Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова"

(ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова»)

Институт «Современные технологии машиностроения, автомобилестроения и металлургии»

Кафедра «Машины и технология обработки металлов давлением и сварочное производство»

Методические указания

(ПРОЕКТ)

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Технология листовой штамповки» для студентов специальности

150400«Технологические машины и оборудование»;

150201«Машины и технология обработки металлов давлением»

«Механические свойства и испытания листовых материалов»

и

«Разделительные и формоизменяющие операции листовой штамповки»

Ижевск 2013

УДК 621.98 Разработал: профессор, доктор технических наук Ю.О. Михайлов; аспирант М.И. Шулятьев

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам «Механические свойства и испытания листовых материалов» и «Разделительные и формоизменяющие операции листовой штамповки» по курсу «Технология листовой штамповки»

Издательство ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, Ижевск, 2013

В методических указаниях изложена краткая теория процессов листовой штамповки и методики расчета. Методические указания предназначены для студентов специальности 150400«Технологические машины и оборудование»; 150201«Машины и технология обработки металлов давлением» всех форм обучения, выполняющих лабораторные работы по курсу «Технология листовой штамповки», и могут быть полезными при выполнении курсовых и дипломных проектов соответствующей тематики.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Испытания металлов на растяжение

Цель работы: изучить устройство и принцип действия универсальной испытательной машины, научиться определять механические характеристики листовых материалов.

Оборудование: Универсальная испытательная машина Instron 5982.

Образцы: плоские (из листового материала) образцы с разной формой поперечного сечения;

Измерительный инструмент: штангенциркуль 0–250 мм, с точностью измерения 0,05 мм; микрометр 0–25 мм, с точностью измерения 0,01 мм.

Из всех методов определения механических свойств металлов наилучшие результаты дает испытание на растяжение, которое позволяет определить прочностные характеристики (предел текучести, предел прочности и др.), показатели пластичности (относительное удлинение и относительное сужение, коэффициент анизотропии).

Зависимость между напряжением и деформацией выражается диаграммой условных, а более правильно — диаграммой истинных напряжений

(рис. 1,2).

Рис. 1. Характерные точки на диаграмме растяжения для расчета

прочностных характеристик

 _к  1 (е)

Рис. 2. Диаграмма истинных напряжений при растяжении

Испытание на растяжение тонких листовых металлов значительно труднее испытания круглых образцов. При испытании тонких плоских образцов наблюдается иной характер разрушения образца с искажением размеров и

формы шейки по сравнению с круглыми образцами. Из-за искажения формы шейки затруднен ее обмер и точный подсчет поперечного сечения. В

итоге получается расхождение между результатами испытания круглых и

плоских образцов.

АНИЗОТРОПИЯ ЛИСТОВЫХ МЕТАЛЛОВ

В зависимости от режимов прокатки (рис.3) и термической обработки листовых металлов большинство из них обладают анизотропией механических свойств: вследствие той или иной текстуры, полученной при прокатке и отжиге.

Рис. 3. Схема прокатки листовых материалов

Анизотропию, или различие свойств в разных направлениях, принято характеризовать коэффициентом анизотропии, представляющий собой (по Ланкфорду) отношение логарифмических деформаций по ширине и толщине плоского образца при растяжении:

Для определения показателя анизотропии листового материала из него вырезают три образца: вдоль направлений прокатки, поперек и под углом 45° (рис. 4), испытывают их на растяжение и строят фигуру (диаграмму) анизотропии данного металла (рис. 5).

Рис. 4. Схема вырезки образцов

Рис. 5. Схема построения фигуры плоской анизотропии

Для определения механических характеристик материалов используют испытательные машины. Применяют разрывные и универсальные испытательные машины всех систем при условии их соответствия требованиям ГОСТ.

При проведении испытаний должны соблюдаться следующие основные условия: качественное центрирование образца в захватах испытательной машины, плавность деформирования, скорость перемещения активного захвата при испытании до предела текучести не более 0,1, за пределом текучести - не более 0,4 длины расчетной части образца в минуту, возможность приостанавливать нагружение с точностью до одного наименьшего деления шкалы силоизмерителя, плавность разгрузки.

При испытании на растяжение образец определенной формы и размеров (рис.6) из исследуемого материала прочно закрепляется своими концами (головками) в захватах (рис.7) испытательной машины (рис.8) и подвергается непрерывному плавному деформированию до разрушения. При этом регистрируется зависимость между растягивающей нагрузкой и удлинением расчетной части образца в виде диаграммы растяжения образца. Для испытаний на растяжение применяют стандартные образцы по ГОСТ 1497, который предусматривает семь типов образцов. Один из типов представлен на рис. 6.

