RU2226682C2

RU2226682C2 - Process testing sheet materials for tension

Info

Publication number: RU2226682C2
Application number: RU2002114369/28A
Authority: RU
Inventors: М.Ф. Томилов; Ф.Х. Томилов
Original assignee: Воронежский государственный технический университет
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-04-10
Also published as: RU2002114369A

Abstract

FIELD: testing equipment, determination of characteristics of mechanical properties of sheet materials under conditions of plane deformation. SUBSTANCE: process of tensile testing of sheet materials consists in loading of specimen of rectangular shape with punch force perpendicular to plane of specimen. Elastic insert showing length equal to 0.8 width of working part of specimen and width half as large as its length is placed in central zone of specimen prior to loading. Thereafter specimen is loaded to destruction with elastic punch in rigid skit matrix. Then thickness of working part of specimen near formed crack is measured and on this basis value of ultimate ductility of material of specimen is computed. EFFECT: increased accuracy of tests due to exclusion of deformation along width of working part of specimen. 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях плоской деформации в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.The invention relates to testing equipment and can be used to determine the characteristics of the mechanical properties of sheet materials under conditions of flat deformation in mechanical engineering, automotive, aircraft and other industries.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ испытания листовых материалов на растяжение, представленный в авторском свидетельстве [1].Closest to the proposed technical solution is a method of testing sheet materials for tension, presented in the copyright certificate [1].

В данном способе образец прямоугольной формы закрепляют по двум противоположным кромкам по всей его ширине и нагружают вдоль кромок усилием, перпендикулярным плоскости образца, которое прикладывают с помощью пуансона по двум равноотстоящим от зажимных кромок линиям протяженностью 0,85-0,9 ширины образца.In this method, a rectangular-shaped sample is fixed along two opposite edges along its entire width and loaded along the edges with a force perpendicular to the plane of the sample, which is applied using a punch along two lines with a length of 0.85-0.9 width of the sample equally spaced from the clamping edges.

Недостатком известного технического решения является невысокая точность проведения испытаний листовых материалов на растяжение в условиях плоской деформации, обусловленная деформацией образца происходящей по его ширине, так как вследствие недостаточности сил трения в зоне контакта образца и жесткого пуансона отбортовки образца, возникающие по всей длине рабочей части и ограничивающие деформацию образца по ширине, образуются только при развитых пластических деформациях.A disadvantage of the known technical solution is the low accuracy of tensile testing of sheet materials under conditions of flat deformation, due to the deformation of the sample occurring along its width, since due to the lack of friction in the contact zone of the sample and the rigid punch of the sample flange, which occur along the entire length of the working part and limit deformation of the sample in width; they are formed only with developed plastic deformations.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности испытания путем исключения деформации по ширине рабочей части образца.The claimed technical solution is aimed at improving the accuracy of the test by eliminating deformation across the width of the working part of the sample.

Это достигается тем, что в способе испытания листовых материалов на растяжение, согласно изобретению, для исключения деформации по ширине рабочей части образец нагружают в жесткой щелевой матрице эластичным пуансоном через расположенный в центральной зоне образца эластичный вкладыш, имеющий длину, равную 0,8 ширины рабочей части образца, и ширину, вдвое меньшую ее длины.This is achieved by the fact that in the method for testing sheet materials according to the invention, in order to prevent deformation along the width of the working part, the sample is loaded in a rigid slot matrix with an elastic punch through an elastic insert located in the central zone of the sample, having a length equal to 0.8 of the width of the working part sample, and a width half its length.

На фиг.1 приведена схема испытания: слева от оси симметрии исходное положение образца перед испытанием, справа - положение образца после испытания; на фиг.2 представлен исходный образец с размещенным на нем эластичным вкладышем.Figure 1 shows the test setup: to the left of the axis of symmetry the initial position of the sample before the test, to the right - the position of the sample after the test; figure 2 presents the original sample with an elastic liner placed on it.

