СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА НА РАСТЯЖЕНИЕ, ИЗГИБ И ПРУЖИНЕНИЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК G01N3/26 

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для оценки параметров деформирования и штампуемости различных листовых материалов (металлов и неметаллов) при проектировании технологических процессов изготовления разнообразных деталей и изделий из этих листовых материалов, преимущественно для оценки штампуемости материалов из листового проката металла (в виде листа, полосы, ленты или рулона) перед гибкой и вытяжкой из этих материалов деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин, бытовой и другой техники на прессах простого, двойного и тройного действий, а также на многопозиционных прессах-автоматах, например, для гибки и вытяжки кузовных деталей автомобилей.

Известен способ технологического испытания листового материала на пружинение после загиба угла листового материала, например, угла верхнего не прижатого листа в пачке листов при помощи прибора "Flex" (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. - с.495). Прибор "Flex" устанавливается полкой на лист так, чтобы угловой конец листа вошел в прорезь планки. Поворотом скобы угол листа загибается на 60° до определенного положения. Упругое смещение пластины отмечается индикатором. Прибор снабжается таблицами упругих отклонений для различных материалов и толщин.

Недостатки этого способа следующие. Низкие точность и надежность результатов испытания, т.к. прибор невозможно точно зафиксировать в углу листа. Когда после гибки угла этот угол обратно выпрямляется, то в месте изгиба остается неровность, которая может осложнить последующее изготовление деталей из этого листа. Невозможность вручную изогнуть угол достаточно толстого листа. Изгиб листа при помощи данного прибора не соответствует производственным способам гибки листа при помощи пуансона и матрицы штампа.

Известен способ технологического испытания листового материала на пружинение при гибке по Эйлеру (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. - с.495). В прибор вставляется полоса в виде образца из листового материала. Далее производится изгиб этой полосы, вставленной в паз поворотно-сменного пуансона прибора с заданным отношением радиуса пуансона к толщине полосы. По шкале отсчитывается угол пружинения для различных отношений радиуса пуансона к толщине полосы и различных углов изгиба.

Недостатки этого способа следующие. Невозможность вручную изогнуть образец из достаточно толстого листа. Изгиб листа при помощи данного прибора не соответствует производственным способам гибки листа при помощи пуансона и матрицы штампа.

Известен государственный стандарт ГОСТ 11701-84 для испытания образцов из листовых материалов на растяжение. Недостатком этого стандарта является невозможность определять параметры пружинения листового материала после гибки.

Целью изобретения является разработка принципиально нового комплексного способа технологического испытания листового материала на растяжение, изгиб и пружинение, позволяющего одновременно растягивать и изгибать образец, доводить его разрушения, а затем определять пружинение образца после растяжения и гибки. Новый способ в большей мере, чем известный государственный стандарт на растяжение, соответствует схеме деформирования и формоизменения заготовки в производственных условиях на операциях листовой штамповки разнообразных деталей и поэтому дает возможность более строго определить пригодность материала для штамповки деталей повышенной точности на данных операциях.

Поставленная цель достигается тем, что плоский образец в виде узкой длинной полосы с двумя отверстиями по краям полосы укладывают горизонтально отверстиями на два штифта штампа-прибора, который закреплен на испытательной машине или на прессе, в штампе-приборе образец прижимают по двум краям и доводят до разрушения при помощи вертикального перемещения пуансона, закрепленного в захвате испытательной машины или на ползуне пресса.

На фиг.1, 2, 3 показан поэтапный процесс испытания образца 1 в штампе-приборе. На фиг.1 показано начало испытания, на фиг.2 - момент разрушения образца, на фиг.3 - после разгрузки образца; римскими цифрами I, II и III обозначены эти три этапа испытания. На фиг.1, 2, 3 внизу показан вид сверху на образец 1, матрицы 2, 11 и штифты 10, 15 на данном этапе испытания (пуансон 4 и прижимные плиты 3, 12 не показаны).

Способ осуществляется следующим образом. Для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор (фиг.1) с расположенньм вверху пуансоном 2 с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_p, с расположенньми внизу двумя матрицами 2, 11 с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_m, двумя прижимными плитами 3, 12, двумя транспортирами 7, 14 для измерения углов и индикатором 8 внутри пуансона 4. Начало отсчета индикатора 8 устанавливают от горизонтальной рабочей плоскости пуансона 4.

