RU2527139C1 - Experimental determination of plastic strain parameters at machining of metals - Google Patents

Experimental determination of plastic strain parameters at machining of metals Download PDF

Info

Publication number
RU2527139C1
RU2527139C1 RU2013108959/28A RU2013108959A RU2527139C1 RU 2527139 C1 RU2527139 C1 RU 2527139C1 RU 2013108959/28 A RU2013108959/28 A RU 2013108959/28A RU 2013108959 A RU2013108959 A RU 2013108959A RU 2527139 C1 RU2527139 C1 RU 2527139C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parameters
points
coordinate
plastic strain
plastic deformation
Prior art date
Application number
RU2013108959/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013108959A (en
Inventor
Нина Александровна Ярославцева
Виктор Михайлович Ярославцев
Николай Григорьевич Назаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2013108959/28A priority Critical patent/RU2527139C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2527139C1 publication Critical patent/RU2527139C1/en
Publication of RU2013108959A publication Critical patent/RU2013108959A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: coordinate marks are applied on specimen surface by pressing the tool there against, tool hardness exceeding that of the part material. Said tool represents an etching with sharp protruding elements shaped to tetrahedral pyramid that make a preset system of coordinate (reference) points. The latter are the points of intersection of analysed specimen with faces on indenter. Produced recesses are filled with non-solidifying luminescent dye not losing its properties at plastic strain. Now, said specimen is subjected to machining. Then, parameters of grating changed pattern are measured to calculate the plastic strain parameters.
EFFECT: higher pattern quality and accuracy of metal plastic strain parameter measurement.
3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения деформированного состояния обрабатываемого материала в зоне пластического деформирования при механической обработке с помощью делительных сеток.The invention relates to mechanical engineering and can be used to study the deformed state of the processed material in the zone of plastic deformation during machining using dividing nets.

Уровень техникиState of the art

Известны способы исследования деформированного состояния материала с помощью делительных сеток, позволяющие получать наиболее полную информацию о процессе деформации (Гольдшмидт М.Г. Деформации и напряжения при резании металлов. - Томск: STT, 2001, - 180 с.). На первом этапе из образца исследуемого материала изготавливают шлиф, затем на полированной поверхности образца наносят с определенным шагом делительную сетку. После чего подготовленный образец подвергают энергетическому воздействию обработкой давлением или обработкой резанием и измеряют геометрические параметры измененного рисунка сетки, по которым определяют параметры пластической деформации образца. Сетку наносят царапанием, а также вдавливанием в поверхность образца конического индентора. Недостатком таких способов является недостаточная (неудовлетворительная) точность определения параметров деформированного состояния образца при больших пластических деформациях, особенно при высоких степенях пластического деформирования, например резании с предварительным пластическом деформированием (ППД) и т.п.Known methods for studying the deformed state of a material using dividing grids, allowing to obtain the most complete information about the deformation process (Goldschmidt MG. Deformations and stresses when cutting metals. - Tomsk: STT, 2001, - 180 p.). At the first stage, a thin section is made from a sample of the studied material, then a dividing grid is applied with a certain step on the polished surface of the sample. After that, the prepared sample is subjected to energy treatment by pressure or cutting and the geometric parameters of the modified mesh pattern are measured, which determine the plastic deformation of the sample. The grid is applied by scratching, as well as by pressing a conical indenter into the surface of the sample. The disadvantage of such methods is the insufficient (unsatisfactory) accuracy of determining the parameters of the deformed state of the sample during large plastic deformations, especially at high degrees of plastic deformation, for example, cutting with preliminary plastic deformation (PPD), etc.

