Устройство для испытания образцов листовых материалов на кручение в плоскости листа

 

Изобретение относится к устройствам для определения свойств листовых материалов. Устройство для испытания образцов листовых материалов на кручение в плоскости листа содержит концентрично расположенные относительно оси устройства внешний и внутренний захваты, каждый из которых включает в себя пару кольцевых губок, расположенных с разных сторон образца, одна из которых выполнена подвижной в осевом направлении, привод поступательного перемещения губок, подвижных в осевом направлении, привод вращения одного из захватов и узел измерения деформаций испытуемого участка образца. Устройство дополнительно снабжено неподвижным и связанным с приводом поступательного перемещения подвижным основаниями, на которых смонтированы соответственно неподвижные и подвижные в осевом направлении губки захватов, и подпружиненным съемником, установленным вокруг неподвижной губки наружного захвата, а захватом, взаимодействующим с приводом вращения, является внутренний захват. Каждая губка захватов имеет режущую кромку и формообразующие поверхности, губки, подвижные в осевом направлении, снабжены соответствующими подпружиненными выталкивателями, вал привода вращения снабжен винтовыми шлицами, одна из губок внутреннего захвата снабжена внутренними винтовыми шлицами, взаимодействующими с винтовыми шлицами привода вращения. Изобретение направлено на повышение точности и производительности испытаний при снижении расхода испытуемого материала. 4 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для определения свойств листовых материалов, и может быть использовано при определении качества автокузовного металла и других видов листовых материалов.

Известно устройство [1] для испытания образцов листовых материалов на кручение в плоскости листа, принятое за прототип, содержащее концентрично расположенные наружный и внутренний захваты, в которых зажимаются периферийный и центральный участки образца, приводы зажима образца и вращения одного из захватов, узел измерения деформаций испытуемого участка образца. Недостатком известного устройства является низкая производительность испытаний, т. к. кручение образца производится с помощью ручного привода, а кроме того, требуются дополнительные затраты времени на изготовление образцов. Испытание с использованием известного устройства связано с повышенным расходом листового материала, поскольку подготовленный к испытанию исходный образец имеет прямоугольную форму, и его площадь существенно превышает площадь кольцевого участка образца, подвергаемого кручению. Кроме того, зажим образца в известном устройстве осуществляется по плоским участкам, непосредственно переходящим в испытуемую область. Для надежного, без проскальзывания, зажатия образца требуются большие усилия на рабочих поверхностях губок захватов, которые приводят к повреждению зажимаемых участков образца. Эти повреждения приводят к преждевременному разрушению образца в процессе испытания и снижению достоверности и точности получаемых результатов.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности и производительности испытаний посредством устройства для испытаний образцов листовых материалов на кручение в плоскости листа при снижении расхода испытуемого материала.

Для достижения указанного технического результата устройство для испытания образцов листовых материалов на кручение в плоскости листа содержит концентрично расположенные относительно оси устройства внешний и внутренний захваты, каждый из которых включает в себя пару кольцевых губок, расположенных с разных сторон образца, одна из которых выполнена подвижной в осевом направлении, привод поступательного перемещения губок, подвижных в осевом направлении, привод вращения одного из захватов и узел измерения деформаций испытуемого участка образца.

Отличительными признаками изобретения является то, что устройство дополнительно снабжено неподвижным и связанным с приводом поступательного перемещения подвижным основаниями, на которых смонтированы соответственно неподвижные и подвижные в осевом направлении губки захватов, и подпружиненным съемником, установленным вокруг неподвижной губки наружного захвата, а захватом, взаимодействующим с приводом вращения, является внутренний захват, причем каждая губка захватов имеет режущую кромку и формообразующие поверхности, губки, подвижные в осевом направлении, снабжены соответствующими подпружиненными выталкивателями, вал привода вращения снабжен винтовыми шлицами, одна из губок внутреннего захвата снабжена внутренними винтовыми шлицами, взаимодействующими с винтовыми шлицами вала привода вращения.

Повышение производительности достигается за счет того, что зажим образца и вращение внутреннего захвата при проведении испытания выполняется с использованием механического, а не ручного привода, а также за счет использования одной полосы листового материала для проведения нескольких испытаний. Повышение точности испытания достигается за счет зажима образца по коническим поверхностям, исключающего повреждение испытуемого плоского участка образца.

