книги из ГПНТБ / Зыбин А.Ю. Двухосное растяжение материалов для верха обуви

В. А. Скатертной, Ю . П. Зыбин [13] также приводят и соот­

2,0—24,5%/10 Н (%/кгс), а значения показателя степени — 0,27—0,77. М. П. Куприянов установил, что кривые одноосного растяжения кож подчиняются этой же степенной зависимости

[14]: А к = 8—30%/10 Н (%/кгс), п = 0,55—0,70. Это уравнение широко применяют для решения задач формования верха обуви и при исследовании механических свойств материалов для верха обуви [73—80]. Поэтому, ставя задачу о сравнении пока­ зателей механических свойств материалов для верха обуви при различных видах растяжения, сделана попытка применить это степенное уравнение для описания диаграмм растяжения.

Методика определения коэффициента удлинения А и пока­ зателя степени п проста [13, 14].

Кроме коэффициентов А и п для сравнения взяты еще два показателя: нагрузка при разрушении qp н удлинение при раз­ рушении ер.

Материалы на одноосное растяжение испытывались по ВЕМ . Однако испытание узкого образца на одноосное растяжение имеет существенный недостаток. При ширине образца 10 или 25 мм трудно определить ее уменьшение, т. е. определить коэф­ фициент поперечного сокращения1, поэтому в лаборатории обув­ ных машин Ц Н И И К П разработан прибор В3032 * для одноос­ ного растяжения кольцевого образца. Принцип испытания та­

ны сшивается или склеивается в кольцо и надевается на два съемных валика. Верхний валик размещается на крюкообраз­ ных опорах, устанавливаемых в верхний зажим разрывной ма­ шины. Цапфы нижнего валика помещают на крюкообразные опоры нижнего зажима. Один из валиков имеет рукоятку для его поворота. В процессе нагружения образца валики повора­ чиваются рукояткой, образец перекатывается и может сокра­ щаться в соответствии с коэффициентом поперечного сокраще­ ния. Это возможно благодаря тому, что стесняющее влияние широких зажимов отсутствует. Из кольцевых образцов, дефор­ мированных таким способом, можно также вырезать стандарт­ ные образцы (10X50 мм) вдоль и поперек направления прило­ жения нагрузки. Такую методику испытаний можно применить для изучения изменения механических свойств волокнисто-сет­

32

ПРИБОР ДЛЯ ДВУХОСНОГО РАСТЯЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ БЕЗ ЕГО ПОПЕРЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ (СТЕСНЕННОЕ РАСТЯЖЕНИЕ)

Как было отмечено в предыдущей главе, этот прибор должен обеспечить продольное растяжение образца без поперечного сокращения его. Прибор В3019 (рис. 6) имеет два широких за­ жима 1, 2, которые для устранения перекоса образца объедине­ ны направляющими 4 со втулками 3.

Рис. 6. Прибор для стесненного растяжения ли­ стового материала без поперечного сокращения (с одним из десяти ограничителен поперечного сокращения)

Материал закрепляют в верхнем 1 и нижнем 2 зажимах спе­ циальными болтами 5. Для удобства заправки материала губки 6 прибора при освобождении болтов оттягиваются пружинами 7. Прибор устанавливают на полуторатонном маятниковом дина­ мометре или на любом другом приборе достаточной мощности.

Этот прибор отличается от остальных тем, что в нем имеется еще десять ограничителей поперечного сокращения, выполнен­ ных в виде тонких стальных стержней, на концах которых консольно размещены зажимы для материала. Высота ограни­ чителя 10 мм, поэтому при рабочем расстоянии между губками прибора 100 мм на материале можно закрепить все десять ограничителей.

При растяжении материала ограничители перемещаются вместе с ним и не позволяют ему сокращаться в поперечном направлении, так как расстояние между зажимами ограничите­ лей не может уменьшаться.

