Методическое пособие 365

В.В. Елисеев А.М. Гольцев Ю.М. Елизаров А.Д. Комаров Е.П. Крупин М.А. Конасов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ

Учебное пособие

Воронеж 2005

УДК 539.3/7

3

Технологические испытания с использованием ЭВМ: Учеб. пособие / В.В. Елисеев, А.М. Гольцев, Ю.А. Елизаров, А.Д. Комаров, Е.П. Крупин, М.А. Конасов; Под ред. В.В. Елисеева. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 96 с.

Учебное пособие включает краткое теоретическое описание и методику выполнения лабораторных работ по курсам «Механика» и «Технологическая механика».

Учебное пособие соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 651400 «Машиностроительные технологии и оборудование»,

специальностям 100700, 311400, 220300, 330600, 180100, 180400, дисциплинам «Механика» и «Технологическая механика».

Темы, включенные в издание, подготовлены преподавателями кафедры прикладной механики: В.В. Елисеевым, канд. тех. наук 1-13; А.М. Гольцевым, канд. тех. наук - 1,5,7; Ю.М. Елизаровым - 1,3,4; А.Д. Комаровым - 6,7,10,11,12; Е.П. Крупиным - 2,3,5,7; М.А. Конасовым - 1,2,4.

Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 2000 и содержится в файле Пособие.rar.

Табл. 9. Ил. 34. Библиогр.: 5 назв.

Рецензенты: кафедра прикладной и теоретической механики ВГУ д-р ф-м. наук, проф. Т.Д. Семыкина;

д-р техн. наук, проф. С.С.Одинг

©Коллектив авторов, 2005

©Оформление. ГОУВПО Воронежский государственный

технический у

4

1.ВВЕДЕНИЕ

Основные данные, необходимые для моделирования операции пластического формообразования на прессовом оборудовании с ЧПУ, можно разделить на три типа: основные механические характеристики сопротивления пластическому деформированию, предельные характеристики пластичности материала различной природы, параметры поверхности начала пластического течения /1/. Для моделирования операций пластического течения требуются также и характеристики взаимодействия заготовки с инструментом.

К первому типу данных относятся стандартные характеристики прочности и пластичности материалов: пределы прочности и текучести, равномерная деформация и относительное остаточное удлинение. Сюда же следует отнести параметры анизотропии, которые описывают анизотропию свойств большинства листовых материалов.

Ко второму типу данных относят предельные деформационные свойства сплава, превышение которых приводит к появлению различных браковочных признаков на поверхности детали: недопустимый рост зерна, выпучивание складки, линии скольжения, трещины, разрывы и т.д.

Третий раздел механических характеристик предназначен для описания поверхности начала пластического течения материала для различных условий пластического течения /2/.

Четвертый тип данных включает условия трения в области контакта заготовки с инструментом, которые описываются обычно коэффициентами трения и технологическими параметрами процесса, влияющими на характер трения между заготовкой и инструментом.

Результаты испытаний используют в различных вычислительных пакетах на базе метода конечных элементов

(ANSYS, ABAQUS, PAM-STAMP, LS-DYNA, RADIUS, PAM CRASH и др.) для прогнозирования разрушения деталей в процессе динамического воздействия на конструкцию, т.е.

5

Crash test. Прогноз предельного поведения материала заготовки строится на диаграммах предельных деформаций и диаграмма разрушения, основанных на модели разрушения срезом и отрывом.

Необходимо также отметить, что большинство механических и технологических характеристик материалов зависят от скорости деформирования, особенно важных в случае динамического нагружения, когда скорость деформирования достигает 103 с-1.

Точность и эффективность моделирования технологических операций зависит не в последнюю очередь от точности определения механических характеристик. Для решения этой задачи необходима автоматизация процессов измерения и совершенных методов обработки результатов испытаний с использованием современных компьютерных систем и электронных датчиков измерений.