Экономия листового материала достигается за счет возможности получения нескольких образцов из одной полосы листового материала с минимальными величинами перемычек между образцами.

На фиг. 1 показано устройство для испытания в разрезе в положении после получения и зажима листового образца до начала его кручения; на фиг.2 показан выносной элемент А на фиг.1; на фиг.3 показан выносной элемент Б на фиг.1; на фиг. 4 показана схема раскроя применяемого полосового материала при получении из него испытуемых образцов.

Устройство может быть размещено в корпусе 1 испытательной машины МТЛ-10 Г-1 [2] для испытания листового металла на выдавливание по методу Эриксена [3] и приводится в действие от наружного 2 и внутреннего 3 штоков поршней, установленных в гидроцилиндрах машины (на чертежах не показаны). В верхней части корпуса 1 посредством резьбового соединения установлена гайка 4, остающаяся во время испытания неподвижной. В гайке 4 выполнено центральное отверстие 5 и несколько отверстий 6, расположенных над подвергаемым испытанию кольцевым участком образца 7. С противоположных сторон в корпусе 1 под его резьбовой частью выполнены окна, предназначенные для удобства укладки полосы исходного листового материала 8 шириной В. На гайке 4 с помощью винтов 9 и штифтов (не показаны) закреплено неподвижное основание 10, на котором, в свою очередь, крепится с помощью винтов 11 губка 12 наружного захвата. На неподвижном основании 10 смонтирована также губка 13 внутреннего захвата, имеющая возможность вращения относительно основания в радиальном 14 и упорном 15 подшипниках. Для фиксации подшипника 14 в осевом направлений на неподвижном основании 10 закреплено кольцо 16. Кроме того, на неподвижном основании 10 установлен с возможностью осевого перемещения съемник 17, охватывающий губку 12 и связанный с основанием винтами 18. Между неподвижным основанием 10 и съемником 17 размещены пружины 19.

В нижней части устройства имеется подвижное основание 20, установленное с возможностью осевого перемещения на наружном штоке 2. На подвижном основании 20 закреплена с помощью винтов 21 губка 22 наружного захвата. В полости губки 22 установлен подпружиненный с помощью пружин 23 выталкиватель 24. На подвижном основании 20 смонтирована также губка 25 внутреннего захвата, имеющая возможность вращения относительно основания в радиальном 26 и упорном 27 подшипниках. В губке 25 установлен подпружиненный с помощью пружин 28 выталкиватель 29. Осевая фиксация подшипника 26 в подвижном основании 20 осуществляется кольцом 30.

Каждая из губок 12, 13, 22, 25 имеет соответствующие режущие кромки 31, 32, 33, 34, а также формообразующие тороидальные 35, 36, 37, 38 и конические 39, 40, 41, 42 поверхности. Между режущими кромками 31, 33 губок 12, 22 происходит отделение образца 7 от исходной полосы 8, а между режущими кромками 32, 34 губок 13, 25 - отделение от образца 7 центрального отхода 43. Для удобства последующего удаления накапливающихся внутри губки 13 отходов 43 поверхность 44 ее внутреннего отверстия выполнена большего диаметра, чем диаметр режущей кромки 32. Формообразующие поверхности 35, 39 и 37, 41 губок 12 и 22 наружного захвата предназначены для формообразования на испытуемом образце 7 наружного конического участка 45, за который поверхностями 39 и 41 производится зажим и удержание образца в процессе испытания. Внутренний конический участок 46 формируется поверхностями 36, 40 и 38, 42 губок 13 и 25, а зажим и удержание в процессе испытания - поверхностями 40 и 42. Поверхности 47 и 48 губок 22 и 25 выполнены коническими для того, чтобы они не касались в процессе испытания плоского участка образца и не влияли таким образом на результаты испытания.