Как было отмечено выше (см. с. 21), при подобном рас­ тяжении в образце возникает двухосное несимметричное на­ пряженное состояние. Оно должно характеризоваться двумя главными растягивающими напряжениями (или удельными на­ грузками на единицу длины образца). Одно из них (первое) можно рассчитать, разделив усилие, показанное динамометром, на ширину образца.

Для определения второго используется тензометрическое устройство, установленное на одном из средних ограничителей поперечного сокращения.

При продольном растяжении образца на консольные зажимы поперечных ограничителей действует усилие, которое заставляет тонкий стальной стержень несколько прогибаться. Этот прогиб замеряют, и он служит мерой той поперечной нагрузки, которая

На одном конце стержня устанавливают оправку 1 с много­ оборотным индикатором 2 ИЧМ-1 (ГОСТ 9696—61, цена деле­ ния 0,001 мм, рабочий ход 1 мм). Один из двух зажимов огра­ ничителя 3 выполнен заодно с консольной балочкой, располо­ женной параллельно основному стержню, которая своей кон­ солью подходит под щуп индикатора. Второй зажим 4 имеет систему предварительного натяжения 5 материала, которая ис­ пользуется для выборки люфта после установки прибора на исследуемом образце. При нагружении материала стрелка ин­ дикатора отклоняется, показывая определенное усилие, не позво­

34

ляющее материалу сокращаться в поперечном направлении, что названо стесняющим усилием. Единицы шкалы индикатора являются лишь относительными мерами стесняющего усилия, их надо перевести в килограммы. Для этого изготовлено при­ способление для тарирования индикатора. Стол приспособления

При растяжении материалов, имеющих большие относитель­ ные удлинения, надо учитывать то, что на каждый из десяти ограничителей приходится большая удельная длина материала, т. е. длина, увеличенная на относительное удлинение материала в направлении главного растяжения. Поэтому показание, полу­ ченное по тарировочной шкале, надо уменьшить на

35

сутствует.

Найдена также связь между растягивающим и стесняющим

ПРИБОРЫ ДЛЯ ДВУХОСНОГО СИММЕТРИЧНОГО

РАСТЯЖЕНИЯ

Для создания такого растяжения разработаны и изготовлены два прибора В3018 и В3030 (рис. 9), отличающиеся друг от друга размерами исследуемых образцов [67].

Дисковый образец материала защемляется в кольцевые за­ жимы. Один из них имеет шесть шпилек, на которые надевается второй (съемный) зажим. Зажимы имеют профилированные канавки для лучшего защемления материала, которое осуществ­ ляется поворотом шести гаек. Диаметр образца исследуемого материала равен 175 мм (см. с. 102).

36

Пуансон прибора выполнен в виде стакана с радиальными

Рис. 10. Прибор для двухосного симметрично­ го растяжения В3018 (1) в комплекте с прибором В3024 для замера удли­ нения (2) и прибором B302I для замера изме­ нения толщины дефор­ мируемого материала (3)

37

момента. Кольцевой зажим закрепляют на нижней тяге динамо­ метра. При включении динамометра нижняя тяга вместе с за­ крепленным иа ней кольцевым зажимом опускается, деформи­ руя материал на пуансоне, который практически остается не­ подвижным. Большое пространство между пуансоном и верхним зажимом динамометра позволяет разместить на исследуемом материале прибор для замера удлинения. Описание этого при­ бора см. на с. 48.

На опорной плите пуансона можно жестко закрепить специ­ альный прибор В3021 для замера изменения толщины при двух­ осном симметричном растяжении образца. Нагрузку на образец определяют по шкале динамометра, которая в зависимости от навешиваемого на маятник груза может быть в пределах О—300, 0—900 и 0— 1500 кгс.

На приборе должно получаться однородное растяжение, т. е. прямые линии, нанесенные иа образец, после растяжения долж­ ны остаться прямыми и параллельными друг другу. Углы между линиями не должны изменяться. Это проверено путем растяжения образцов резины, тканей и кожи. Нанесенная на резину прямоугольная сетка с равными расстояниями между линиями и прямоугольная система «основа — уток» в ткани остаются при растяжении параллельными, что подтверждает однородность деформированного состояния. Прямоугольная сетка, нанесенная на образцы кож, в некоторых местах не­ сколько деформируется, что объясняется неравномерностью свойств их по площади. Несмотря на это растяжение образцов кожи можно считать однородным, поскольку изменения сетки незначительны.

