устройство для испытаний на изгиб круглой прутковой стали

Формула изобретения

1. Устройство для испытаний на изгиб круглой прутковой стали, например, арматурной, содержащее перемещаемый по вертикали пуансон с оправкой и опорные ролики заданного диаметра, установленные в гнездах корпуса, отличающееся тем, что ролики установлены в двух щековинах корпуса с V-образными рабочими поверхностями, закрепленных на общем основании и содержащих несколько гнезд, лежащих на заданных разных уровнях в вертикальной плоскости, при этом ролики выполнены с V-образной образующей рабочей поверхности, ветви которой взаимно перпендикулярны, и на середине длины каждой щековины находится трапециевидный выступ, ограничивающий перемещение пуансона, сменная оправка которого выполнена в виде сектора, ограниченного окружностью заданного радиуса, и толщиной меньше расстояния между щековинами корпуса, установленного в державке, шарнирно закрепленной на пуансоне, а поверхность оправки, контактирующая с испытуемым прутком, выполнена с желобом, радиус которого равен радиусу прутка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что общее количество опорных роликов равно 12...16.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол при вершине сектора равен 90°.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к устройствам (машинам) для испытаний металлов и может быть использовано при испытаниях на изгиб круглой прутковой стали, например арматурной.

Механические свойства металлов (пределы текучести и прочности, относительное удлинение, твердость и др.) определяются при статических и динамических испытаниях. Для конкретных видов испытаний применяют соответствующие приборы и машины. Методы испытаний металлов достаточно подробно описаны, например, в Справочнике под ред. Н.Т.Гудцова и др. “Металловедение и термическая обработка стали и чугуна”, М., Металлургиздат, 1956, с.13-96.

Методика испытаний на изгиб арматурной стали регламентируется стандартом СТО АСЧМ 3-93 “Прокат из арматурной стали. Методы испытания на изгиб и изгиб с разгибом”.

Известно устройство (установка) для испытания вогнутых изделий сжимающей нагрузкой, содержащее связанные между собой с помощью шарниров опорные элементы и взаимодействующий с ними нагружающий узел, которое снабжено фиксаторами шарниров, распорной балкой изменяемой длины и двумя тягами, шарнирно соединенными с крайними опорными элементами и с нагружающим узлом (см. а.с. СССР №970185, кл. G 01 N 3/08, опубл. в БИ №40, 1982 г.). Однако это устройство неприемлемо для испытаний на изгиб прутковой стали.

Наиболее близким к заявляемому объекту является устройство для испытаний образцов (проб) на изгиб, приведенное в книге B.C.Золотаревского “Механические свойства металлов”, М., “Металлургия”, 1983, с.194, рис. 107б.

Это устройство содержит перемещаемый по вертикали пуансон - оправку и опорные ролики заданного диаметра, установленные в гнездах, и характеризуется тем, что каждый из роликов установлен в индивидуальном корпусе. Недостатком известного устройства является, практически, непригодность его для испытаний круглых образцов.

Действительно, как следует из схемы устройства, его опорные ролики и рабочая (закругленная) поверхность пуансона - гладкие, с прямолинейной образующей, что не позволяет надежно фиксировать круглый образец при его испытаниях на изгиб, а возможное его смещение вдоль роликов неизбежно исказит результаты испытаний. Применение же какого-либо дополнительного, фиксирующего образец узла приведет к усложнению и удорожанию устройства, а следовательно, и самих испытаний.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение достоверности и удешевление испытаний на изгиб круглого сортового проката, например, арматурной стали.

Для решения этой задачи устройство содержит перемещаемый по вертикали пуансон с оправкой и опорные ролики заданного диаметра, установленные в гнездах двух щековин корпуса с V-образными рабочими поверхностями, закрепленных на общем основании и содержащих несколько гнезд, лежащих на заданных разных уровнях в вертикальной плоскости, при этом ролики выполнены с V-образной образующей рабочей поверхности, ветви которой взаимно перпендикулярны, и на середине длины каждой щековины находится трапециевидный выступ, ограничивающий перемещение пуансона, сменная оправка которого выполнена в виде сектора окружности заданного радиуса и с толщиной меньше расстояния между щековинами корпуса, установленного в державке, шарнирно закрепленной на пуансоне, а поверхность оправки, контактирующая с испытуемым прутком, выполнена с желобом, радиус которого равен радиусу прутка; общее количество опорных роликов может быть равно 12...16, а угол при вершине сектора - прямой.

Сущность заявляемого технического решения заключается, прежде всего, в создании общего корпуса для всех гнезд роликов, а наличие в щековинах корпуса нескольких гнезд позволяет испытывать прутки разных диаметров и с разной базовой длиной без использования дополнительных устройств.