В центральной части устройства имеется узел, преобразующий поступательное движение штока 3 во вращательное движение внутреннего захвата, состоящего из губок 13 и 25. Упомянутый узел включает в себя вал 49, на одном конце которого выполнены прямолинейные шлицы 50, а на другой установлен с помощью шпонки 51 и посадки с натягом венец 52 с наружными винтовыми шлицами 53, взаимодействующими с соответствующими внутренними винтовыми шлицами 54 в отверстии губки 25. В свою очередь, прямолинейные шлицы 50 вала 49 взаимодействуют с соответствующими внутренними шлицами 55 в отверстии подвижного основания 20. Осевое усилие от штока 3 передается на вал 49 через опору 56, которая крепится к торцу вала болтом 57. Опора 56 связана с основанием 20 винтами 58 и расположенными между опорой и основанием пружинами 59.

Имеется также узел измерения деформаций (на чертежах не показан), подпружиненные острые ножки 60 которого установлены с возможностью поворота вместе с круговыми сечениями образца диаметрами D₁ и D₂ вокруг оси устройства.

Устройство работает следующим образом. Подвергаемый испытанию листовой материал в виде полосы 8 шириной, несколько большей, чем диаметр губки 12, укладывается на губки 22, 25 и выталкиватели 24, 28, находящиеся заподлицо с верхней плоскостью губок 22, 25 под действием пружин 23, 28. Во время укладки полосы 8 шток 2 испытательной машины с установленными на нем подвижным основанием 20 и губками 22, 25 находится в нижнем положении, и между соответствующими парами губок наружного и внутреннего захватов имеется пространство, достаточное для введения в него полосы. Ширина В полосы 8 должна быть меньше ширины окон, выполненных в корпусе 1. После укладки полосы шток 2 перемещается вверх, вместе с ним перемещаются установленные на нем детали, а также полоса 8. После касания полосой нижней плоскости губок 12 и 13 режущие кромки 31, 33 губок 12, 22 производят отделение испытуемого образца 7 от полосы 8. В это же время режущие кромки 32, 34 губок 13, 25 производят пробивку отверстия в образце 7, отделяя от него отход 43. При дальнейшем движении губок 22 и 25 относительно неподвижных губок 12 и 13 их формообразующие поверхности начинают воздействовать на периферийные зоны образца. Под воздействием поверхностей 35, 39 и 37, 41 губок 12 и 22 происходит формообразование наружного конического участка 45, а под воздействием поверхностей 36, 40 и 38, 42 губок 13 и 25 - формообразование внутреннего конического участка 46. Деформация участков 45 и 46 образца приводит к тому, что выталкиватели 24, 29 опускаются внутрь губок 22, 25, сжимая пружины 23, 28. При своем движении губка 22 через полосу 8 перемещает съемник 17, сжимая пружины 19. В конце хода штока 2 наружный конический участок 45 образца оказывается зажатым между поверхностями 39 и 41 губок 12 и 22, а конический участок 46 - между поверхностями 40 и 42 губок 13 и 25. Такая конструкция обеспечивает надежный зажим листовых материалов различных толщин, меняется только величина входа губок 12, 13 в губки 22, 25. Возможное повреждение конических участков 45, 46 при зажиме не оказывает влияния на достоверность испытания, т.к. напряжения сдвига, возникающие при приложении крутящего момента к образцу через зажатые конические поверхности, снижаются от свободной плоской испытуемой части образца к зажатой конической из-за воздействия сил трения между тороидальной поверхностью 38 и контактирующей с ней поверхностью образца.

После осуществления зажима конических участков образца вступает в действие механизм кручения испытуемой части образца. Механизм кручения приводится в действие штоком 3, воздействующим при своем поступательном перемещении на опору 56. Опора 56 перемещает вал 49, который, перемещаясь поступательно в шлицах 55 подвижного основания 20, винтовыми шлицами 53 своего венца 52 заставляет вращаться губку 25. Поскольку губки 25 и 13 связаны силами трения, возникающими при зажиме конического участка 46 образца между поверхностями 42 и 40, то они вращаются как единое целое в подшипниках 14, 15, 26, 27. Вращение внутреннего захвата по отношению к неподвижному наружному, между губками 12, 22 которого зажат наружный конический участок 45 образца, приводит к деформированию плоского кольцевого участка образца. Испытание ведется либо до разрушения образца, которое возникает в его кольцевом сечении в начале области контакта образца с тороидальной поверхностью 38 губки 25, либо до момента достижения заданной деформации скручивания, который определяется по показаниям измерительного узла.

