способ построения диаграммы предельных деформаций и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ построения диаграммы предельных деформаций, заключающийся в том, что на вырубленный из листового проката образец наносят координатную сетку, образец и прижим для жесткого закрепления образца устанавливают в матрице и деформируют до появления утонения на образце, измеряют деформации и по нанесенным на поле графика величинам деформаций строят кривую диаграммы предельных деформаций, отличающийся тем, что блок, собранный из образца с прижимом и матрицы, устанавливают в контейнере, в котором на образце и на кромке прижима с перекрытием на 1,5 - 3,0 мм линии перехода прижима и образца размещают резиновую прокладку, а образец деформируют засыпанной в контейнер стальной дробью диаметром 0,5 - 1,5 мм с помощью пуансона в силовой установке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что различные виды деформации получают за счет установки в контейнере матрицы с отверстием эллипсной формы.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что различные виды деформации получают в зависимости от численной величины отношения большего диаметра эллипса к малому диаметру в пределах 1 - 2; размер матрицы подбирают априорным путем.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что усилие прижима образца при деформации выбирают в зависимости от угла наклона и площади контакта прижима со стальной дробью.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что усилие прижима образца создают за счет перераспределения усилия пуансона стальной дробью.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину S резиновой прокладки определяют в зависимости от диаметра D стальной дроби по формуле

S = 2 Dдроби

7. Устройство для построения диаграммы предельных деформаций, содержащее плоскую матрицу с отверстием для деформирования образца и прижим для жесткого закрепления образца в матрице, отличающееся тем, что устройство содержит контейнер, в котором установлены пуансон и матрица, имеющая отверстие эллипсной формы для нагружения образца деформациями различного вида.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве рабочей среды для передачи усилия от пуансона на образец используют стальную дробь.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что прижим для закрепления образца имеет форму в сечении, приближенную к прямоугольному треугольнику.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области листовой штамповки, а в частности к исследованию прочностных свойств твердых материалов с последующей штамповкой.

Известен способ и устройство для построения диаграммы предельных деформаций, заключающийся в изготовлении образцов с фиксированными размерами, обеспеченными после вытяжки всеми видами деформации, на которые наносится деформационная сетка; после чего заготовку защемляют прижимным устройством к матрице, установленной на испытательной машине, и при помощи этой машины выдавливают лунку полусферическим пуансоном диаметром 75 мм до момента локального утонения; далее измеряют размеры измененной деформационной сетки, рассчитывают деформации 1 и 2 , наносят на поле деформаций диаграммы, соединяют нанесенные точки различного вида деформации линией; получают таким образом кривую диаграммы предельных деформаций (ДПД) (Veerman C.Chr.et all. Determination of appearing and admissible strains of cold reduced sheet Metal Industries, 1971, v. 48, N 9, p. 678-694.

Недостатком данного способа и устройства является невозможность получения в центральной зоне однородных деформаций при построении ДПД с учетом коэффициента трения.

Известно устройство для двухосного растяжения листового материала по а. с. СССР N 246902 и N 800806, содержащее пустотелый пуансон, матрицу и прижимное кольцо для жесткого крепления образца в матрице; для создания однородной деформации до разрушения в центральной зоне (площадью 20 x 20 мм) применяют кольцеобразный элемент в виде пластины из эластичного материала, внутри которой находится нитевой корд, обеспечивающий стойкость этой эластичной пластины.

Недостатком устройства по а. с. N 246902 и N 800806 является низкая стойкость прокладки из резины с нитевым кордом, после 10 вытяжек нити рвутся и однородность деформаций в центральной части искажается.

Прототипом заявляемого изобретения является способ и устройство для построения ДПД, который заключается в выполнении следующих операций: изготавливают образцы, на которых обеспечиваются все комбинации деформаций, наносят на каждый из образцов координатную сетку, затем к каждому из образцов со стороны пуансона прикладывают с припудренной поверхностью порошковой конифолью технологическую прокладку с центральным отверстием из автолиста с высокими пластическими свойствами (из стали JF), к технологической прокладке со стороны контакта с пуансоном прикладывают полиэтиленовую пленку толщиной не более 0,025 мм, после чего образец совместно с технологической прокладкой защемляют прижимным устройством к матрице, установленной на испытательной машине (МТЛ-10Г) и при помощи этой машины деформируют - вытягивают чашку полым пуансоном с плоским дном диаметром 50 мм, при этом происходит отбортовка прокладки, которая растягивает центральную часть равномерно без участия трения до линии утонения, далее измеряют стороны искаженной координатной сетки, рассчитывают деформации 1 и 2 и наносят на поле деформаций точки с различным видом деформаций, соединяют их и получают кривую ДПД. (Афанасьев Е.В., Кирюшин А.А. Простой метод построения диаграммы предельных деформаций. Информационный сборник "Научно-технические достижения и передовой опыт в автомобилестроении. Москва, N 6, 1991 г. Стр. 15-16).