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают образец 1 (фиг.1), имеющий прямоугольную форму и ослабление на рабочей части. До начала испытаний измеряют толщину t₀ рабочей части образца. Затем в центральной зоне образца 1 располагают эластичный вкладыш 2 (фиг.2). После этого образец 1 с размещенным на нем эластичным вкладышем 2 устанавливают на зеркало жесткой щелевой матрицы 3. С целью уменьшения сил трения между образцом и матрицей размещают полиэтиленовую пленку толщиной 0,1 мм. Между эластичным пуансоном 4, помещенным в контейнер 5, и образцом 1 по обоим его концам в зонах зажимной и переходной частей располагают накладки 6 из пластичного антифрикционного материала, которые блокируют деформацию образца за пределами его рабочей части. К контейнеру 5 прикладывают усилие пресса и производят нагружение образца 1 до разрушения. В силу того, что длина эластичного вкладыша составляет 0,8 ширины рабочей части образца, а ширина вкладыша вдвое меньше ее длины, с самого начала нагружения образуются локальные отбортовки краев образца, расположенных вне зоны контакта с эластичным вкладышем. Возникшие отбортовки блокируют деформацию по ширине рабочей части образца. Таким образом, в области контакта образца с эластичным вкладышем происходит деформация только по длине и толщине образца, то есть реализуется плоское деформированное состояние.The method is as follows. Sample 1 (Fig. 1) having a rectangular shape and attenuation on the working part is made from the test material. Before testing, measure the thickness t _{0 of the} working part of the sample. Then in the Central zone of the sample 1 have an elastic liner 2 (figure 2). After that, the sample 1 with the elastic insert 2 placed on it is mounted on the mirror of the rigid slot matrix 3. In order to reduce the friction forces between the sample and the matrix, a 0.1 mm thick plastic film is placed. Between the elastic punch 4, placed in the container 5, and the sample 1 at both ends in the zones of the clamping and transitional parts are placed plates 6 of plastic antifriction material, which block the deformation of the sample outside its working part. A press force is applied to the container 5 and the sample 1 is loaded until fracture. Due to the fact that the length of the elastic insert is 0.8 times the width of the working part of the sample, and the width of the insert is half its length, local flanging of the edges of the sample located outside the contact zone with the elastic insert is formed from the very beginning of loading. The resulting flanges block deformation across the width of the working part of the sample. Thus, in the region of contact of the sample with the elastic insert, deformation occurs only along the length and thickness of the sample, i.e., a plane deformed state is realized.

Так как эластичный вкладыш перекрывает не всю рабочую часть образца, то в начальный момент испытания происходит локальное приложение давления только в той зоне рабочей части образца, которая находится в контакте с эластичным вкладышем. При этом в центральной зоне рабочей части образца происходит преднамеренное утонение, что обеспечивает разрушения образца в центре его рабочей части и исключает разрушение за ее пределами.Since the elastic insert does not overlap the entire working part of the sample, at the initial moment of testing, local application of pressure occurs only in that area of the working part of the sample that is in contact with the elastic insert. At the same time, deliberate thinning occurs in the central zone of the working part of the sample, which ensures the destruction of the sample in the center of its working part and excludes destruction outside it.

За счет применения в качестве материала вкладыша эластичной среды при испытании обеспечивается высокая равномерность распределения давления в очаге деформации и тем самым в зоне контакта эластичного вкладыша и образца образуется достаточно протяженная область, в пределах которой реализуется однородное плоское деформированное состояние.Due to the use of an elastic medium as a liner material during testing, a high uniformity of the pressure distribution in the deformation zone is ensured, and thus a sufficiently extended region is formed in the contact zone of the elastic liner and the sample, within which a uniform flat deformed state is realized.

Таким образом, использование эластичного вкладыша для передачи деформирующего усилия со стороны эластичного пуансона на образец позволяет обеспечить направленное воздействие эластичной среды на образец с целью исключения деформации по ширине рабочей части и создает возможность активизации процесса пластического деформирования центральной зоны рабочей части образца, по которой в дальнейшем происходит разрушение.Thus, the use of an elastic liner to transfer the deforming force from the side of the elastic punch to the sample allows one to provide a directed action of the elastic medium on the sample in order to prevent deformation along the width of the working part and creates the possibility of activating the process of plastic deformation of the central zone of the working part of the sample, which subsequently occurs destruction.

