DE2525479A1

DE2525479A1 - Ausrichtverfahren und ausrichtvorrichtung fuer die zugfestigkeitspruefung von metallischen folien

Info

Publication number: DE2525479A1
Application number: DE19752525479
Authority: DE
Inventors: Orval Wayne Wade
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1976-01-15
Also published as: JPS5812540B2; US3938373A; SE413809B; JPS5118589A; CH580808A5; GB1501147A; FR2276578A1; SE7507049L; FR2276578B1; CA1032365A

Description

Anmelder: National Aeronautics And Space

Admini stration

NASA Headquarters, Washington, D.C, USA

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen des Anmelders; F 393

Ausrichtverfahren und Ausrichtvorrichtung für die Zugfestigkeitsprüfung von metallischen Folien · -

Die Erfindung betrifft ein Ausrichtverfahren und eine Ausrichtorrichtung für die Prüfung der Zugfestigkeit von aus metallischen Folien bestehenden Proben, Bei der Prüfung von aus dünnen metallischen Folien bestehenden Proben hat es sich als äußerst schwierig herausgestellt, genaue und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, vielmehr waren die erzielten Ergebnisse meist unregelmäßig und unzuverlässig. Diese Schwierigkeiten haben sich in den letzten Jahren noch weiter erhöht, da Fortschritte in konstruktiver Hinsicht die Verwendung wesentlich dünnerer metallischer Überzüge gestatteten, wie z.B. bei der Außenhaut von Raketentriebwerken. Das extrem hohe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen dieser dünnen Folien hat das Problem nur verschärft und hat die Erzielung von ständig gleichbleibenden und genauen Dehnungswerten immer schwieriger gemacht.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden vor dem Einsetzen des Prüflings in die Zugfestigkeitsprüfmaschine die Seitenkanten des Prüflings so lange bearbeitet, bis sie parallel und fehlerfrei sind, worauf die so bearbeitete Probe zwi-

509883/029/.

sehen Einspannklemmen und oder Einspannköpfen ausgerichtet und die Endabschnitte des ausgerichteten Prüflings an den Einspannklenunen befestigt. Jede Einspannklemme besteht dabei aus zwei Teilen, wobei jeweils das eine Teil auf jeder Seite und senkrecht zur Ebene des Prüflings angeordnet und mit dem entsprechenden zweiten Teil verbunden ist, das mit den Einspannbacken der Prüfmaschine für die Zugfestigkeit fest verbunden ist.

Der am meisten kritische Punkt für die Erzielung reproduzierbarer ! genauer Ergebnisse ist die Kante des Prüflings an dem Ort geringerer Flächenausdehnung. Jede auch nur geringfügige Beschädigung wie z.B. ein Kratzer, ein Knick, eine durch Schlag oder Stoß erzeugte Eindrückung usw. an einer Kante kann zu einem vorzeitigen Zerreißen führen. Tatsächlich kann die Auswirkung dieses Defektes so verdeckt sein_f daß die Prüfung im übrigen in jeder Hinsicht als normal erscheint.

Der am meisten kritische Faktor bei der Erzielung ständig gleichbleibender und genauer Ergebnisse liegt jedoch, wie nunmehr gefunden wurde, in der genauen Ausrichtung des Prüflings in den Einspannbacken der Prüfmaschine, Ist der Prüfling nicht ganz genau ausgerichtet, dann reißt der Prüfling durch Einreißen, statt durch die reine Zugspannung. Das Ergebnis einer solchen Prüfung, bei der der Prüfling nicht richtig ausgerichtet ist, kann außerordentlich irreführend sein, da solche Ergebnisse in jeglicher Hinsicht als normal erscheinen, nur daß die dabei erhaltenen Festigkeits- und Dehnungswerte zu niedrig liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet nun eine besondere Ausrichtvorrichtung, um damit die notwendige sehr genaue Ausrichtung sicherzustellen.