Из испытуемого материала (в виде листа, полосы, рулона или ленты) вырезают плоский образец 1 (как для стандартного испытания на одноосное растяжение по ГОСТ 11701-84). Для статистической обработки результатов испытания вырезают несколько образцов, например, шесть, причем образцы могут быть вырезаны вдоль направления прокатки, поперек или под каким-то углом (например, 45°) к направлению прокатки. Перед испытанием на рабочей базовой длине образца наносят делительную координатную сетку, например, в виде рисок 9, фиг.1.

Плоский образец 1 в виде узкой длинной полосы толщиной s и шириной b с нанесенной делительной сеткой на рабочей длине и с двумя отверстиями по краям укладывают горизонтально отверстиями на два неподвижных штифта 10, 15 на две рабочие плоскости двух матриц 2, 11. Два неподвижных края образца прижимают сверху силой Q при помощи двух прижимных плит 3, 12. Сила прижима Q необходима лишь для того, чтобы в процессе испытания края образца не поднимались. Величина силы Q на результаты испытания не влияет.

Затем на испытательной машине или прессе, имеющем возможность записи диаграммы "сила F-ход h", задают вертикальное перемещение или только одному пуансону, или только матрицам, или и пуансону и матрицам навстречу друг другу, растягивают и изгибают образец вокруг закруглений пуансона и матриц и доводят образец до разрушения. Под разрушением понимается момент образования просвета между левой и правой частями образца. В этот момент (фиг.2) сила деформирования Р образца упадет до нуля на приборе испытательной машины или пресса, и перемещение пуансона или матриц прекращают (фиг.2). По двум транспортирам 7, 14 слева и справа определяют углы изгиба β и φ двух краев образца от исходного горизонтального положения. По индикатору определяют прогиб δ участка образца под торцом пуансона.

Если по измерительным приборам испытательной машины или пресса известен ход пунсона h в момент разрушения образца, то углы изгиба β и φ двух краев образца от исходного горизонтального положения можно точно рассчитать из геометрических построений (фиг.2). Угол ∠O₁O₂E равен

где О₁ - центр закругления пуансона радиусом r_p, а O₂ - центр закругления матрицы радиусом r_m, l - расстояние между пуансоном и матрицей.

Угол ∠O₁O₂N равен

В точке N прямолинейный участок образца касателен закруглению матрицы радиусом r_m.

Когда на начальных этапах растяжения образца ход пуансона h≤r_m+r_p+s, искомый угол β (или φ) равен

Когда на последующих этапах растяжения образца ход пуансона h>r_m+r_p+s, угол β (или φ) равен

Далее пуансон выводят из контакта с образцом и разгружают образец (фиг.3). Снова по двум транспортирам 7, 14 слева и справа определяют углы отклонения γ и ω двух краев разгруженного образца от исходного горизонтального положения.

Окончательно, два угла пружинения α и ϕ двух краев разрушенного образца рассчитывают по формулам

В безразмерных переменных относительный угол пружинения левого участка образца рассчитывается по формуле

а правого участка образца - по формуле

Относительный прогиб участка образца под торцом пуансона рассчитывается по формуле

где р - ширина пуансона (фиг.3).

По таким параметрам, как появление трещин на поверхности образца в процессе изгиба, отсутствие шейки на разорванном образце и вид диаграммы "сила-ход" без площадки текучести, определяют минимальные радиусы закруглений пуансона r_p и матрицы r_m и минимальные углы изгиба образца β и φ до начала разрушения образца. По диаграмме "сила F-ход h" и результатам измерения делительной сетки на образце в исходном состоянии, на промежуточных этапах испытания и после разрушения образца рассчитывают перемещения, деформации и напряжения различных участков образца в процессе его деформирования.

По аналогии со стандартным испытанием на растяжение (ГОСТ 11701-84) определяют следующие характеристики механических свойств. Предел текучести σ_T и предел прочности σ_b, рассчитывают по формулам

где b и s - первоначальные (измеренные с заданной точностью) ширина и толщина образца; F_T - сила, соответствующая площадке текучести на диаграмме "сила F-ход h"; F_max - максимальная сила, соответствующая началу образования шейки на образце; β_T и β_b - углы между наклонными участками образца и горизонталью в моменты испытания, когда сила равна F_T и F_max.