Применение при испытании эластичного пуансона позволяет обеспечить в процессе нагружения прижим образца к зеркалу матрицы по всему его контуру, при этом по ходу деформирования усилие прижима увеличивается.The use of an elastic punch during testing allows the sample to be clamped to the matrix mirror throughout the entire contour during loading, while the pressure increases during deformation.

После испытания образец 1 извлекают из матрицы 3, измеряют толщину t его рабочей части вблизи образовавшейся трещины и рассчитывают величину предельной пластичности ε_пр по формулеAfter the test, the sample 1 is removed from the matrix 3, the thickness t of its working part is measured near the formed crack, and the ultimate ductility ε _{pr is} calculated by the formula

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность определения характеристик механических свойств листовых материалов в условиях плоской деформации.The implementation of the proposed method will allow, in comparison with the known technical solution, to increase the accuracy and reliability of determining the characteristics of the mechanical properties of sheet materials under conditions of plane deformation.

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

Испытание образцов листовых материалов на растяжение в условиях плоской деформации осуществляли на стандартной испытательной машине ГМС-50. Испытаниям подвергали три широких плоских образца длиной 180 мм, шириной 200 мм и толщиной 1,5 мм, изготовленных из алюминиевого сплава Д16АМ. Рабочая часть образцов имела ширину 140 мм и длину 50 мм. В качестве эластичной среды для пуансона и вкладыша при испытаниях использовали технологическую резину марки 3826. Эластичный вкладыш имел длину 112 мм и ширину 25 мм.Testing of samples of sheet materials in tension under conditions of plane deformation was carried out on a standard testing machine GMS-50. Three wide flat samples of 180 mm long, 200 mm wide and 1.5 mm thick made of D16AM aluminum alloy were tested. The working part of the samples had a width of 140 mm and a length of 50 mm. During the tests, technological rubber grade 3826 was used as an elastic medium for the punch and liner. The elastic liner was 112 mm long and 25 mm wide.

Нагружение образцов до разрушения производили в экспериментальном штампе с шириной рабочей части канала жесткой щелевой матрицы, равной 55 мм.Loading of the samples to failure was carried out in an experimental stamp with a working section width of the channel of a rigid slot matrix equal to 55 mm.

Для проверки реализации на рабочей части образца, находящейся при испытании в контакте с эластичным вкладышем, условий однородной плоской деформации после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на образец фотоконтактным способом делительной сетке из системы пересекающихся окружностей диаметром d=2,6 мм. С этой целью на универсальном микроскопе УИМ-22 с точностью ±0,001 мм по обе стороны от образовавшейся трещины (по нормали к ней) измеряли наибольший а и наименьший b размеры ячеек деформированной делительной сетки. Измерение начинали с ближайшей к трещине целой ячейки, соседней с ячейкой рассеченной возникшей трещиной. Главные деформации в плоскости листа рассчитывали по формуламIn order to verify the realization of the conditions of uniform flat deformation on the working part of the sample, which was tested in contact with the elastic insert, after the test, the strains were determined by preliminarily applied to the sample photocontact method of a dividing grid from a system of intersecting circles with a diameter of d = 2.6 mm. For this purpose, with the UIM-22 universal microscope, the largest a and smallest b cell sizes of the deformed dividing grid were measured with an accuracy of ± 0.001 mm on both sides of the crack formed (normal to it). Measurement began with the whole cell closest to the crack adjacent to the cell dissected by the crack. The main deformations in the plane of the sheet were calculated using the formulas

По установленным значениям главных деформаций определяли параметр вида деформированного состояния α=ε₂/ε₁.Using the established values of the principal strains, we determined the parameter of the form of the deformed state α = ε ₂ / ε ₁ .

Для каждого из испытанных образцов практически на всей длине рабочей части, контактировавшей при испытании с эластичным вкладышем, параметр α оставался примерно постоянным, а его величина не превышала 0,05, что свидетельствовало о том, что в исследованной зоне обеспечиваются условия, приближенные к однородной плоской деформации.For each of the tested samples, the parameter α remained approximately constant over almost the entire length of the working part that was in contact with the elastic liner during the test, and its value did not exceed 0.05, which indicated that conditions close to a uniform flat deformation.

