установка для испытаний листовых материалов на растяжение

Формула изобретения

Установка для испытаний листовых материалов на растяжение, содержащая механизм нагружения образца с зажимами образца, термостатирующую емкость с охлаждающей жидкостью, измеритель усилий разрыва и измеритель температуры, отличающаяся тем, что термостатирующая емкость выполнена в виде кюветы из материала с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, зажимы образца размещены горизонтально, как и кювета, а механизм нагружения образца выполнен в виде лебедки, трос которой прикреплен к одним из зажимов образца для обеспечения их перемещения относительно вторых зажимов, через измеритель усилий разрыва, выполненный в виде динамометра с фиксатором усилий разрыва.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области испытательной техники, предназначенной для испытаний листовых материалов на растяжение.

Известны установки для испытаний листовых металлов на растяжение [1], в которых испытываемый образец закрепляют вертикально в зажимах испытательной машины, после чего помещают его в термостатирующую емкость - криостат и равномерно со всех сторон охлаждают с помощью охлаждающей жидкости (жидкого азота или этилового ректификованного спирта, охлажденного льдом или твердой двуокисью углерода), выдерживают для равномерного охлаждения, затем прикладывают механическое разрывающее усилие, доводят образец до разрыва, фиксируя при этом температуру охлаждающей среды измерителем температуры, усилие предела текучести и усилие временного сопротивления разрыву.

Известна также установка для испытаний листовых металлических материалов на растяжение по патенту [2], содержащая штангу с двумя траверсами, двумя механизмами нагружения образца с зажимами образца, с механизмами вращения, с нагревателями. Установка содержит также кронштейны с указателями перемещений и конечными выключателями.

Недостатками таких установок являются их большие габариты и дороговизна, связанная со значительными затратами времени на испытания и большими расходами охлаждающих жидкостей (для первого типа установок), а также неприемлемостью существующих разрывающих машин для испытаний тонких листовых пластиковых материалов (с толщиной листа 0,1-0,5 мм) из-за большого различия в величинах разрывающих усилий для металлов и пластиковых материалов, причем последние не могут даже выдержать предварительного натяжения образца, обусловленного тяжестью нижних зажимов.

Известна установка для испытаний листовых материалов на растяжение [3], используемая для испытаний тонких листовых пластмассовых материалов (толщина листа не менее 1 мм), в зажимах которой закрепляют образец с нанесенными на него метками для измерения удлинения, выдерживают (кондиционируют) не менее 16 ч при температуре 23±2С и относительной влажности 50±5%, а затем разрывают при скорости от 100 до 500 мм/мин, замеряя при этом усилия предела текучести и разрыва, используя измеритель усилий разрыва.

Недостатками являются невозможность испытаний образцов тоньше 1 мм и невозможность снятия температурных кривых текучести и прочности образцов (не предусматривается их охлаждение).

Наиболее близким из аналогов является установка для испытаний листовых материалов на растяжение - “Тиратест 2300” [4], выбранная в качестве прототипа, которая содержит термостатирующую емкость в виде герметичной темперирующей камеры, соединенной с сосудом Дьюара с охлаждающей жидкостью, например с жидким азотом. Образец размещен внутри камеры в вертикальном положении зажимами.

Недостатками прототипа являются: закрепление образца в вертикальном положении, обусловливающее большой объем и герметичность камеры, значительный расход жидкого азота, который наиболее часто используют в качестве охлаждающей жидкости, большое время для проведения одного замера, большую стоимость испытаний, невозможность испытаний тонких образцов с толщиной листа 0,1-0,5 мм.

Задачей изобретения является создание установки для испытаний листовых материалов на растяжение из тонких толщиной 0,1-0,5 мм листовых пластиков в широком диапазоне температур (от комнатной до криогенных) в условиях всестороннего охлаждения.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленной установки, - снижение потерь жидкого азота и других охлаждающих жидкостей, уменьшение времени испытаний одного образца в 10-15 раз, повышение эффективности испытаний за счет увеличения чувствительности испытаний при ручном нагружении образцов, получение возможности проведения экспресс-испытаний образцов.

Поставленная задача с достижением указанных технических результатов решается тем, что в установке для испытаний листовых материалов на растяжение, содержащей механизм нагружения образца с зажимами образца, термостатирующую емкость с охлаждающей жидкостью, измеритель усилий разрыва и измеритель температуры, в отличие от прототипа, термостатирующая емкость выполнена в виде кюветы из материала с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, зажимы образца размещены горизонтально, как и кювета, а механизм нагружения образца выполнен в виде лебедки, трос которой прикреплен к одним из зажимов образца, установленным подвижно, через измеритель усилий разрыва, выполненный в виде динамометра с фиксатором усилий разрыва.

