Учебное пособие 1209

1.5. Лабораторная работа № 4 Определение предельных деформаций листовых

материалов при растяжении в условиях равномерного двухосного растяжения

Цель работы. Изучить методику испытаний и обработку результатов измерений деформированного состояния листовых материалов в условиях равномерного двухосного растяжения для построения диаграмм предельных деформаций (ДПД) во всем диапазоне пластического формообразования деталей из листа.

1.5.1. Теоретическая справка

Лабораторная работа входит в комплекс испытаний, предназначенных для построения правой ветви ДПД (рис. 1.20). В диапазоне изменения от 0 до 1, в котором находится правая ветвь ДПД, осуществляется формообразование деталей вытяжкой, отбортовкой как в жестких штампах, так и эластичной средой, формовка патрубков различной конфигурации, гибка труб и прочие операции листовой штамповки. Условие достижения предельного состояния материала при равномерном двухосном растяжении соответствует =1.

1.5.2. Испытание

Испытывают партию из пяти круглых образцов диаметром166 мм (рис. 1.27). На внешнюю поверхность каждого образца, не контактирующую с инструментом, наносят сетку круглых накладных ячеек фотоконтактным методом. Образец помещают в круглую жесткую матрицу с цилиндрическим отверстием 85 мм. Образец жестко фиксируется по

30

периметру прижимами по схеме перетяжных порогов усилием пресса 2-5 т (рис. 1.28).

Нагружение образцов по схеме вытяжки цилиндрическим пуансоном со сферическим наконечником осуществляется до появления на нем трещины вблизи середины образца. Для уменьшения влияния трения в области контакта образца с наконечником пуансона используют две фторопластовые (тефлоновые PTFE) прокладки толщиной 1 мм и слой масла между ними. Прокладки кладут на каждый вновь испытываемый образец в область его контакта с пуансоном. Поверхность наконечника также полируют. В этом случае трещина образуется в вершине формуемого образца или вблизи нее, что позволяет реализовать условия деформирования, близкие равномерному двухосному растяжению.

31

Измерение ячеек начинают с ближайших к трещине неразрушенных ячеек сетки, расположенных вблизи вершины образца по обе стороны от трещины, по следующей схеме (рис. 1.29). Под микроскопом измеряют диагонали сферического эллипса, а затем корректируют эти измерения с учетом сферической внешней поверхности образца с радиусом R = 37.5+h, где h – толщина испытуемого образца. Расчет выполняют по формулам:

где l1, l2 – длины диагоналей выделенных ячеек разрушенного образца.

Затем выполняют аналогичные измерения 5-7 ячеек в перпендикулярном к трещине направлении, пересекающем центр выделенных ячеек с обеих сторон трещины, и вычисляют в них деформации. По результатам строят графики зависимости наибольшей деформации в ячейке от ее положения вдоль перпендикуляра к трещине (рис. 1.30,а). Так же, как и в случае плоской деформации (рис. 1.24), предельная деформация устойчивости e1(* ) определяется в ячейке, где

стабилизируется падение деформации (рис. 1.30,б).

33

Расчет предельной деформации устойчивости при двухосном растяжении e(*1) выполняют путем экстраполяции

правой ветви диаграммы предельных деформаций по результатам выполненных испытаний и наибольшей из двух определенных ранее предельных плоских деформаций устойчивости max{e(*0)0,e(*0)90} (рис. 1.31).

e1

e(*1)

e(*0)90 e(*0)

Рис. 1.31

На графике предельная деформация, соответствующая двухосному растяжению, определяется при =1. Расчет деформации выполняется методом наименьших квадратов по формуле

( j )2

j 1

где m – число экспериментально полученных деформаций;

e(*0)max max{e(*0)0 ,e(*0)90}.

Результаты измерений заносят в протокол (табл. 1.5)

35

1.6. Лабораторная работа № 5 Определение модуля Юнга и коэффициента Пуассона

Цель работы. Определение упругих механических характеристик материала, необходимых для оценки пружинения и утяжки формообразуемой детали.

1.6.1. Теоретическая справка

Модуль Юнга и коэффициент Пуассона являются упругими характеристиками. При моделировании операций пластического формообразования эти характеристики используются для оценки пружинения и утяжки заготовки изза ее деформирования в направлениях, перпендикулярных направлению формообразования.

Пружинением называется отклонение контура детали от контура шаблона или теоретического (расчетного) контура детали. Пружинение оценивается смещением контрольной поверхности детали относительно теоретического контура в направлении нормали к контуру в любой точке.

Утяжкой детали называется уменьшение характерных размеров контура поперечного сечения в направлении, перпендикулярном направлению усилий формообразования.

1.6.2. Испытания

Модуль Юнга определяется на первом этапе растяжения образца в упругой зоне, соответствующей прямо пропорциональному участку диаграммы растяжения (рис. 1.32).

Рассмотрим процедуру определения модуля Юнга с помощью механического рычажного тензометра Гугенбергера

(рис. 1.33).

37

РР02

0.7Р02

Рi

Рi-1

0.1Рmax

l

li-1 li

Рис. 1.32

Описанный в литературе прибор устанавливают на образце вдоль его оси в области расчетной длины. Образец предварительно растягивают до приблизительно 0.1Рmax. Затем производят ступенчатое нагружение образца усилиями Рi до нагрузки 07Р02. Величина интервала нагружения должна быть такой, чтобы в указанном диапазоне упругого деформирования (0.1Pmax-0.7P02) их число n было 5-7.

На каждой ступени нагружения фиксируют изменение li базовой длины l0. По полученным результатам вычисляют модуль Юнга по формуле (1.17).

n

i 2

38

Образец

Рис. 1.33

Коэффициент Пуассона вычисляют в области упругого деформирования (рис. 1.32). Для этого на каждом этапе упругого ступенчатого нагружения наряду с продольной деформацией на базовой длине экстензометра li определяют поперечную деформацию образца litrans (рис. 1.34). Для этого

крепится и поперечный экстензометр.

В процессе испытания после очередного i-го этапа нагружения измеряют приращение поперечной базовой длины или (при отсутствии поперечного экстензометра) - ширину образца Bi микрометром.

Учитывая результаты, описанные в предыдущем параграфе, вычисляют коэффициент Пуассона по формуле

39