Рис. 6. Эскиз образца

Рис. 7. Механические клиновые захваты

Рис. 8. Универсальная испытательная машина Instron 5982

Напольные испытательные системы серии 5980 обеспечивают точность результатов, надежность и обладают гибкостью для удовлетворения изменяющихся требований. Они оснащены стандартными и дополнительными функциями, что повышает эффективность испытаний и совершенствует опыт работы оператора. Напольные машины серии 5980 с тяжелыми рамами широко применяются для испытания высокопрочных металлов и сплавов, улучшенных композитов, аэрокосмических и автомобильных конструкций, болтов, крепежных деталей и листовой стали. Имеются рамы для рабочих нагрузок 100, 150, 250, 400 и 600 кН; причем, некоторые модификации дают возможность увеличения рабочего хода и расширения рабочей зоны.

Главное преимущество напольной модели серии 5980 - жесткость рамы, что особенно важно при испытании высокопрочных материалов, аэрокосмических композитных материалов, металлических сплавов и кристаллических полимеров. Шариковые винты с предварительным натяжением, толстая балка основы и траверсы, приводные ремни с низкой растяжимостью улучшают эксплуатационные характеристики за счет более точных результатов измерения модуля упругости и деформации и минимизации потребления энергии во время испытания.

Облегченный доступ к зоне испытания важен для оператора. При испытании больших металлических образцов, крепежных деталей или частей композитов операторам часто трудно пройти к зоне испытания для загрузки образца из-за большой рамы, или большого размера захватов или приспособлений. Рамы с усилием 400 и 600 кН имеют более низкое основание, что позволяет оператору стоять ближе к захватам и приспособлениям и исключает необходимость держать в руках тяжелые образцы для испытаний.

Серия испытательных систем Instron5900 является наиболее высокотехнологичным решением на рынке испытательных систем. Машины серии 5900 не имеют аналогов по своим точностным и эксплуатационным характеристикам, что делает их превосходным инструментом для исследований свойств материалов в университетской и академической среде. А наличие внешней многофункциональной панели управления делает системы Инстрон 5900 отличным решением для рутинной, стандартной работы в производстве, сохраняя при этом высочайшие точностные характеристики. Разрывные машины серии 5900 являются идеальными для испытаний на растяжение и/или сжатие с усилиями до 600 кН (60000 кгс). Разрывные электромеханические машины серии 5900 - поистине идеальное решение для современной лаборатории.

Характеристики

• Диапазон измерения нагрузки 1:500 (т.е. динамометрический датчик используется от 0.2% до 100% его номинального значения без потери точности)

• Точность измерения нагрузки 0.4% от измеренного значения

• Частота синхронной регистрации данных 1кГц

• Электропитание 220В, 1 фаза, 50 Гц

• Полное программное управление (возможность циклических испытаний - дополнительная опция)

• Наличие русифицированной многофункциональной панели управления

• Автоматическое распознавание подключаемых датчиков с проверкой времени последней поверки

• Тысячи вариантов захватов и оснастки - по выбору заказчика

• Возможность установки температурных камер и печей по выбору заказчика

• Современное русифицированное программное обеспечение Bluehill3

• Свидетельство о внесении в Государственный реестр средств измерений

• Точность измерения нагрузки: +/- 0.5% от чтения до1/500 способности датчика нагрузки (датчики нагрузки серии 2580)

• Частота одновременной регистрации данных до 1 кГц по каналам нагрузки, удлинения и деформации

• Диапазон скоростей от 0,00005 до 1016 мм/мин (от 0,000002 до 40 дюйм/мин), в зависимости от модели

• Более низкое основание для удобного доступа к рабочей зоне испытания

• Настраиваемая панель управления

• Совместимость с программным обеспечением Bluehill®

• Автоматическое распознавание датчиков для датчиков нагрузки и экстензометров

• Дополнительные настройки высоты и ширины

• Усилие 100 кН (22,500 фунтов силы)

• Испытательное пространство 1430 мм (56.3 дюйма) по вертикали*

• Испытательное пространство 1930 мм (76 дюймов) по вертикали (экстра высокая модель)

Кинематическая схема испытательной машины Instron с электромеханическим силовозбудителем представлена на рис.9.

Рис.9. Схема испытательной машины Instron