Устройство для испытаний на сжатие с кручением длинномерных образцов

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств металлов и может применяться в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности для изучения сопротивления материалов пластическому деформированию. Устройство для испытаний на сжатие с кручением длинномерных образцов содержит основание, выполненное из двух сопрягаемых по цилиндрической поверхности частей с возможностью их разборки и соединения с помощью двух штифтов. В верхней части основания установлен по подвижной посадке пуансон, а в нижней части - резьбовая пробка. Они попарно, соответственно с верхним и нижним захватами, образовывают взаимосообщающиеся, посредством трубопровода с дросселем, гидравлические полости. При этом нижний захват вместе с нижней частью основания образовывает винтовой механизм. Технический результат - увеличение степени пластической деформации образца. 3 ил.

 

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств металлов и может применяться в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности для изучения сопротивления материалов пластическому деформированию.

Известна конструкция устройства /1/ для испытания на сжатие с кручением длинномерных образцов. Устройство содержит основание, соосно установленные в нем верхний и нижний неподвижные захваты для закрепления в них образца по его торцам, сопрягаемые между собой по коническим поверхностям обойму и секторы, кинематически связанные по цилиндрическим поверхностям с основанием и образцом. Для нагружения образца крутящим моментом оно дополнительно снабжено по меньшей мере двумя пальцами, при этом в основании выполнены по меньшей мере два направляющих винтовых паза, пальцы установлены в верхнем захвате, свободный палец каждого из которых входит в соответствующий винтовой паз, а торцы захватов имеют радиально направленные насечки для нагружения образца скручивающим моментом. К указанным захватам прикладывается деформирующее усилие и тем самым производится сжатие с кручением образца без продольного изгиба.

К недостаткам данного устройства относится деформирование в нем образца только на величину, равную длине выступающей из секторов концевой части образца со стороны верхнего подвижного относительно основания захвата, что приводит к ограниченности степени пластической деформации образца за одну его установку в устройстве.

Изобретение направлено на увеличение степени пластической деформации образца.

Это достигается тем, что основание состоит из верхней и нижней частей, при этом в верхней части основания установлен пуансон с возможностью перемещения, а в нижней части - резьбовая пробка, причем они попарно соответственно с верхним и нижним захватами образовывают совместно с трубопроводом и дросселем в основании гидравлические полости, а нижний захват с нижней частью основания - винтовой механизм.

На фиг.1 представлена конструктивная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - вид по стрелке А; на фиг.3 - вид по стрелке В.

Устройство содержит следующие основные элементы. Основание, состоящее из нижней 1 и верхней 2 частей, выполненных в форме цилиндра, сопрягаемых друг с другом по цилиндрической поверхности с возможностью разборки и жесткого соединения с помощью двух вставленных в соответствующие отверстия указанных частей основания по скользящей посадке штифтов 3, нижний 4 и верхний 5 захваты, установленные в основании соосно с ним соответственно в нижней и верхней его частях по скользящей посадке с возможностью перемещения по соответствующим цилиндрическим поверхностям диаметра D₁. При этом на контактирующихся с образцом 6 торцах захватов 4 и 5 выполнены радиально направленные насечки, обеспечивающие возникновение необходимых для приложения к образцу 6 скручивающего момента сил сцепления между последними захватами. Нижний захват выполнен трехступенчатым и сопрягается с нижней частью основания по цилиндрическим поверхностям соответственно диаметрами D₁, D₂ и D₃, и имеет возможность перемещения по цилиндрическим поверхностям основания указанных диаметров по скользящей посадке.

В нижней части основания установлена технологическая резьбовая пробка для образования совместно с нижним захватом цилиндрической полости С. На опорную поверхность нижней части 1 основания установлены одинаковые поддерживающие секторы 8, изготовленные разрезкой по диаметральной плоскости заготовки в форме усеченного конуса с соосным отверстием диаметра d, по которому секторы сопрягаются с образцом 6 длиной l₀. Обойма 9 выполнена с соосными цилиндрической и конической поверхностями. Она служит для осуществления кинематического взаимодействия между секторами 8 и верхней частью 2 основания, сопрягаясь при этом с последней по цилиндрической поверхности диаметра D₁, а с секторами по конической.

Для осуществления нагружения образца 6 скручивающим моментом в обеих частях основания на одинаковом расстоянии друг от друга в окружном направлении выполнены по меньшей мере по два направляющих винтовых паза с углом подъема α, а в захватах 4 и 5 для реализации кинематического взаимодействия последних с обеими частями основания установлены по меньшей мере два пальца 10 и 11, свободные концы которых входят в соответствующие им винтовые пазы частей основания. Таким образом, нижний захват в паре с нижней частью основания образовывают так же, как и верхний захват совместно с верхней частью основания, винтовой механизм.