После завершения испытания шток 3 возвращается в исходное положение, показанное на фиг. 1. При этом, если образец 7 был доведен до полного разрушения, т.е. конический участок 46 с частью примыкающего к нему тороидального полностью отделился от остальной части образца, пружины 59 возвращают вал 49 с опорой 56 и венцом 52 в исходное положение, показанное на фиг.1, еще до размыкания губок 13, 25. В случае, если образец 7 не был доведен до разрушения, усилие пружин 59 не вызывает перемещения вала 49 по шлицам 55, т.к. деформированный, но не разрушенный образец 7, зажатый между губками 13, 25, препятствует обратному вращению этих губок под воздействием винтовых шлицев 53 венца 52. Возврат вала 49 в исходное положение произойдет в этом случае только после размыкания губок 13, 25.

После этого возвращается в исходное положение шток 2. Вместе с ним перемещаются установленные на нем подвижное основание 20 и губки 22, 25. Происходит размыкание губок 12, 13 и 22, 25 и освобождение деформированного образца или его частей. Полоса 8 снимается с губки 12 съемником 17 под воздействием пружин 19. Подпружиненные выталкиватели 24, 29 перемещают образец в положение над верхней плоскостью губок 22, 25, и он легко может быть удален из рабочего пространства устройства, например, перемещением полосы 8.

Отход 43, образующийся в процессе изготовления образца 7, остается после испытания в отверстии губки 13. В процессе последующих испытаний образуются новые отходы, которые накапливаются в губке 13 и удаляются после завершения цикла испытаний. Удаление отходов производится через отверстие 5 посредством отвинчивания гайки 4 с закрепленными на ней деталями и переворачивания ее. Для проведения следующего испытания перемещают полосу 8 перпендикулярно оси устройства до тех пор, пока отверстие в полосе не выйдет за пределы губки 12, поскольку габаритный размер этой губки определяет окружность диаметром D₀, по которой производится отделение образца 7 от полосы 8. Для обеспечения экономичного раскроя полосы 8 необходимо, чтобы размеры а и b были минимальными (фиг.4). После установки полосы производят следующее испытание, осуществляемое аналогично описанному.

Предложенное устройство может быть использовано для получения характеристик пластичности и прочности, построения кривой упрочнения листовых материалов с меньшей трудоемкостью и более высокой производительностью и достоверностью получаемых результатов.

Источники информации 1. Z. Marciniak, K.Kuczinski, J.Kolodziejski.

Wyznaczanie niektorych plastecznych wlasnosci blachy metoda skrecania. (Определение некоторых пластических свойств листового металла методом скручивания). Obrobka plastyczna, 19, t.2,nr 2 (польск.) 2. Прибор для испытания листового металла на выдавливание модели МТЛ-10Г-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Гб 2.778.006ТС. Ивановский завод "Точприбор", 1975.

3. ГОСТ 10510-80. Металлы. Метод испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену. Издательство стандартов, 1986.

Формула изобретения

Устройство для испытания образцов листовых материалов на кручение в плоскости листа, содержащее концентрично расположенные относительно оси устройства внешний и внутренний захваты, каждый из которых включает в себя пару кольцевых губок, расположенных с разных сторон образца, одна из которых выполнена подвижной в осевом направлении, привод поступательного перемещения губок, подвижных в осевом направлении, привод вращения одного из захватов и узел измерения деформаций испытуемого участка образца, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено неподвижным и связанным с приводом поступательного перемещения подвижным основаниями, на которых смонтированы соответственно неподвижные и подвижные в осевом направлении губки захватов, и подпружиненным съемником, установленным вокруг неподвижной губки наружного захвата, а захватом, взаимодействующим с приводом вращения, является внутренний захват, причем каждая губка захватов имеет режущую кромку и формообразующие поверхности, губки, подвижные в осевом направлении, снабжены соответствующими подпружиненными выталкивателями, вал привода вращения снабжен винтовыми шлицами, одна из губок внутреннего захвата снабжена внутренними винтовыми шлицами, взаимодействующими с винтовыми шлицами вала привода вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4