Die erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung besteht dabei aus einer kastenartigen Ausrichtvorrichtung mit einem sich in Längs- j richtung erstreckenden Boden und zwei nach oben ragenden Sei- | tenwänden, die zusammen mit dem Boden aus einem Stück bestehen, einer ersten abnehmbaren Einspannklemme an einem Ende der Aus-

509883/0294

richtvorrichtung und zwischen den senkrechten Seitenwänden und einer zweiten, am entgegengesetzten Ende der Ausrichtvorrichtung angeordneten, abnehmbaren Einspannklemme, wobei die beiden Einspannsklemmen innerhalb der Ausrichtvorrichtung durch geeignete Mittel festgelegt werden können. Dabei sind die beiden, an den Enden der kastenartigen Ausrichtvorrichtung angeordneten Einspannklemmen für die Aufnahme der entgegengesetzten Endabschnitte eines Prüflings eingerichtet und richten diesen parallel zu den Seiten der Einspannklemmen unmittelbar anschließend an die nach oben ragenden Seiten des Kastens aus, wobei die an den Enden angeordneten Einspannkleramen jeweils aus zwei zueinander passenden Teilen bestehen und jeweils eines dieser Teile auf ! jeder Seite des Prüflings und senkrecht zur Ebene des Prüflings

[ angeordnet sind.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind den ! ebenfalls beigefügten Patentansprüchen im einzelnen zu entnehmen.

' In den Zeichnungen zeigt;

Fig. 1 eine kastenartige Ausrichtvorrichtung mit dem j darin angeordneten Einspannklemmen, an denen

! der einer Zugspannungsprüfung zu unterziehende

; Prüfling befestigt ist,

Fig. 2 eine Endansicht der Vorrichtung ohne die Ein-

spannklemmen,
■ Fig. 3 eine Seitenansicht einer Einspannklemme,

! Fig. 4 eine Draufsicht der in Fig. 3 dargestellten

Einspannklemme und

Fig. 5 eine Endansicht der in Fig. 3 dargestellten

Einspannklemme,

509883/0294

Fig. 6 eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform des einen der beiden zusammenpassenden Teile der Einspannklemme und

Fig. 7 eine Seitenansicht des anderen Teils der Ein-

spannklemme in Fig. 6 und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Prüflings,

der in den Klemmbacken einer Prüfmaschine eingespannt ist.

j Das nachfolgend beschriebene Verfahren stellt eine bevorzugte j Ausführungsform der Bearbeitung eines Prüflings dar_f der praktisch ohne jegliche Fehler ist und fehlerfreie Kanten aufweist, ! d.h., dessen Kanten keine für das bloße Auge erkennbare Fehler besitzen.

Eine aus einer Metallfolie bestehende Probe aus beispielsweise 21-6-9 rostfreiem Strahl mit einer Dicke von weniger als 0,127 mm wird auf einen Prüfling von 15,875 χ 254 mm zurechtgeschnitten. Mit der gleichen Einstellung wird eine aus Aluminium bestehende Unterlegfolie mit einer Dicke von etwa 0,254 bis 0,381 mm auf eine Breite von 15,875 mm zurechtgeschnitten. Der Schnitt sollte sauber und einwandfrei sein, d.h. keine Knicke und Einbiegungen aufweisen und die Unterlegfolie und die Prüflinge sollten eine identische Form haben, so daß sie sich exakt übereinander stapeln lassen. Die Prüflinge und die Unterlegfolien werden dann miteinander abwechselnd in der Weise aufgestapelt, daß die Unterlegfolien jeweils außen liegen. Der Stapel wird dann in eine Einspannvorrichtung einer Bearbeitungsmaschine vom Typ "Tensilekut" eingespannt und die einzelnen Teile des Stapels werden nach einer Kante zu parallel ausgerichtet und die zum Festhalten dienende Schraube wird angezogen. Mit Hilfe dieser Bearbeitungsmaschine wird der Prüfling bis auf die gewünschte Breite in ganz kleinen Schritten von nicht mehr