Если на диаграмме "сила F-ход h" отсутствует площадка текучести, то вместо предела текучести σ_T рассчитывается предел текучести σ_0,2, соответствующий удлинению образца на 0,2%. Ход пуансона h_0,2 и угол наклона левого (или правого) участка образца, соответствующие удлинению образца на 0,2%, можно рассчитать из геометрических построений.

Если радиус закругления пуансона r_p (равный, например, 5s) меньше радиуса закругления матрицы r_m (равного, например, 8s), то образование шейки и разрушение образца обычно будет происходить на границе контактной зоны поверхности образца со скругленной кромкой пуансона, обозначенной точкой R (фиг.2). Если радиус закругления пуансона r_p слева и справа одинаков, то разрушение может произойти в точке R как слева, так и справа от оси симметрии штампа-прибора.

Относительное равномерное удлинение δ_p, относительное удлинение после разрушения δ, коэффициенты анизотропии r_a и показатель упрочнения n определяют по результатам измерений делительной сетки по аналогии с ГОСТ 11701-84.

По 2-му варианту способ осуществляется следующим образом. На фиг.4 показан момент испытания образца в штампе-приборе после разрушения и разгрузки образца. Для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенным внизу пуансоном 2 с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_р, с расположенными вверху двумя матрицами 2, 11 с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_m, двумя прижимными плитами 3, 12, двумя транспортирами 7, 14 для измерения углов и индикатором 8 внутри пуансона 4. Начало отсчета индикатора 8 устанавливают от горизонтальной рабочей плоскости пуансона 4. Пуансон 4 закреплен на нижней плите 16. Плоский образец 1 в виде узкой длинной полосы толщиной s и шириной b с нанесенной делительной сеткой на рабочей длине и с двумя отверстиями по краям укладывают горизонтально отверстиями на два неподвижных штифта 10, 15 на две рабочие плоскости двух прижимных плит 3, 12. Два неподвижных края образца прижимают снизу силой Q к рабочим плоскостям двух матриц 2, 11 при помощи двух прижимных плит 3, 12, которые через толкатели 17 опираются на подушку испытательной машины или пресса. Затем на испытательной машине или прессе проводят испытание образца и рассчитывают параметры так же, как и для 1-го варианта.

По 3-му варианту способ осуществляется следующим образом. На фиг.5 показан момент испытания образца в штампе-приборе после разрушения и разгрузки образца. Для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенным вверху пуансоном 2 с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_р, с расположенными внизу двумя матрицами 2, 11 с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_m, двумя прижимными плитами 3, 12, двумя измерительными линейками 7, 14 для измерения отклонения образца от горизонтали и индикатором 8 внутри пуансона 4. Начало отсчета индикатора 8 устанавливают от горизонтальной рабочей плоскости пуансона. Плоский образец в виде узкой длинной полосы толщиной s и шириной b с нанесенной делительной сеткой 9 на рабочей длине и с двумя отверстиями по краям укладывают горизонтально отверстиями на два неподвижных штифта 10, 15 на две рабочие плоскости двух матриц 2, 11. Два неподвижных края образца прижимают сверху при помощи двух прижимных плит 3, 12. Затем на испытательной машине или прессе, имеющем возможность записи диаграммы "сила-ход", задают вертикальное перемещение или только одному пуансону, или только матрицам, или и пуансону и матрицам навстречу друг другу, растягивают и изгибают образец вокруг закруглений пуансона и матриц и доводят образец до разрушения. Перемещение пуансона или матриц прекращают в момент, когда сила деформирования образца упадет до нуля на приборе испытательной машины или прессе. По двум измерительным линейкам 7, 14 слева и справа определяют линейные отклонения образца "с" и "е" и по формулам

и

рассчитывают исходные углы β и φ отклонения образца от первоначального горизонтального положения. По индикатору определяют прогиб δ участка образца под торцом пуансона. Далее пуансон выводят из контакта с образцом и разгружают образец, по двум измерительным линейкам слева и справа определяют линейные отклонения двух краев разгруженного образца "d" и "f" и по формулам

и

рассчитывают углы γ и ω отклонения двух краев разгруженного образца от исходного горизонтального положения. Окончательно, два угла пружинения α и ϕ двух краев разрушенного образца рассчитывают по формулам (5).