Наиболее близким техническим решением является способ экспериментального определения параметров пластической деформации при резании металлов с использованием способа получения координатной сетки, включающего нанесение системы координатных меток на поверхности образца путем прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала образца, в качестве инструмента используют металлическое клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных точек (Патент РФ №2466813, МПК B21D 22/02, G01N 1/28 опубл. 27.05.2011 г.). Основным недостатком этого способа является то, что достаточно достоверные результаты определения параметров пластической деформации достигаются при относительно небольших степенях пластической деформации, когда различимы координатные (реперные) метки сетки, т.е. границы углублений, после осуществления процесса пластического деформирования. С увеличением степени пластической деформации границы меток, их расположения становятся все более неопределенными в связи с деформационным изменением структуры материала (образованием текстуры) на поверхности образца, в которой углубления нанесенной сетки становятся практически неразличимыми, сливаясь с рисунком текстуры. В этом случае ухудшается качество наглядной картины поля деформации и, соответственно, возможность провести на ней точные измерения.The closest technical solution is a method for experimentally determining the parameters of plastic deformation during metal cutting using a coordinate grid method, which includes applying a coordinate marking system on a sample surface by pressing an instrument whose hardness exceeds the hardness of the sample material, using a metal cliché with sharp protruding elements in the form of tetrahedral pyramids forming a given system of ordinate points (RF Patent No. 2466813, IPC B21D 22/02, G01N 1/28 publ. 05/27/2011). The main disadvantage of this method is that sufficiently reliable results of determining the parameters of plastic deformation are achieved at relatively small degrees of plastic deformation, when the coordinate (reference) grid labels are distinguishable, i.e. the boundaries of the recesses after the process of plastic deformation. With an increase in the degree of plastic deformation of the border of the marks, their locations become more uncertain due to the deformational change in the structure of the material (texture formation) on the surface of the sample, in which the recesses of the deposited mesh become almost indistinguishable, merging with the texture pattern. In this case, the quality of the visual picture of the deformation field and, accordingly, the ability to make accurate measurements on it are deteriorating.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является повышение качества картины поля деформации и увеличение точности измерения параметров пластического деформирования материала образца за счет более точного определения расположения меток сетки.The objective of the invention is to improve the quality of the picture of the deformation field and increase the accuracy of measuring the parameters of plastic deformation of the material of the sample due to a more accurate determination of the location of the grid marks.

Задача решается за счет того, что в способе экспериментального определения параметров пластической деформации при механической обработке металлов, включающем нанесение системы координатных (реперных) меток на поверхности образца с помощью прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали, в качестве инструмента используют клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных (реперных) точек, образованные углубления заполняют нетвердеющей люминесцентной краской, сохраняющей свои свойства при пластическом деформировании, после чего производят механическую обработку образца, а затем измеряют параметры измененного рисунка сетки, по которым вычисляют параметры пластического деформирования.The problem is solved due to the fact that in the method of experimental determination of the parameters of plastic deformation during the machining of metals, which includes applying a system of coordinate (reference) marks on the surface of the sample by pressing a tool on this surface, the hardness of which exceeds the hardness of the material of the part, use a cliche with sharp protruding elements in the form of tetrahedral pyramids, forming a given system of coordinate (reference) points, formed recesses with suppl non-solidifying fluorescent paint retain their properties under plastic deformation, whereupon mechanical treating a sample and then measure the changed parameters mesh pattern by which parameters of plastic deformation was calculated.

Перечень фигурList of figures

На фиг.1 показана микрофотография деформированного состояния прямоугольной делительной сетки в корнях стружки (увеличение х487) при резании стали 40ХСШ (резание с ППД).Figure 1 shows a photomicrograph of the deformed state of a rectangular dividing grid in the roots of the chips (x487 magnification) when cutting 40KhSSh steel (cutting with PPD).

На фиг.2 показана микрофотография деформированного состояния прямоугольной делительной сетки в корнях стружки (х487) при резании стали 12Х18Н9Т (резание).Figure 2 shows a micrograph of the deformed state of a rectangular dividing grid in the roots of the chips (x487) when cutting steel 12X18H9T (cutting).

На фиг.3 показана микрофотография деформированного состояния прямоугольной делительной сетки в корнях стружки (х487) при резании стали 12Х18Н9Т (резание с ППД).Figure 3 shows a micrograph of the deformed state of a rectangular dividing grid in the roots of the chips (x487) when cutting steel 12X18H9T (cutting with PPD).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Осуществление изобретения проводят в несколько этапов:The implementation of the invention is carried out in several stages:

1. Изготовление шлифов из образцов исследуемых материалов толщиной 3 мм.1. Production of thin sections from samples of studied materials with a thickness of 3 mm.

2. Разметка способом царапания микрокоординатной делительной сетки на полированной поверхности образцов, шаг сетки 0,05 мм.2. Marking by the method of scratching the micro-coordinate dividing grid on the polished surface of the samples, the grid spacing is 0.05 mm.

3. Накернивание углублений в углах ячеек сетки с помощью индентора микротвердомера ПМТ-3, сторона квадрата углубления около 12 мкм и образование таким образом системы координатных (реперных) точек, являющихся точками пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора.3. Indentation of the recesses in the corners of the grid cells using an indenter of the PMT-3 microhardness tester, the side of the square of the recess is about 12 μm and the formation of a system of coordinate (reference) points that are the points of intersection of the plane of the test sample with the faces of the indenter.

4. Заполнение углублений люминесцентной краской ФЛК-01 путем нанесения кистью и снятие излишков краски эластичным шпателем непосредственно перед проведением исследования, не допуская высыхания краски (процесс высыхания около 2 часов).4. Filling the recesses with the FLK-01 luminescent paint by brushing and removing excess paint with an elastic spatula immediately before the study, preventing the paint from drying out (drying process for about 2 hours).