509883/0294

als 0,0127 mm je Durchlauf oder Arbeitsgang abgefräst. Bei Annäherung an die endgültigen Abmessungen wird der Vorschub auf O,O762 mm verringert und der Prüfling wird durch Gleichlauf- ! fräsen so bearbeitet, daß eine sehr glatte Kante entsteht. Bei diesem Verfahren läßt man den Prüfling etwas dicker, so daß anschließend während der folgenden maschinellen Nachbearbeitung ! noch etwas Material abgetragen werden kann. Im allgemeinen reichen dazu etwa 12,827 bis 12,9 mm aus. Die Packung wird dann ' aus der Einspannvorrichtung herausgenommen und der Prüfling von der Unterlegscheiben getrennt. Die Unterlegstücke werden weggeworfen und die Kante des Prüflings kann von Hand nachpoliert werden oder in einer Trommel abgeschmirgelt werden. Es ist dabei notwendig, daß bei dieser Operation jeweils mit ununterbrochenem, vollständigem Hub gearbeitet wird, daß die durch die Einspannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine vorgegebene äußere Form erhalten bleibt und ein Unterschneiden der Kanten durch ungleichförmiges Polieren vermieden wird. Meistens reichen ein oder zwei Durchäufe aus, um die Bearbeitungsspuren zu entfer- : nen.

Die Nachbearbeitung wird dann durch Polieren von Hand mit einem mit Polierrot getränkten Tuch durchgeführt. Meistens genügt es, einige wenige Male mit dem Poliertuch über die Kanten zu fahren, damit die Kanten völlig frei von Graten, Knicken oder anderen Fehlern sind. Die Abmessungen werden dann festgestellt, und es wird eine 50,8 mm Meßmarke angebracht.

Die genaue Ausrichtung des Prüflings unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nunmehr anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine kastenartige Ausrichtvorrichtung 1 gezeigt, die eine Grundplatte 3 und zwei sich daran anschließende, auf der Grundplatte senkrechte stehende Seitenwände 5 und 7 aufweist. An den Enden der Ausrichtvorrichtung sind Einspannklemmen 9 und 11 mittels Schrauben 13 und 15 befestigt. Für die

509883/0294

Ausrichtung des Prüflings 8 ist die Vorrichtung 1 mit einem aus Fig. 2 erkennbaren Bauteil 17 ausgestattet, das auf dem Boden der Ausrichtvorrichtung 1 zwischen den Einspannklemmen 9 und 11 angeordnet ist.

Die Fign. 3 bis 5 zeigen die Einspannklemmen gemäß der Erfindung im einzelnen. Jede Einspannklemme besteht aus einem Unterteil 19, das aus einer rechtwinkligen Grundplatte 21 und zwei damit aus einem Stück bestehenden, sich daran anschließenden Seitenwänden 23 und 25 besteht. Auf den oberen Seiten der Seitenwände 23 und 25 liegt ein Oberteil 27, das mit dem Hauptteil durch Schrauben 32 und 33 fest verbunden ist. Somit bilden also Hauptteil 19 und Oberteil 27 eine Einheit mit einem davon umschlossenen Hohlraum 35 mit einer Auflagefläche 37, auf der der Prüfling aufgelegt wird. Die Auflagefläche 37 innerhalb des Hohlraumes 35 liegt im allgemeinen im wesentlichen in der Mitte zwischen Oberseite und Unterseite der Einspannklemme, Oberhalb der Auflagefläche 37 befindet sich eine starre Druckplatte 39, so daß eine schlitzförmige Öffnung 41 für das Einschieben eines Endes des Prüflings entsteht. Oberhalb der Druckplatte 39 ist eine biegsame Druckplatte 31 angeordnet. Durch das Oberteil 27 eine Stellschraube 43 mit Innensechskant, die der Betätigung der biegsamen Druckplatte 31 und der starren Druckplatte 39 dient. Auf einer Seite des Unterteils 19 und des Oberteils 27 erstreckt sich eine keilförmige Nut 45, die den Schlitz 41 schneidet, sich senkrecht zu beiden Seiten des Schlitzes erstreckt und der Aufnahme eines entsprechenden Bauteils dient.

