изготовленные из алюминиевого сплава Д16 AM. Для уменьшения влияния сил трения по всей противоположной рабочей части плоскости образца размещали антифрикционную прокладку из фторопласта 4 толщиной 0,1 мм. Все образцы нагружали до разрушения.

Для проверки реализации в центральной зоне рабочей части образца условий однородной плоской деформации после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на образец фотоконтактным способом делительной сетке из системы пересекающихся окружностей диаметром d=2,6 мм. С этой целью на универсальном микроскопе УИМ-22 с точностью ±0,001 мм по обе стороны от образовавшейся трещины (по нормали к ней) измеряли наибольший a и наименьший b размеры ячеек деформированной делительной сетки. Измерения начинали с ближайшей к трещине целой ячейки, соседней с ячейкой, рассеченной возникшей трещиной. Главные деформации в плоскости листа рассчитывали по формулам

;

По установленным значениям главных деформаций определяли параметр вида деформированного состояния .

Для каждого из испытанных образцов практически на всей длине рабочей части параметр α оставался примерно постоянным, а его величина не превышала 0,02, что свидетельствовало о том, что в исследованной зоне обеспечиваются условия, близкие к однородной плоской деформации.

Разрушение каждого из трех испытанных образцов происходило по центру рабочей части путем образования трещины, ориентированной по нормали к продольной оси образца, что также подтверждало, что при испытании реализуются условия однородной плоской деформации.

Предельная пластичность ε_пр материала равна интенсивности деформации ε_i, накопленной к моменту разрушения. В случае плоской деформации ε₂=0 и тогда

Из условия пластической несжимаемости материала следует, что

где ε₃=ln(t/t₀) - третья главная деформация. Из сопоставления соотношений (2) и (3) следует, что предельная пластичность

Для установления предельной пластичности на рабочей части каждого из испытанных образцов измеряли толщину t вблизи места разрыва.

Независимое определение предельной пластичности ε_пр методом делительных сеток (расчет по формуле (2)) и по результатам измерения толщины рабочей части образца до и после испытания (расчет по формуле (4) дало практически одинаковые значения предельной пластичности, а ее значение, усредненное по результатам испытания трех образцов, оказалось равным 0,25.

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 растяжении в условиях однородной плоской деформации. Предлагаемый способ может быть использован, в частности, для установления предельной устойчивой деформации и предельной пластичности листовых материалов при растяжении в условиях плоской деформации, необходимых для построения диаграмм предельной формуемости материалов и используемых 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. Авт. св. СССР 1820282, кл. G01N 3/28? 07.06.1993, БИ №21.