5. Проведение процесса механической обработки, в частности резания. При резании с ППД в зоне перед резцом устанавливают накатной деформирующий ролик. Элементы режима резания, материал и геометрические параметры режущего инструмента выбирают в соответствии с принятыми нормативами.5. Carrying out the machining process, in particular cutting. When cutting with PPD in the area in front of the cutter, a rolling deformation roller is installed. Elements of the cutting mode, material and geometric parameters of the cutting tool are selected in accordance with accepted standards.

6. Получение картины измененной сетки с помощью приспособления для мгновенного фиксирования процесса резания (устройство мгновенного останова), или с помощью высокоскоростной микрофото- и микровидеосъемки (с помощью микроскопа).6. Obtaining a picture of the changed grid using a device for instantly fixing the cutting process (instant stop device), or using high-speed microphotography and micro-video shooting (using a microscope).

7. Измерение геометрических элементов измененного рисунка сетки и определение на этой основе расчетным путем параметров пластической деформации исследуемого материала. Изменение положения координатных (реперных) точек нанесенной координатной сетки (за реперные точки принимают точки пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора) при деформации позволяет из геометрических соотношений расстояний между ними определить величину относительного сдвига ε в зоне стружкообразования. В условиях, например, резания, относительный сдвиг связан с интенсивностью деформации εi, соотношением7. Measurement of the geometric elements of the modified grid pattern and determination on this basis by calculation of the parameters of plastic deformation of the material under study. Changing the position of the coordinate (reference) points of the applied coordinate grid (the reference points are the points of intersection of the plane of the test sample with the faces of the indenter) during deformation, from the geometric relationships of the distances between them, the relative shift ε in the chip formation zone can be determined. Under conditions, for example, cutting, the relative shift is associated with the strain rate ε i , the ratio

ε i = ε 3

Figure 00000001
. ε i = ε 3
Figure 00000001
.

По интенсивности деформации в предположении единой кривой течения находится величина интенсивности деформации δi. В соответствии с этим изменение картины координатной сетки дает возможность определить напряженно-деформированное состояние δii в любой точке зоны стружкообразования.According to the strain intensity, assuming a uniform flow curve, the strain intensity δ i is found . In accordance with this change in the pattern of the coordinate grid makes it possible to determine the stress-strain state δ ii at any point in the zone of chip formation.

Наличие люминесцентной краски при ультрафиолетовом облучении позволяет точно определить расположение координатных (реперных) точек на измененной картине сетки в том случае, когда зрительно положение этих точек становится неопределимым даже при большом увеличении. Светящиеся же частицы краски показывают месторасположения реперных точек.The presence of luminescent paint during ultraviolet irradiation makes it possible to accurately determine the location of coordinate (reference) points on the altered grid pattern when the visual position of these points becomes undetectable even at high magnification. The luminous particles of paint show the location of the reference points.

Использование предложенного способа позволило воспроизвести реальную картину деформаций, происходящих в зоне резания, и впервые дать математические зависимости для расчетов напряженно-деформированных состояний материала в зоне резания во времени. Нанесение микрокоординатных сеток при исследовании напряженно-деформированного состояния зоны резания дало возможность уточнить величину зоны стружкообразования и рассчитать время протекания деформационных процессов, а также время перехода исходного материала заготовки в материал стружки (10-4…10-7 с).Using the proposed method allowed us to reproduce the real picture of deformations occurring in the cutting zone, and for the first time to give mathematical dependencies for calculating the stress-strain states of the material in the cutting zone in time. The application of micro-coordinate grids in the study of the stress-strain state of the cutting zone made it possible to clarify the size of the chip formation zone and calculate the time course of the deformation processes, as well as the transition time of the starting material into the chip material (10 -4 ... 10 -7 s).

Способ применим для исследования пластических деформаций при проведении других технологических операций, связанных с пластическим деформированием, таких как осадка, ковка, гибка, холодное выдавливание, высадка, вытяжка.The method is applicable for the study of plastic deformations during other technological operations associated with plastic deformation, such as upsetting, forging, bending, cold extrusion, upsetting, drawing.