Недостатком способа и устройства является высокая стоимость прокладки, получаемой из автолиста с высокими пластическими свойствами (импортная сталь JF, не освоенная отечественными производителями), что приводит к увеличению себестоимости данного способа и устройства.

Общим недостатком перечисленных выше аналогов и прототипа является то, что требуется использование специального дорогостоящего оборудования, что не дает возможности реализовать эти способы для технологического испытания при доводке технологического процесса изготовления тонколистового холоднокатанного проката с высокими пластическими свойствами для автомобильной промышленности у производителей, например на Новолипецком металлургическом комбинате.

Задача изобретения состоит в снижении трудоемкости контроля пластичности автолиста, повышении качества контроля и универсальном применении в любом производстве.

Задача решается следующим образом. В предлагаемом изобретении деформируют образцы по различным схемам нагружения, дающим возможность получения основных напряженно-деформационных состояний автолиста при холодней листовой штамповке. Это достигается за счет деформирования образцов стальной дробью диаметром в пределах от 0,5 до 1,5 мм, которая при передаче усилия пуансона образует их нагружение. Образцы получают из листового проката вырубкой, затем наносят на них координатную сетку. Далее образец и прижим для его жесткого защемления устанавливают в матрице и деформируют до появления утонения на образце, измеряют деформации и по нанесенным на поле графика величинам деформаций строят кривую диаграммы предельных деформаций, причем блок, собранный из образца с прижимом, имеющим форму в сечении, приближенной к прямоугольному треугольнику, и матрицы, устанавливают в контейнере, в котором на образце и на кромке прижима с перекрытием на 1,5 - 3 мм линии перехода прижима и образца размещают резиновую прокладку и производят деформацию образца стальной дробью с помощью пуансона в силовой установке.

Результатом этого является получение значительных устойчивых деформаций образца.

За счет использования устройства приспособления производят вытяжку для различного вида деформации в матрице с эллипсным отверстием, то есть с различным размером малого диаметра эллипса при const большого диаметра эллипса. Толщину резиновой прокладки рассчитывают по формуле:

S = 2Dдроби;

где S - толщина резиновой прокладки,

D - диаметр дроби.

Пример конкретного выполнения изобретения. Вырубают образцы диаметром 120 мм из листа 08ЮПБ толщиной 0,9 мм (по пять образцов на каждый вид деформации: вытяжка - m = 0, плоская - m = 0,5, двухосная - m = 1). На образцы при помощи лазера наносят координатную сетку, состоящую из круглых ячеек диаметром 2 мм. Далее в штампе на образцах отформовывают ребро по профилю тормозного ребра матрицы для жесткого защемления образца. Образец 1 (см. фиг. 1) помещают на матрицу 4, за счет тормозного ребра 5 образец отцентровывается, ставят прижим 6, имеющий форму в сечении, приближенной к прямоугольному треугольнику, на образец 1 и матрицу 4, прижим 6 также отцентровывается по отформованному ребру на образце 1. Собранный блок из матрицы 4, образца 1, прижима 6 отпускают в контейнер 3. В контейнере 3 на образец 1 и на кромку прижима 6 (с перекрытием на 1,5-3 мм линии перехода прижима 6 и образца 1) опускают резиновую прокладку 2 с толщиной, рассчитанной по приведенной выше формуле для компенсации коэффициента трения образца стальной дробью, а также для получения качественной поверхности вытянутого образца 1. Затем засыпают стальную дробь 7 в количестве приблизительно в две высоты от собранного блока, ставят пуансон 8 и собранный штамп 1 в силовую установку (см. фиг. 2), где этот штамп является замыкающим звеном между 20 тонным гидравлическим домкратом 2 и рамой 3. Домкратом 2 создают усилие и одновременно производят наблюдение за появлением утонения на образце 1 (фиг. 1). При появлении утонения усилие снимают. Затем снимают образец.

Таким образом, деформируют еще по 3-4 образца с различными видами напряженно-деформационного состояния (НДС). Далее измеряют деформации 11 и 22 на каждом образце и среднее значение их наносят на диаграмму предельных деформаций (ДПД) (см. табицу и фиг. 4). Для получения других видов деформации ставят другие формующие матрицы и прижимы (см. фиг. 3).

Изменение видов деформации зависит от изменения малого диаметра эллипсной формующей матрицы, больший диаметр при этом остается const. При одинаковых диаметрах эллипса, частный случай - круг, - НДС - равномерное двухосное растяжение. При изменении малого диаметра эллипса матрицы получают НДС от неравномерного двухосного растяжения, до НДС - растяжение - сжатие. Величина усилия прижима может изменяться в зависимости от величины угла наклона плоскости и площади, контактирующей со стальной дробью.

Использование предложенного способа и установки для его реализации дает следующие преимущества: универсальное применение в любых производственных условиях, повышение качества контроля. Происходит снижение трудоемкости.