В настоящем пособии студентам предлагается познакомиться с основными видами механических и технологических испытаний, которые необходимо проводить в ЦЗЛ авиационного и машиностроительного предприятия для формирования баз данных САПР технологических операций холодной штамповки деталей из листа и профиля

6

Подготовка образцов к испытанию: размеры поперечного сечения образца в области рабочей длины измеряются с точностью 0.01 мм. Первоначальная площадь поперечного сечения F0 определяется как минимальная по результатам двух-трех измерений ширины B0 и толщины h0 в области расчетной длины образца. На рабочей длине наносят границы на базе l0 =80 мм и прямоугольную сетку с шагом 15 мм. Точность нанесения сетки 0.02 мм (рис.2).

Расчетная длина образца l0=80 мм

b0

a0

Рис.2

Испытания: проводят на стандартном оборудовании, обеспечивающем растяжение образца по схеме одноосного растяжения при постоянной скорости деформирования

0.001-0.005c-1.

Измерение растягивающего усилия и осевого удлинения производят электронными аналоговыми датчиками, сигнал с которых поступает на ПК-карту в персональный компьютер(рис.3). С помощью специального программного обеспечения, написанного в среде LABVIEW-7, производится оцифровка и визуализация диаграммы растяжения в режиме реального времени. Эта функция обеспечивает получение табулированной диаграммы растяжения, которая записывается в текстовый файл для последующей обработки и построения

8

истинное

в координатах: растягивающее усилие Р (Н) - удлинение l (мм); максимальное растягивающее усилие Fm (H); утонение или ширина границ рабочей части образца на расстоянии, не менее ширины образца от места разрушения.

Система регистрации, обработки и визуализации экспериментальных данных

Датчик

крутящего момента.

Датчик улов кручения

Датчик

усилия

Датчик

окружного

удлинения

Датчик

давления

Рис.3

Обработка результатов испытаний: 1. В результате обработки диаграммы растяжения рассчитывают параметры сопротивления пластическому растяжению: условный предел текучести Rp02 и предел прочности Rm, равномерное остаточное удлинение Ag :

9

Fp0.2 - усилие растяжения, соответствующее условному пределу текучести при остаточной деформации 0,2 % (рис.4). Для вычисления этой величины ординату соответствующей точки на кривой течения умножают на масштаб по усилию

Fm ;

F ~ (4)

Fm

S0 - исходная площадь поперечного сечения образца до растяжения; l- масштаб диаграммы по удлинению

lu - длина рабочей части образца после разрушения. Расчету подлежат результаты испытаний только тех образцов, разрушение которых произошло в области, отстоящей не менее трети расчетной длины от ее границ.

Рекомендуется также определять относительное остаточное удлинение A на базовой длине 80 мм как стандартную характеристику, по которой дополнительно можно проверить качество проведенного эксперимента.

10

~

~ F (в масштабе F)

Fm

~

Fp0.

lr

Рис.4

Диаграммы растяжения образцов, ориентированных в одном направлении, аппроксимируют уравнением Свифта (1). Аппроксимация производится методом наименьших квадратов с помощью вычислительной программы. Для подготовки входных данных с каждой кривой растяжения (рис.4) снимают координаты 1000-5000-ти точек через равные интервалы по времени. Точка диаграммы, соответствующая пределу текучести, является первой в этом диапазоне, а пределу прочности - последней. Кроме того, для каждой кривой вводят: наибольшую нагрузку Fm в Ньютонах, абсциссу остаточного удлинения lr , площадь поперечного сечения S0, расчетную длину образца после разрушения lu и абсциссу, соответствующую равномерному удлинению lg.

11

На выходе программы получают все перечисленные характеристики материала (2)-(5) и параметры уравнения (1), рассчитанные по методу наименьших квадратов. Результаты выдаются в виде средних арифметических характеристик и их среднеквадратических отклонений.

Ниже приводится протокол испытания, который заполняется как на стадии измерения исходных размеров образца, так и после записи диаграммы растяжения и измерения образца после разрушения.

12