Claims (1)

Способ экспериментального определения параметров пластической деформации при механической обработке металлов, включающий нанесение системы координатных меток на поверхности образца с помощью прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали, в качестве инструмента используют клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных (реперных) точек, являющихся точками пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора, отличающийся тем, что образованные углубления заполняют нетвердеющей люминесцентной краской, сохраняющей свои свойства при пластическом деформировании, после чего производят механическую обработку образца, а затем измеряют параметры измененного рисунка сетки, по которым вычисляют параметры пластического деформирования. A method for experimentally determining the parameters of plastic deformation during the machining of metals, including applying a coordinate marking system on a sample surface by pressing a tool against this surface, the hardness of which exceeds the hardness of the part material, use clichés with sharp protruding elements having the shape of tetrahedral pyramids forming a given system of coordinate (reference) points, which are the points of intersection of the plane of the sample with the faces the indenter, characterized in that the formed recess is filled with non-solidifying fluorescent paint retain their properties under plastic deformation, whereupon mechanical treating a sample and then measure the changed parameters mesh pattern by which parameters of plastic deformation was calculated.
RU2013108959/28A 2013-02-28 2013-02-28 Experimental determination of plastic strain parameters at machining of metals RU2527139C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013108959/28A RU2527139C1 (en) 2013-02-28 2013-02-28 Experimental determination of plastic strain parameters at machining of metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013108959/28A RU2527139C1 (en) 2013-02-28 2013-02-28 Experimental determination of plastic strain parameters at machining of metals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2527139C1 true RU2527139C1 (en) 2014-08-27
RU2013108959A RU2013108959A (en) 2014-09-10

Family

ID=51456375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013108959/28A RU2527139C1 (en) 2013-02-28 2013-02-28 Experimental determination of plastic strain parameters at machining of metals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2527139C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU888658A1 (en) * 1978-09-18 1991-07-15 Предприятие П/Я Г-4361 Method of determining plastic deformation of metal
RU2007113281A (en) * 2007-04-09 2008-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Воронежский технический университет" (RU) METHOD FOR DETERMINING PLASTIC DEFORMATION
US8042405B2 (en) * 2008-07-23 2011-10-25 University Of Kentucky Research Foundation Method and apparatus for characterizing microscale formability of thin sheet materials
RU2466813C2 (en) * 2009-11-17 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of producing grid on part

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU888658A1 (en) * 1978-09-18 1991-07-15 Предприятие П/Я Г-4361 Method of determining plastic deformation of metal
RU2007113281A (en) * 2007-04-09 2008-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Воронежский технический университет" (RU) METHOD FOR DETERMINING PLASTIC DEFORMATION
US8042405B2 (en) * 2008-07-23 2011-10-25 University Of Kentucky Research Foundation Method and apparatus for characterizing microscale formability of thin sheet materials
RU2466813C2 (en) * 2009-11-17 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of producing grid on part

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013108959A (en) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tasan et al. Identification of the continuum damage parameter: An experimental challenge in modeling damage evolution
Goto et al. Determining suitable parameters for inverse estimation of plastic properties based on indentation marks
N’jock et al. A criterion to identify sinking-in and piling-up in indentation of materials
JP5435352B2 (en) Method for determining the breaking strain of plate materials
Salvati et al. Micro-scale measurement & FEM modelling of residual stresses in AA6082-T6 Al alloy generated by wire EDM cutting
Speidel et al. Crystallographic texture can be rapidly determined by electrochemical surface analytics
CN109163990A (en) A kind of measurement method of axially loaded high cycle fatigue crack initiating life
CN104777046B (en) Fatigue crack propagation mechanism testing method based on small time scale
CN107748173A (en) A kind of micro- alloy microscopic structure full filed statistics characterizing method for visiting strain of fluid
Sagadevan et al. Novel Analysis on the Influence of Tip Radius and Shape of the Nanoindenter on the Hardness of Materials
Ustrzycka et al. Analysis of fatigue crack initiation in cyclic microplasticity regime
CN103837101A (en) Hexogen particle surface roughness measurement method
EP2580570B1 (en) Method for the contactless, destruction-free determination of the hardness, porosity and/or mechanical stresses of materials or composite materials
Wu et al. Study on corrosion models of structural steel exposed in urban industrial atmospheric and laboratory simulated environments based on the 3D profile
Barter et al. Fatigue Crack path manipulation for crack growth rate measurement
RU2527139C1 (en) Experimental determination of plastic strain parameters at machining of metals
Kalinichenko et al. Reference specimens of nonmetallic materials for penetrant nondestructive testing.
Kim et al. Estimations of work hardening exponents of engineering metals using residual indentation profiles of nano-indentation
Dareh Baghi et al. Nano-mechanical characterization of SLM-fabricated Ti6Al4V alloy: Etching and precision
Ţălu et al. Experimental investigations of threads surface integrity manufactured by cutting insert and with internal thread rolling head
Ghadbeigi et al. Strain evolution measurement at the microscale of a Dual Phase steel using Digital Image Correlation
JP2007108095A (en) Method and device for diagnosing member irradiated with neutron
Furukawa Method for estimating service load from striation width and height
RU2466813C2 (en) Method of producing grid on part
O'Connor Plasticity-induced fatigue crack closure: an investigation using digital image correlation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160229