Fign, 6 und 7 beschreiben eine Halterung für die Einspannklemme mit einer messerartigen Schneide, die mit der oben beschriebenen Nut zusammenwirkt. Die Einspannbacken der Fign. 6 und 7 be- j stehen aus einem Heft 47 und einer damit einstückigen gabelartigen, mit zwei Zinken versehenen Halterung 49, Die Enden oder Zinken 51 und 53 der gabelförmigen Halterung 49 weisen nach innen ragende Zapfen 55 und 57 auf, die beide messerartige Kanten

509883/0294

59 und 61 besitzen_f die in einer gemeinsamen Ebene liegen. Der Abstand zwischen den Zapfen 55 und 57 ist etwas geringer, als
der Abstand zwischen den Seiten der Einspannklemmen 9 und 11
quer zur flachen Ebene des Prüflings. Die messerartigen Kanten 59 und 61 arbeiten mit den keilförmigen Nuten 45 auf jeder
Seite und mit gleichem Abstand von dem Prüfling zusammen, wenn dessen Enden in den Schlitz 41 eingesetzt sind.

Im Betrieb werden die Einspannklemmen 9 und 11 zunächst an den beiden Enden der kastenartigen Ausrichtvorrichtung 1 eingesetzt und durch Schrauben 13 bis 15 festgelegt. Ein Prüfling, der
auf seine Zugspannungsfestigkeit geprüft werden soll und dessen Kanten, wie oben beschrieben, fehlerfrei gemacht worden sind,
wird dann auf das eingebaute Ausrichtteil 17 der kastenartigen Ausrichtvorrichtung 1 aufgelegt und in die entsprechenden
Schlitze 41 der Einspannklemmen 9 bzw, 11 eingeschoben. Die
Schraube 43 der jeweiligen Einspannklemmen 9 und 11 wird so
angezogen, daß die biegsame Druckplatte 41 ergriffen wird, die wiederum auf die starre Druckplatte 39 einwirkt und damit die
Enden des Prüflings fest mit den Einspannklemmen 9 und 11 verbindet. Die Schrauben 13 und 15 werden dann gelöst und der
Prüfling wird zusammen mit den Einspannklemmen 9 und 11 herausgenommen und in den Halterungen 49 eingesetzt und durch Schrauben 67 daran befestigt. Die Halterungen 49 waren zuvor miteinander ausgerichtet und einander gegenüberliegend in den Backen 63 und 65 einer Zugspannungsprüfmaschine (nicht gezeigt) eingespannt worden, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Ist der
Prüfling auf diese Weise eingespannt, dann bewirken die messerartigen Kanten 59 und 61 und die damit zusammenwirkenden
Nuten 45 eine sofortige, gleichförmige Verteilung der Zugspannung beim Anlegen Belastung über den gesamten Bereich des
Prüflings mit verringerten Abmessungen.

Vorzugsweise wird zunächst «in« kleine Vorlast von etwa 1 bis
2 1/2 kg angelegt und dl« Ausrichtung nochmals überprüft. Wird ein« Fehlausrichtung festgestellt, dann wird der Prüfling noch-

609893/0294

mais ausgerichtet. Ist der Prüfling zufriedenstellend eingespannt und steht unter einer Vorlast, dann werden die Feststellschrauben in den Gabelkopfhalterungen, die in die Backen der Prüfmaschine passen, gegen die den Prüfling ergreifenden Einspannklemmen angezogen, so daß für die gesamte Prüfung auf Zugfestigkeit die richtige Ausrichtung des Prüflings erhalten bleibt. Anschließend wird ein Dehnungsmeßgerät angeschlossen. Dabei muß wiederum sehr sorgfältig darauf geachtet werden, daß jeder Schaden an den Kanten des Prüflings vermieden wird. Anschließend wird der Prüfling mit einer Geschwindigkeit von 0,127 mm je min gereckt. Die Prüflinge sollten dabei etwa im mittleren Drittel der Meßstrecke reißen. Jegliche Abweichung von diesem Muster sollte mit besonderer Vorsicht betrachtet werden, insbesondere dann, wenn die Werte gering sind. Zum Schluß werden dann die Ergebnisse berechnet.