По полученным параметрам, в целом, оценивают пригодность испытанного листового материала, из которого был вырезан образец, для изготовления деталей повышенной точности на таких операциях листовой штамповки, как гибка, формовка, вытяжка. Например, чем меньше два угла пружинения и и прогиб участка образца под торцом пуансона для данного листового материала, тем выше будет точность деталей, отштампованных из этого материала.

Изобретение относится к листовой штамповке. Сущность: плоский образец в виде узкой длинной полосы с двумя отверстиями по краям укладывают горизонтально отверстиями без зазора на два неподвижных штифта штампа-прибора, который закреплен на испытательной машине или прессе. В штампе-приборе образец прижимают по двум краям и доводят до разрушения при помощи вертикального перемещения между краями образца пуансона с плоским торцом и закругленными углами, закрепленного в подвижном захвате испытательной машины или на ползуне пресса, а затем определяют и рассчитывают параметры штампуемости образца. По полученным параметрам оценивают пригодность испытанного листового материала, из которого был вырезан образец, для изготовления деталей повышенной точности на таких операциях листовой штамповки, как гибка, формовка, вытяжка. Чем меньше углы пружинения и прогиб участка образца под торцом пуансона для данного листового материала, тем выше будет точность деталей, отштампованных из этого материала. Технический результат: повышение точности испытания. 3 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ испытания листового материала на растяжение, изгиб и пружинение, включающий укладку плоского образца в устройство, гибку и разгрузку образца и определение угла пружинения образца, отличающийся тем, что образец одновременно растягивают и изгибают, доводят его до разрушения, а затем определяют пружинение образца после растяжения и гибки, для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенным вверху пуансоном с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_p, с расположенными внизу двумя матрицами с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_m, двумя прижимными плитами, двумя транспортирами для измерения углов и индикатором внутри пуансона, начало отсчета индикатора устанавливают от горизонтальной рабочей плоскости пуансона, плоский образец в виде узкой длинной полосы толщиной s и шириной b с нанесенной делительной сеткой на рабочей длине и с двумя отверстиями по краям укладывают горизонтально отверстиями на два неподвижных штифта на две рабочие плоскости двух матриц, два неподвижных края образца прижимают сверху при помощи двух прижимных плит, затем на испытательной машине или прессе, имеющем возможность записи диаграммы "сила-ход", задают вертикальное перемещение или только одному пуансону, или только матрицам, или и пуансону и матрицам навстречу друг другу, растягивают и изгибают образец вокруг закруглений пуансона и матриц и доводят образец до разрушения, перемещение пуансона или матриц прекращают в момент, когда сила деформирования образца упадет до нуля на приборе испытательной машины или пресса, по двум транспортирам слева и справа определяют углы изгиба β и φ двух краев образца от исходного горизонтального положения, а по индикатору определяют прогиб δ участка образца под торцом пуансона, далее пуансон выводят из контакта с образцом и разгружают образец, по двум транспортирам слева и справа определяют углы отклонения двух краев разгруженного образца γ и ω от исходного горизонтального положения, окончательно, два угла пружинения α и ϕ двух краев разрушенного образца рассчитывают по формулам α=β-γ и ϕ=φ-ω, по таким параметрам, как появление трещин на поверхности образца в процессе изгиба, отсутствие шейки на разорванном образце и вид диаграммы "сила-ход" без площадки текучести, определяют минимальные радиусы закруглений пуансона r_p и матрицы r_m и минимальные углы изгиба образца β и φ до начала разрушения образца, а по диаграмме "сила-ход" и результатам измерения делительной сетки на образце в исходном состоянии, на промежуточных этапах испытания и после разрушения образца рассчитывают перемещения, деформации и напряжения различных участков образца в процессе его деформирования и, в целом, оценивают пригодность испытанного листового материала, из которого был вырезан образец, для изготовления деталей повышенной точности на таких операциях листовой штамповки, как гибка, формовка, вытяжка.2. Способ испытания листового материала на растяжение, изгиб и пружинение, включающий укладку плоского образца