Способ испытания листовых материалов на растяжение

Авторы патента:

G01N3/28 - исследование пластичности, например при определении пригодности листового металла для глубокой вытяжки или выдавливания

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.

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 ε_пр по форумле

ε_пр=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 ε_пр равна интенсивности деформации ε_i, 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.

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.

Способ прогнозирования степени охрупчивания теплостойких сталей // 2508532

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

Способ исследования течения металла при горячей объемной штамповке изделий // 2506138

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

Способ испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при вытяжке стакана с фланцем (варианты) // 2460985

Изобретение относится к листовой штамповке. .

Способ прогнозирования трещинообразования, устройство обработки, программный продукт и носитель записи // 2445601

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

Способ определения полосчатой структуры металла листового проката феррито-перлитных сталей // 2439169

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. .

Способ испытания и оценки эффективности технологических смазок // 2437076

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Способ прогнозирования разрушения // 2434217

Способ испытания и оценки штампуемости листового проката // 2426979

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

Способ прогнозирования разрушения // 2402010

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).

Способ испытания образцов листового материала на растяжение // 2555217

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.

Способ испытания конструкционного материала на пластичность // 2555476

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.

Способ построения диаграммы предельных деформаций листового материала // 2571183

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.

Способ построения диаграммы предельных деформаций листового материала // 2591294

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.

Способ изготовления модельного образца для определения деформаций // 2616671

Изобретение относится к прокатному и кузнечно-прессовому производству при исследовании напряженно-деформированного состояния металла в различных процессах пластического формоизменения. На поверхности пластин одинаковых размеров из модельного материала выполняют риски треугольного профиля и собирают пластины в пакет. Перед выполнением рисок измеряют пористость заготовок для прокатного и кузнечно-прессового производства. Глубину рисок выполняют, увеличивая ее в направлении от периферийных зон к центру пропорционально этой пористости. Обеспечивается повышение точности измерений, снижение брака изделий при пластическом формоизменении заготовок. 2 ил.

Способ определения пластичности металлов и сплавов // 2617798

Изобретение относится к области механических испытаний и может быть использовано для исследования пластических свойств металлов и сплавов в зависимости от их напряженного состояния и, в частности, для определения поверхности пластичности материала в виде функции двух аргументов: показателя Лоде-Надаи и показателя «жесткости» напряженного состояния. Сущность: осуществляют изготовление образцов, проведение механических испытаний каждого из них до разрушения и определение по результатам испытаний значения показателей пластичности. Для проведения испытаний изготавливают партию плоских образцов с перемычкой, образованной пазами, направленными от боковых поверхностей образца к центру, причем угол наклона пазов каждого образца партии образцов по отношению к его вертикальной оси разный и находится в диапазоне от 0° до 180°. Проводят механические испытания каждого образца партии, по результатам которых определяют момент разрушения каждого образца, после чего проводят моделирование испытаний образцов в программе, основанной на методе конечных элементов, по которому определяют показатели пластичности образцов в момент их разрушения, определенный при механических испытаниях. Технический результат: разработка способа исследования пластичности металлов и сплавов, обладающего высокой точностью результатов, простого в осуществлении за счет сокращения номенклатуры специального испытательного оборудования, комплекта оснасток и специальных приспособлений, а также обладающего более высокими функциональными возможностями за счет обеспечения варьирования показателей жесткости напряженного состояния и Лоде-Надаи в широких диапазонах. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Способ испытания листовых материалов // 2620781

Изобретение относится к листовой штамповке, 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 способа - осуществляют нанесение делительной сетки на заготовку из испытуемого листового материала, укладку заготовки в устройство, зажим края заготовки между матрицей и прижимом, формовку заготовки пуансоном до разрушения и построение точек на диаграмме предельных деформаций по результатам измерения делительной сетки после испытания. Из испытуемого листового материала отрезают заготовку с габаритными размерами, превышающими габаритные размеры имеющегося на прижиме рифта в плане. Под заготовку подкладывают технологическую прокладку таких же размеров, что и заготовка, из материала, показатели пластичности которого не ниже показателей пластичности испытуемой заготовки, а отверстие в технологической прокладке выполнено диаметром, меньшим диаметра пуансона. Контактирующие поверхности технологической прокладки и заготовки обезжиривают и между ними насыпают порошок типа канифоли. Перед формовкой между пуансоном и технологической прокладкой непосредственно над торцом пуансона внутри рифта в плане укладывают антифрикционную прокладку таких габаритных размеров, чтобы в процессе испытания технологическая прокладка касалась поверхности пуансона только через эту антифрикционную прокладку, при этом торец пуансона выполняют плоским с поднутрением и с закругленной по радиусу кромкой. На испытательной машине двойного действия с нижним приводом и двумя наружным и внутренним ползунами жесткий зажим края заготовки выполняют рифтом в плане по окружности, концентричной круглому контуру пуансона в плане, при ходе наружного ползуна вверх. Формовку заготовки до разрыва осуществляют дном вверх через антифрикционную прокладку и технологическую прокладку пуансоном при ходе внутреннего ползуна вверх. Технический результат: снижение трудоемкости, сроков и стоимости построения ДПД листовых материалов, сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки для листовой штамповки, получение экономии листового материала за счет сокращения процента брака при отладке технологических процессов, а также упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения пластических свойств стержневых резьбовых крепежных изделий // 2622487