S09883/Q294

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Ausrichtvorrichtung mit darin angeordneten, abnehmbaren, der Aufnahme einer auf seine Zugfestigkeit zu prüfenden Metallfolie dienenden Einspannklemmen, die in eine Zugspannungs-Prüfmaschine einspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine kastenartige Vorrichtung (1) mit einem Boden (3) und daran anschließenden Seitenwänden an ihren Enden abnehmbare Einspannklemmen (9, 11) enthält, die über Klemmvorrichtungen (13, 15) festlegbar sind, die der Aufnahme der Enden eines Prüflings dienen und dabei den Prüfling parallel zu den Seitenwänden (3, 5) der Vorrichtung (1) ausrichten, und daß jede der Einspannklemme in der dem Prüfling zugewandten und auf der Ebene des Prüflings (8) senkrecht stehenden Ebene ein Ausrichtmittel (45) enthält, das parallel zu den Seiten der Einspannklemmen (9, 11) verläuft.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Eispannklemme (9, 11) einen zur Aufnahme des Prüflings bestimmten Schlitz (41) aufweist,

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einspannklemme (9, 11) aus einem Unterteil (19) mit einer Grundplatte (21) und zwei Seitenwänden (23, 25) und einem Oberteil (27) besteht, die einen zum der Aufnahme der Endabschnitte des Prüflings (8) dienenden Schlitz (41) bilden und daß dem Oberteil (27) Mittel (31, 39) zum Festlegen des Prüflings zugeordnet sind.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einspannklemme (9, 11) im Innenraum (35) eine biegsame Druckplatte (31) über einer starren Druckplatte

(39) sowie eine Feststellschraube (43) im Oberteil (27)

509883/0294

aufweist, mit deren Hilfe die Druckplatten (31, 39) gegen die Endabschnitte des Prüflings anpreßbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einspannklemme als Teil des Ausrichtmittels eine senkrecht zu dem der Aufnahme des Prüflings (8) dienenden Schlitz (41) sich erstrekcende, und zu beiden Seiten des Schlitzes liegende Nut (45) aufweist,

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf jeder Einspannklemme vorgesehene Nut (45) mit einem oder mehreren komplementär geformten Ausrichtteilen (55, 57_f 59, 61) von Halterungen (47-53) zusammenwirkt.

7. Verfahren für die Zerreißprüfung von aus dünnen metallischen Folien bestehenden Proben, die in den Klemmbacken eine Zugspannungsprüfmaschine eingespannt und bis zum Zerreißen einer ständig zunehmenden Zugspannung ausgesetzt werden, unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst vor dem Einspannen die Seitenkanten des Prüflings sorgfältig derart bearbeitet werden, daß die Seitenkanten parallel und fehlerfrei sind, daß anschließend der so bearbeitete Prüfling zwischen den Einspannklemmen ausgerichtet und nach Ausrichtung an seinen Endabschnitten mit den Einspannklemmen fest verbunden wird und daß anschließend für eine Ausrichtung in einer Ebene senkrecht zur Hauptebene des Prüflings die Ausrichtnut jeder Einspannklemme auf die entsprechende komplementär geformte Kante der Einspannhalterung der Zugspannungsprüfmaschine aufgesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Prüflings mit einem Vorschub von weniger als 0,127 mm je Hub und beim Annähern an die Endmaße

509883/0294

mit einem Vorschub von weniger als 0,0762 ram je Arbeitshub bearbeitet werden, und daß die Endmaße nach Beendigung der maschinellen Bearbeitung kurz vor dem Erreichen der Endmaße durch Polieren erzielt werden.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausrichten des bearbeiteten Prüflings die Einspannklemmen an den Enden der kastenartigen Ausrichtvorrichtung eingesetzt und mit dieser fest verbunden werden, daß anschließend der Prüfling parallel zu den Seitenwänden der Ausrichtvorrichtung zwischen den Einspannklemmen ausgerichtet und mit diesen fest verbunden wird und daß anschließend die Einspannklemmen mit dem Prüfling aus der Ausrichtvorrichtung entnommen und an den Einspannhalterungen der Zugspannungsprüfmaschine befestigt werden,

509883/0294