в устройство, гибку и разгрузку образца и определение угла пружинения образца, отличающийся тем, что образец одновременно растягивают и изгибают, доводят его до разрушения, а затем определяют пружинение образца после растяжения и гибки, для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенным внизу пуансоном с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_p, с расположенными вверху двумя матрицами с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_m, двумя прижимными плитами, двумя транспортирами для измерения углов и индикатором внутри пуансона, начало отсчета индикатора устанавливают от горизонтальной рабочей плоскости пуансона, плоский образец в виде узкой длинной полосы толщиной s и шириной b с нанесенной делительной сеткой на рабочей длине и с двумя отверстиями по краям укладывают горизонтально отверстиями на два неподвижных штифта на две рабочие плоскости двух прижимных плит, два неподвижных края образца прижимают снизу к рабочим плоскостям двух матриц при помощи двух прижимных плит, которые опираются через толкатели на подушку испытательной машины или пресса, затем на испытательной машине или прессе, имеющем возможность записи диаграммы "сила-ход", задают вертикальное перемещение или только одному пуансону, или только матрицам, или и пуансону и матрицам навстречу друг другу, растягивают и изгибают образец вокруг закруглений пуансона и матриц и доводят образец до разрушения, перемещение пуансона или матриц прекращают в момент, когда сила деформирования образца упадет до нуля на приборе испытательной машины или пресса, по двум транспортирам слева и справа определяют углы β и φ изгиба двух краев образца от исходного горизонтального положения, а по индикатору определяют прогиб δ участка образца под торцом пуансона, далее пуансон выводят из контакта с образцом и разгружают образец, по двум транспортирам слева и справа определяют углы отклонения двух краев разгруженного образца γ и ω от исходного горизонтального положения, окончательно, два угла пружинения α и ω двух краев разрушенного образца рассчитывают по формулам α=β-γ и ϕ=φ-ω.3. Способ испытания листового материала на растяжение, изгиб и пружинение, включающий укладку плоского образца в устройство, гибку и разгрузку образца и определение угла пружинения образца, отличающийся тем, что образец одновременно растягивают и изгибают, доводят его до разрушения, а затем определяют пружинение образца после растяжения и гибки, для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенным вверху пуансоном с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_p, с расположенными внизу двумя матрицами с цилиндрической рабочей поверхностью радиуса r_m, двумя прижимными плитами, двумя измерительными линейками для измерения отклонения образца от горизонтали и индикатором внутри пуансона, начало отсчета индикатора устанавливают от горизонтальной рабочей плоскости пуансона, плоский образец в виде узкой длинной полосы толщиной s и шириной b с нанесенной делительной сеткой на рабочей длине и с двумя отверстиями по краям укладывают горизонтально отверстиями на два неподвижных штифта на две рабочие плоскости двух матриц, два неподвижных края образца прижимают сверху при помощи двух прижимных плит, затем на испытательной машине или прессе, имеющем возможность записи диаграммы "сила-ход", задают вертикальное перемещение или только одному пуансону, или только матрицам, или и пуансону и матрицам навстречу друг другу, растягивают и изгибают образец вокруг закруглений пуансона и матриц и доводят образец до разрушения, перемещение пуансона или матриц прекращают в момент, когда сила деформирования образца упадет до нуля на приборе испытательной машины или пресса, по двум измерительным линейкам слева и справа определяют линейные отклонения образца "с" и "е" и по формулам β=arctg(c/(l+r_m)) и φ=arctg(e/(l+r_m)) рассчитывают исходные углы β и φ отклонения образца от первоначального горизонтального положения, а по индикатору определяют прогиб δ участка образца под торцом пуансона, далее пуансон выводят из контакта с образцом и разгружают образец, по двум измерительным линейкам слева и справа определяют линейные отклонения двух краев разгруженного образца "d" и "f" и по формулам γ=arctg(d/(l+r_m)) и ω=arctg(f/(l+r_m)), где l - расстояние между пуансоном и матрицей, рассчитывают углы γ и ω отклонения двух краев разгруженного образца от исходного горизонтального положения, окончательно, два угла пружинения α и ϕ двух краев разрушенного образца рассчитывают по формулам α=β-γ и ϕ=φ-ω.