Из стандарта СТО АСЧМ 3-93 следует, что расстояния между двумя опорами (роликами), на которое опирается пруток при изгибе, должно быть равно l=(D+3d)±d/2, где D - диаметр оправки (в нашем случае - рабочего органа пуансона - см. ниже); d - номинальный диаметр прутка (например, арматурной стали). Ориентировочную же длину образца определяют как L(D+3d+200) мм. Величина “l” - базовая длина испытуемого прутка.

Кроме того, наличие у роликов V-образной образующей с прямым углом между ее ветвями дает возможность испытания на одних и тех же роликах прутков различного диаметра. Местоположение роликов по высоте - расчетное, зависящее от диаметра и длины “l” испытуемого прутка, а наличие в центре корпуса трапециевидного выступа, в который при своем движении упирается рабочий орган (оправка) пуансона, в сочетании с заданным диаметром этого органа и длиной его контактной поверхности, обеспечивают изгиб образца по определенному радиусу и на требуемый угол. Радиус сектора оправки выбирается в соответствии с номинальным диаметром испытуемого прутка по ГОСТ 10884-94 (с.21, табл. Г1).

Конструкция предлагаемого устройства схематично показана на чертеже (крайнее нижнее положение пуансона в конце испытания).

Корпус устройства состоит из левой 1 (см. чертеж) и правой 2 щековин, закрепленных на общем основании 3 и содержащих ребра жесткости 4. В щековинах на разных уровнях (максимальный - Н, минимальный - h выполнены гнезда 5, в которых устанавливаются опорные ролики 6; гнезда расположены друг от друга по горизонтали на разных расчетных расстояниях “l” в середине каждой щековины находится трапециевидный выступ 7).

Перемещаемый по вертикали пуансон 8 выполнен со сменным рабочим органом 9, установленном в державке 10, шарнирно закрепленной на пуансоне. Шарнирное крепление 11 державки позволяет оправке 9 поворачиваться на некоторый угол (т.е. “самоустанавливаться”), что необходимо, например, при небольшом отклонении пуансона (его средней вертикальной линии) от средней вертикали у корпуса.

Перед началом испытаний пруток 12 заданной длины L укладывается на два ролика 6, установленных на заранее определенном расстоянии l между ними в соответствующих гнездах щековин. При движении пуансона 8 вниз пруток изгибается оправкой 9 на требуемые угол и радиус изгиба. При этом в конце изгиба державка 10 упирается в трапециевидный выступ 7, обеспечивая автоматическую остановку пуансона и завершение операции изгиба.

При необходимости изгиба на угол, отличный от 90°, устанавливают оправку с другим углом (см. чертеж) и ролики с требуемым диаметром.

Опытную проверку заявляемого устройства осуществляли в лаборатории мехиспытаний Центральной лаборатории контроля ОАО “Магнитогорский меткомбинат”.

В опытах варьировали диаметр арматурной стали (d=10...20 мм) и количество гнезд (от 12 до 16) под ролики разного диаметра. Опробовались два варианта исполнения устройства: с жестким и шарнирным креплением державки (и рабочего органа - оправки) к пуансону. Результаты опытной проверки оценивали по точности выполнения угла и радиуса изгиба испытуемого прутка. Так как в подавляющем большинстве случаев потребителей удовлетворяют испытания с изгибом на 90°, в опытах использовались оправки с =90°.

При опытной проверке не было отмечено случаев недопустимых отклонений величин углов и радиусов изгиба прутков от заданных значений. Для определения возможности использования предлагаемого устройства при испытаниях на изгиб с последующим разгибом провели и такие испытания (с использованием плоского, без оправки 9, пуансона), которые показали удовлетворительные результаты.

Были проведены также контрольные испытания на изгиб с использованием известного устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога (см. выше). В этих испытаниях до 2% образцов признаны как не прошедшие испытания из-за фактических величин углов и радиусов изгиба.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной задачи и его преимущества перед известным объектом.

По данным Центральной лаборатории контроля ММК использование заявляемого устройства при испытаниях на изгиб круглой сортовой стали позволяет максимально унифицировать процесс испытаний, повысить их точность (достоверность) и, тем самым, сократить трудозатраты ориентировочно на 20...30%.

Пример конкретного выполнения

Устройство для испытания на изгиб круглой прутковой стали имеет вид, показанный на чертеже, и предназначено для образцов с d=10...24 мм.

В щековинах устройства выполнено 14 гнезд различных размеров полукруглого сечения с минимальным радиусом 12 мм и максимальным 24 мм. Величина l=72 мм, а расстояние между наиболее удаленными (крайними) гнездами 452 мм. Высота h=96 мм, Н = 207 мм.

Диаметры используемых опорных роликов 40...80 мм, радиус оправки R=D/2=120 мм.

Длина образцов: L_min=D+3d+200 мм=240+3·10+200=470 мм;

L_max=240+3·24+200=512 мм.