Изобретение относится к испытаниям материалов, а именно к способам определения пластических свойств крепежных изделий таких, как болты, винты и шпильки. Сущность: полноразмерный образец изделия в виде болта, винта или шпильки растягивают соосным нагружением, проводят регистрацию значений деформации, по которым вычисляют значения характеристик и судят о пластических свойствах изделия. Нагружение образца осуществляют до максимальной нагрузки и прерывают испытание после ее достижения с последующим разгружением образца и фиксированием значения его абсолютного остаточного удлинения, а далее вычисляют относительное равномерное удлинение (δp). В качестве расчетного участка с разметкой используют непосредственно резьбу изделия. Технический результат: упрощение процесса испытания, обеспечение возможности определения особо важной характеристики пластичности - относительного равномерного удлинения (δp), а также повышения точности и достоверности измерения остаточной пластической деформации крепежного изделия после воздействия максимальной растягивающей осевой нагрузки или в зоне разрушения после его разрыва (при определении локализованного относительного удлинения - δлок). 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ испытаний материалов для определения силовых параметров при получении полых заготовок обработкой давлением // 2625545

Изобретение относится к способам определения силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии обработкой давлением в лабораторных условиях. Сущность: осуществляют закрытое обратное выдавливание «базовой» полости, представляющей собой цилиндрическую полость диаметром dп=10 мм с плоским дном, в цилиндрической заготовке диаметром D=20 мм и высотой Н=30 мм. Перед выдавливанием «базовой» полости с использованием метода координатных сеток определяют деформированное состояние для конкретной полой заготовки и по форме очага деформации устанавливают его высоту Нпл под торцом пуансона, формирующего конкретную полую заготовку, и параметр Sкп, характеризующий поверхность контакта деформируемой заготовки с деформирующим инструментом в очаге деформации, указанные параметры определяют и для «базовой» полости с использованием зависимостей Нпл/dп=1,6-1,4(dп/D) и Rпл/dп=2-0,32(D/dп), где Rпл - радиус границы очага деформации. Термомеханические параметры выдавливания «базовой» полости Т - температура испытаний, Sp - рабочий ход пуансона, Vd - скорость рабочего хода пуансона устанавливают из условий теплового Тп/Тз=idem, где Тп - температура пуансона, Тз - температура заготовки, деформационного Sp/Hпл=idem, скоростного Vd⋅η/Hпл⋅σs=idem, где η - вязкость материала заготовки, σs - напряжение текучести материала заготовки, подобия процессов выдавливания "базовой» полости и получения конкретно исследуемой полой заготовки. Само деформирующее усилие при получении конкретно исследуемой полой заготовки определяют из зависимости Рп/Рб=(Sкп)п/(Sкп)б, где Рп и Рб - соответственно усилия деформирования при получении конкретно изучаемой полой заготовки и при выдавливании «базовой» полости, (Sкп)п и (Sкп)б - соответственно поверхность контакта деформируемой заготовки с деформирующим инструментом в очаге деформации заготовки при получении конкретно изучаемой полой заготовки и при выдавливании «базовой» полости. Технический результат: повышение точности определения силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии обработкой давлением в лабораторных условиях на стандартном испытательном оборудовании усилием до 100 кН; снижение трудоемкости экспериментальных программ по определению силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии. 3 ил.

Устройство для испытания листовых материалов // 2631230

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. Устройство содержит пуансон, матрицу и прижим, отличающееся тем, что на прижиме выполнен рифт треугольного поперечного сечения в плане по окружности, концентричной круглому контуру пуансона, торец которого выполняют плоским с поднутрением и с закругленной по радиусу кромкой, на матрице выполнено соответствующее углубление под этот рифт с учетом толщины испытуемого листового материала таким образом, чтобы в зажатом состоянии боковые поверхности рифта и заготовки плотно прилегали к друг другу с наличием зазора между заготовкой и плоскостью прижима, из которой выступает рифт, устройство содержит технологическую прокладку, размещенную под заготовкой с идентичными ей размерами из материала, показатели пластичности которого не ниже показателей пластичности испытуемой заготовки, технологическая прокладка содержит отверстие с диаметром, меньшим диаметру пуансона, между контактирующими обезжиренными поверхностями технологической прокладки и заготовки расположен порошок типа канифоль, между технологической прокладкой и пуансоном расположена антифрикционная прокладка, выполненная из полиэтилена или тефлона с нанесенным на ее верхнюю и нижнюю стороны смазочным материалом. Технический результат: снижение трудоемкости, сроков и стоимости построения ДПД листовых материалов, сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки для листовой штамповки, экономия листового материала, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.