Пальцы 11 на нижнем захвате установлены на средней его ступени с посадочным диаметром D₁, таким же, что и посадочный диаметр верхнего захвата, т.к. необходимо обеспечить приложение к торцам образца 6 одинаковых по величине крутящих моментов М, но противоположных по направлению.

Нагружаемый пуансон 12 установлен по скользящей посадке в отверстии диаметром D₁ верхней части основания и образовывающий с верхним захватом 5 внутреннюю полость Е. Таким образом, элементы устройства попарно нижний захват-пробка и верхний захват-пуансон образовывают посредством подсоединенного к верхней и нижней части основания трубопровода 13 с дросселем 14 взаимосообщающиеся замкнутые гидравлические полости С и Е, представляющие собой гидросистему устройства.

Устройство работает следующим образом.

Образец 6 диаметром d и длинной l в сборе с секторами 8 и обоймой 9 ставят на торцевую поверхность захвата 4, после чего соединяют верхнюю часть 2 с пуансоном 12 и верхним захватом 5 с нижней частью 1 основания. Для обеспечения неподвижности частей основания относительно друг друга устанавливают штифты 3 в соответствующие отверстия основания. Далее устройство с образцом ставят на опорную плиту пресса и нагружают образец 6 через пуансон 12 силой Р. При этом нагрузка передается от пуансона на верхний торец образца через рабочую жидкость в полости Е и захват 5, а на нижний торец - через рабочую жидкость, проходящую по трубопроводу 13 с дросселем 14 в полость С, и нижний захват 4.

В силу потери давления рабочей жидкости при прохождении ее по гидравлическим каналам 15 основания, трубопроводу 13 с дросселем 14 диаметр D₂ поршня нижнего захвата должен быть больше диаметра верхнего захвата - D₁. Тогда из условия равновесия сжимающих образец сил можно получить соотношение для расчета давления жидкости в полости С

где p₁, p₂ - давление жидкости соответственно в полостях Е и С.

Если принять отношение к=D₁/D₂, как некоторый фиксированный геометрический параметр устройства, то выражение (1) можно представить в виде

Выполнение данного условия при нагружении образца осуществляется с помощью дросселя 14.

Благодаря наличию винтового механизма и радиально направленных насечек на рабочих торцах захвата производится нагружение образца одновременно сжимающим усилием Р и скручивающим моментом М, вследствие чего в испытуемом образце будут возникать деформации сжатия и сдвига. Устройство позволяет изменять соотношение между этими видами деформации заданием угла подъема винтового паза α.

Секторы 8 и обойма 9 обеспечивают деформирование образца без изгиба. Угол конусности сопрягаемых поверхностей этих деталей назначается таким образом, чтобы происходило равномерное сжатие образца по всей его длине.

Благодаря гидросистеме при приложении к пуансону 12 силы Р захваты 4 и 5 будут двигаться, вращаясь относительно своих осей навстречу друг другу, уменьшая при этом длину Δl выступающих из секторов концевых частей образца, что в итоге приводит к увеличению степени деформации сжатия и сдвига в два раза за одну установку образца в устройстве по сравнению с деформациями образца, реализуемыми с помощью прототипа.

После осадки образца на величину 2Δl прекращается процесс нагружения. При этом под действием собственного веса нижний захват будет опускаться вниз до исходного положения, одновременно перемещая рабочую жидкость из полости С по трубопроводу и дросселю в полость Е и тем самым приводя в начальное положение пуансон 12.

Для съема деформированного образца необходимо снять штифты 3 с основания, приподнять верхнюю часть 2 и далее освободить от секторов с обоймой образец поднятием его вверх.

Для уменьшения сил трения между соприкасающимися поверхностями всех подвижных элементов размещают антифрикционный слой.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить степень деформации образца в два раза по сравнению с деформациями последнего, реализуемыми с помощью прототипа. Применение устройства в качестве испытательной техники позволит более производительно выполнять эксперименты при определении характеристик сопротивления металлов пластическому деформированию.

Источники информации

1. Патент РФ №2109264, МПК 6 G 01 N3/08, Бюл. №11 от 20.04.98 г.

Устройство для испытания на сжатие с кручением длинномерных образцов, содержащее основание, соосно установленные в нем нижний и верхний захваты с радиально направленными на их торцах насечками, сопрягаемые между собой по коническим поверхностям, обойму и секторы, кинематически связанные по цилиндрическим поверхностям с образцом и основанием, с выполненными в нем по меньшей мере двумя винтовыми пазами для размещения в них свободных концов по меньшей мере, двух установленных жестко в верхнем захвате пальцев, отличающееся тем, что основание состоит из верхней и нижней частей, при этом в верхней части основания установлен пуансон с возможностью перемещения, а в нижней - резьбовая пробка, причем они попарно соответственно с верхним и нижним захватами образовывают совместно с трубопроводом и дросселем гидравлические полости, а нижний захват с нижней частью основания - винтовой механизм.