Методы измерения полных и удельных усилий деформирования.
При исследовании технологических процессов прокатки, прессования, волочения и т.п. наиболее важными являются следующие параметры:
1. Распределение напряжений и деформаций внутри деформируемой заготовки и на контактных поверхностях максимально.
2. Энергосиловые параметры процесса:
Впервые исследовал распределение напряжений на контактных поверхностях Пуэк, который применил для этого датчик в виде штырька, который одним концом выходил на контактную поверхность, а другим концом упирался в угольную месдозу (из графита пустотельный цилиндр, образец изменения сопротивления). При помощи графитной месдозы можно было регистрировать давления на поверхности.
ЛЕКЦИЯ №12
Методы измерения полных удельных сил.
Широкое распространение для записи и регистрации сил нашли месдозы с датчиками сопротивления. Датчики бывают 2-х видов:
- фольговые
- бумажные
Принцип работы:
Датчики измеряют деформацию. В основе каждого датчика лежит проволочка, при деформировании специальной проволочки происходит изменение его электрического сопротивления. Это изменение пропорционально величине деформации. Датчики наклеивают либо на специальные устройства, называемые месдозой, либо непосредственно на поверхность деформирующего инструмента.
l – длина прямолинейных
|
|
|
участков проволоки
датчика, который
называется базой.
 | |||||
 | |||||
 | |||||
На месдозу наклеивают два вида датчиков – рабочий и компенсационный.
 |
Шаровая опора (подпятник) для верности замеров устраняет перекос (перекос приводит к нагружению одного датчика больше другого)
Месдоза – пустотелая втулка с тонкими стенками.
Рабочие датчики наклеиваются своей базой l по направлению измеряемых сил, компенсационные – перпендикулярно к ним.
Датчики соединяются между собой в мостовую или полумостовую схему.
Мост Уитстона:
 |
Мост Уитстона и его характеристика: произведение сопротивлений:
При отсутствии сил мост балансируется таким образом, что на выходе напряжение отсутствует. Под действием деформирующих нагрузок рабочие датчики на месдозе изменяют свое сопротивление, возникает сигнал рассогласования, который усиливают и с усилителя подается на осциллограф. Для того, чтобы получить численные значения полученных отклонений на осциллограмме, необходимо провести предварительную тарировку месдозы. Для замера напряжений (удельных сил) на контактных поверхностях применяют контактные (точечные) месдозы.
|
|
|
 | |||||
 | |||||
 | |||||
Такой датчик вставляют в специальное резьбовое отверстие, выполненное в рабочем инструменте.
 |
Диаметр датчика 1 – 3 мм.
Понятие о методе фото-упругости.
Для получения картин распределения напряжений применяется метод фото-упругости, который основан на свойстве некоторых прозрачных изотропных материалов приобретать под действием нагрузки оптическую анизотропность и свойства двойного преломления световых лучей, если на плоскую модель из оптически активного материала, находящегося в плоском напряженном состоянии падает нормально к поверхности параллельный пучок света, то в каждой точке модели волна света разделится на две.
Плоскости, поляризование которых будут совпадать с направление главных напряжений, т.к. волны в модели имеют разную скорость, то на выходе мы получим относительную разность хода.
|
|
|
- разность главных напряжений.
, т.к. плоское напряженное состояние.
В – толщина пластины.
с – оптический коэффициент напряжения модели.
В и с для данного материала постоянны.
Разность хода ~ 
.
Затем пучок света, прошедший через модель проходит через анализатор, плоскость которого перпендикулярна плоскости модели. И в результате интерференции те волны, разность фаз которых кратна длине волны, погасятся. А те волны, у которых разность фаз кратна нечетному числу полуволн, будут видны в виде ярких линий, т.е. появится картина с чередованием темных и светлых полос.
 | |||
 | |||
Темные, либо цветные линии – это геометрические места точек, имеющих одинаковую величину максимальных касательных напряжений. Они также называются изохромами.
При обучении модели плоско поляризованным светом получится такая же картина чередования полос с другой интенсивностью линий и расстояний между ними. Такие линии называются изоклинами.
Изоклины – это места точек, в которых направления главных напряжений параллельны, т.е. изменяя плоскость поляризации можно получить полную картину изоклин.
|
|
|
Картины изохром и изоклин позволяют определить:
- главные нормальные напряжения 
и 
- составляющие нормальных напряжений 
и 
- главные касательные напряжения 
- напряжения 
в любой точки модели.
Недостаток метода:
Замеряются только деформации, моделирующие малые напряжения.
ЛЕКЦИЯ №13
Метод координатной сетки.