Для испытаний на растяжение образец из листового пластикового материала (толщина 0,1-0,5 мм) закрепляют в захватах установки не вертикально, а горизонтально, после чего равномерно со всех сторон охлаждают с помощью охлаждающей жидкости, наливаемой в открытую горизонтальную кювету, внутри которой до этого размещают образец, выдерживают в течение 2-3 мин для равномерного охлаждения, затем вручную прикладывают разрывающее усилие, фиксируя температуру охлаждающей жидкости, момент наступления предела текучести и усилие сопротивления разрыву.

Суть предлагаемого решения поясняются фиг.1 и 2, на которых приведены:

на фиг.1 - вид установки сбоку;

на фиг.2 - вид установки сверху;

на фиг.3 - вид по А-А.

На чертежах приведены термостатирующая емкость в виде кюветы 1 с охлаждающей жидкостью, измеритель температуры 2, погружаемый в охлаждаемую среду, крышка 3, измеритель усилий разрыва в виде динамометра 4, соединенного тросом 5 с механизмом нагружения образца в виде лебедки 6. Кювета 1 жестко прикреплена к основанию (столу) 7. В крышке 3 может быть установлено стекло 8 с нанесенными на него рисками. Динамометр 4 снабжен перемещаемым стрелкой 9 фиксатором усилий разрыва в виде ползуна 10. Динамометр зацеплен за проушину 11 каретки 12, на которой жестко установлены одни из зажимов 13 образца, перемещаемые кареткой 12, зажимы 14 образца являются неподвижными и могут быть жестко установлены относительно основания 7. Образец 15 погружен в охлаждающую жидкость.

Испытание осуществляется следующим образом.

Термостатирующая емкость, выполненная в виде кюветы 1, изготовленной из материала с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, заполняется после закрепления образца 15 в горизонтальном положении зажимами 13, 14 охлаждающей жидкостью, температура которой измеряется термометром 2. Опытным путем определено, что для испытаний образцов при криогенных температурах кювета должна быть выполнена из материала с низким значением теплоемкости 0,1-0,12 кал/гК и низкую теплопроводность в пределах 0,0-0,03 кал/(смсК) для снижения испаряемости охладителя, т.к. испарение охлаждающей жидкости будет мешать наблюдению за образцом; низкие теплофизические показатели позволят сэкономить охлаждающую жидкость, уменьшить влияние рабочей поверхности стола на режим испытаний. Если охлаждающая жидкость интенсивно испаряется, такая как, например жидкий азот, то кювета закрывается крышкой 3. Для измерения усилий разрыва используется пружинный динамометр 4, соединенный тросом 5 с лебедкой 6, которая приводится во вращательное движение вручную. В крышке может быть предусмотрено стекло 16 с нанесенными на него рисками для наблюдения за поведением образца во время наступления предела текучести. Все устройство жестко крепится к рабочему столу 8. Для точной фиксации усилия при разрыве образца используется ползун 10, перемещаемый стрелкой динамометра, который в силу горизонтального его расположения не сползает и остается на месте после разрыва образца и возвращения стрелки в нулевое положение. Уровень охлаждающей жидкости 4 незначительно (на 5-10 мм) превышает уровень расположения образца. Нагружают растягивающим усилием вращением лебедки; под воздействием натяжения троса 5 через динамометр, зацепленный за проушину 11 на каретке 12, обеспечивающей перемещение зажимов 13 образца, усилие передается на образец 15 и он растягивается. Стрелка 9 динамометра 6 перемещается, фиксируя величину усилия при наступлении предела текучести и предела прочности на разрыв и воздействуя на ползун 10, который в момент разрыва остается на отметке, соответствующей усилию разрыва образца 15 и регистрируемой визуально или с помощью записывающего устройства, тогда как стрелка 9 возвращается на нулевую отметку.

Использование заявленной установки позволит уменьшить время испытаний одного образца в 10-15 раз, повысить эффективность испытаний за счет увеличения чувствительности испытаний при ручном нагружении образцов, получить возможность проведения экспресс-испытаний образцов.

Источники информации

1. ГОСТ 11150-84. Металлы. Методы испытания на растяжение при пониженных температурах.

2. RU 2089873 С1, G 01 N 3/08, 10.09.1997.

3. ГОСТ 11262-80. Пластмассы. Метод испытания на растяжение.

4. Устройство для испытания на прочность Тиратест 2300. “Тюрингер Индустриверк”, Рауэнштайн, ГДР, 1989 - прототип.