Разрушение каждого из трех испытанных образцов происходило по центру рабочей части путем образования трещины, ориентированной по нормали к продольной оси образца, что также подтверждало, что при испытании реализуются условия однородной плоской деформации.The destruction of each of the three tested samples occurred in the center of the working part by the formation of a crack oriented normal to the longitudinal axis of the sample, which also confirmed that during the test the conditions of uniform flat deformation are realized.

Предельная пластичность материала ε_пр равна интенсивности деформации ε_i, накопленной ко моменту разрушения. В случае плоской деформации ε₂=0 и тогдаThe ultimate plasticity of the material ε _pr is equal to the strain intensity ε _i accumulated at the time of fracture. In the case of plane deformation ε ₂ = 0 and then

Из условия пластической несжимаемости материала следует, чтоFrom the condition of plastic incompressibility of the material it follows that

где ε₃=ln(t/t₀) - третья главная деформация. Из сопоставления соотношений (2) и (3) следует, что предельная пластичностьwhere ε ₃ = ln (t / t ₀ ) is the third principal deformation. From a comparison of relations (2) and (3) it follows that the ultimate ductility

Для установления предельной пластичности на рабочей части каждого из испытанных образцов измеряли толщину t вблизи места разрыва.To establish the ultimate ductility on the working part of each of the tested samples, the thickness t was measured near the rupture site.

Независимое определение предельной пластичности ε_пр методом делительных сеток (расчет по формуле (2)) и по результатам измерения толщины рабочей части образца до и после испытания (расчет по формуле (4) дало практически одинаковые значения предельной пластичности, а ее значение, усредненное по результатам испытания трех образцов, оказалось равным 0,23.Independent determination of ultimate ductility ε _pr by the method of dividing grids (calculation by formula (2)) and by measuring the thickness of the working part of the sample before and after testing (calculation by formula (4) gave almost the same values of ultimate ductility, and its value averaged according to the results testing of three samples turned out to be 0.23.

Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа испытания листовых материалов на растяжение.Thus, the presented experimental data allow us to conclude that it is possible to implement, with a sufficient degree of accuracy, the proposed method for tensile testing of sheet materials.

Предлагаемый способ позволяет определить с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств листовых материалов при растяжении в условиях однородной плоской деформации. Предлагаемый способ может быть использован, в частности, для установления предельной устойчивой деформации и предельной пластичности листового материала при растяжении в условиях плоской деформации, необходимых для построения диаграмм предельной формуемости материала и используемых при проектировании технологических процессов обработки металлов давлением. Использование предлагаемого способа испытания позволит определять необходимые характеристики механических свойств листовых материалов, применяемых в различных отраслях промышленности, путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий и НИИ.The proposed method allows to determine with high accuracy and reliability the characteristics of the mechanical properties of sheet materials under tension under conditions of uniform flat deformation. The proposed method can be used, in particular, to establish the ultimate stable deformation and ultimate ductility of sheet material under tension under conditions of flat deformation, which are necessary for constructing diagrams of ultimate formability of the material and used in the design of technological processes for metal forming. Using the proposed test method will determine the necessary characteristics of the mechanical properties of sheet materials used in various industries, by conducting tests in the mechanical laboratories of industrial enterprises and research institutes.

Источник информацииSourse of information

1. Авт. св. СССР 1499162, кл. G 01 N 3/28, 07.08.1989, БИ № 29.1. Auth. St. USSR 1499162, class G 01 N 3/28, 08/07/1989, BI No. 29.

Claims

A method for tensile testing of sheet materials, in which a rectangular-shaped sample is loaded with a punch by a force perpendicular to the plane of the sample, characterized in that before loading in the central zone of the sample an elastic liner is placed having a length equal to 0.8 times the width of the working part of the sample and doubled shorter than its length, after which the sample is loaded to fracture with an elastic punch in a rigid slot matrix, the thickness of the working part of the sample is measured near the crack formed, on the basis of which rank limit plasticity of the sample material.