Метод заключается в том, что на исследуемую поверхность наносят в определенном порядке систему линий, изменение взаимного расположения которых позволяет определять перемещения и деформации. Координатную сетку наносят либо на поверхность образца, либо на одну из половин предварительно разрезанного по плоскости симметрии образца. Половинки затем спаивают. После этого производится деформирование образца. И уже при визуальном осмотре можно сделать заключение о характере течения металла, очаге пластической деформации, застойных зонах и т.д.
Сетка имеет форму квадратов (по Зибелю) или форму окружностей (по Томленову). Сетка наносится на образец нацарапыванием при помощи рейсмуса или штангенциркуля на специальном разметочном столе, либо на фрезерном станке или на координатно-расточном станке.
При малых поверхностных напряжениях, а так же внутри разрезанного образца сетку можно наносить фотографическим или фотохимическим способом.
|
|
Рассмотрим квадратную исходную сетку и сетку после деформирования, которая при условии однородной (монотонной) деформации превращается в параллелограмм.
Вписанная в исходный квадрат окружность трансформируется в эллипс, при измерениях фиксируются значения сопряженных размеров 2а1, 2b1, соединяющих точки касания эллипса со сторонами параллелограмма и угол между ними d.
Главные оси определяются по формулам:
угол между большой главной осью эллипса и сопряженным диаметром определяется по формуле:
Далее рассчитывают главные компоненты деформации:
Интенсивность деформации определяется:
Затем по экспериментальным зависимостям 
, полученным по результатам испытания образца из данного металла на растяжение или сжатие определяют величину 
.
Затем используя уравнение связи между напряжениями и деформациями определяют и .
Для случая 2-х осного напряженного состояния:
и 
Метод широко применяется для исследования операций преимущественно для ПНС и ПДС.
ПНС – плоско напряженное состояние.
 |
ПДС – плоско деформированное состояние.
Прокатка, калибровка тонких листов, профилирование (создание профильного листа).
Для этого перед пластическим деформирование на заготовку наносится координатная сетка в виде окружностей с диаметром от 5 до 20 мм в зависимости от формы и размера площади поверхности.
После деформирования заготовки все окружности превращаются в эллипсы или в окружности большего размера. Затем определяются главные логарифмические деформации по аналогии с методом Зибеля.
; 
и 
Для анализа напряженно деформируемого состояния Томленов ввел понятие критической устойчивости интенсивности деформации. Это наибольшая величина интенсивности деформации, который может быть реализована в процессах формоизменения листового металла без разрушения.
,
где m – показатель схемы напряженного состояния для плоско деформированного состояния.
n – показатель упрочнения материала, который определяется по результатам испытаний на одноосное растяжение.
При одноосном растяжении:
Для 2-х осного растяжения:
по сравнению с одноосным растяжением получается деформация в два раза больше.
При 2-х осном растяжении достижима вдвое больше интенсивность деформации, чем при одноосном растяжении.
ЛЕКЦИЯ №14
Вычисляя по деформированной сетке 
и определяя m и n (n определяется по результатам растяжения образца), величину критической интенсивности деформации 
определяют коэффициенты использования пластичности металла:
Если hі1, то произойдет разрушение в виде трещин и надрывов.
Метод измерения твердости.
Метод основан на предположении, что между твердостью деформируемого металла и интенсивностью напряжений и деформаций 
существует линейная зависимость (однозначная).
Данный метод предназначен только для процессов ХПД.
Данные предположения подтверждаются целой серией экспериментальных результатов, т.е. необходимо заранее установить для исследуемого материала функциональную связь между его твердость и степенью деформации еi и интенсивностью напряжений si. Затем по замеренной твердости в исследуемых зонах деформированные заготовки из того же металла можно судить об интенсивности напряжений и деформаций для любой стадии формоизменения, т.е. при этом используют различные методы определения твердости и выбор метода определяется в первую очередь размером исследуемой области пластической деформации. Твердости замеряют по Бринелю-Виккерсу или микротвердости, при этом методика исследования напряженно деформированного состояния не зависит от метода замера твердости.
Порядок исследований следующий:
1. Строится диаграмма зависимости 
по результатам испытания материала на растяжение или сжатие.
2. Образцы разрезают по диаметральному сеченью и замеряют твердость в различных сечениях.
Степень деформации определяется по формуле : 
, где di – диаметр образца после осадки в исследуемой области или диаметр шейки в данном сечении, d0 – исходный диаметр образца.
3. Далее по результатам замеров строят зависимости: 
, где ei – степень деформации, Н – твердость.
4. Измеряют твердость на образце после определенной степени деформации в интересующих нас зонах, и используя зависимость , определяют величины деформаций интенсивности напряжений и деформаций в этих зонах.
Однако для определения границ очага деформации в случаях, когда он занимает только часть объема, а так же для определения линий равного уровня напряжений и деформаций. Этот метод весьма нагляден.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 142; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!