Прибор Е3030 для двухосного симметричного растяжения основан на том же принципе нагружения дискового образца материала, что и первый прибор, но диаметр образца равен 85, а не 175 мм. Кроме того, прибор имеет более удобную ориги­ нальную систему зажима материала.

Пуансон выполнен также в виде стакана с радиальными па­ зами в верхней части (рис. 11). Число пазов 41. В каждый паз посредством общего кольца 11 вмонтированы ролики 15 диа­ метром 7,5 мм и шириной 2 мм. Ролики могут свободно вра­ щаться и, как и в первом приборе В3018, позволяют получить однородное двухосное симметричное растяжение образца. Надо отметить, что геометрические параметры рабочих органов обоих приборов имеют соотношение 2 : 1 .

Исследуемый материал 13 (или система материалов) защем­ ляют между верхним 17 и нижним 9 съемными кольцами с про­ филированными канавками. При необходимости можно поста­ вить кольца с требуемым профилем канавки или с ровной ра­ бочей зажимной поверхностью. Нижнее кольцо опирается наружной частью на торец нижней полумуфты 8, а внутренней

38

частью — і-іа торец внутреннего стакана 7. Такая конструкция обеспечивает предварительное защемление образца посредством верхней полумуфты, навинчиваемой на резьбу, и силовое за­ щемление, возникающее от усилия, прикладываемого вручную к рукоятке 16, через рычажно-эксцентриковую систему к внут­ реннему стакану 7. Усилие передается через рычаг 18, кула-

Рпс. 11. Конструкция прибора В3030 для двухосно­ го симметричного растяжения

чок 22, рычаг второго рода 21 с соотношением плеч 1 :4, регу­ лируемый по длине толкатель 20 и от его сферического торца к внутреннему стакану и внутреннему кольцу, защемляющему материал. Рычажная система силового защемления образца крепится на опоре 1.

Таким образом, материал предварительно закрепляют на­ винчиванием верхней полумуфты с многозаходной самотормозя­

39

щейся резьбой. Такая конструкция компенсирует различие по толщине испытываемых материалов. Сферическая выемка на внутреннем стакане и сфера на торце толкателя делают систему силового замыкания самоустанавливающейся, что компенсирует неравномерность по толщине в самом образце.

Нижняя полумуфта 8 через шпильки 5 связана с нижней плитой 23, иа которой также размещена и опора 1 рычага 21. Нижнюю плиту устанавливают на нижнем штоке разрывной машины (например, РТ-250). К верхнему зажиму машины крепят верхнюю плиту 14, посредством тяг 21 связанную со средней плитой 3. На этой плите крепятся шпильки 19 стола пуансона. Стол имеет шариковые фиксаторы 6, что при необхо­ димости обеспечивает быструю замену кольца'с подшипниками на другой пуансон, например сферу или шарик (при испыта­ нии на продавливание).

Изготовлена также специальная резиновая камера, кото­ рая может вкладываться в прибор вместо кольца с шарикопод­ шипниками и при работе прибора деформирует образец так же, как и при испытании на гидравлическом динамометре [35].

При включении машины верхняя плита и стол с пуансоном остаются относительно неподвижными, а образец, зажатый между кольцами, две полумуфты, тяги и нижний стол опуска­ ются, деформируя материал.

Прибор перед установкой на разрывную машину регулируют

к нижнему зажимному кольцу. Положение стакана регулирует­ ся так, чтобы зазора между кольцом и стаканом в верхнем по­ ложении рукоятки 16 не было. Толкатель фиксируется контр­ гайкой.

Прибор устанавливают на разрывную машину так:

40

с нижнего и верхнего штоков разрывной машины снимают губки;

на нижний шток машины устанавливают прибор и закреп­ ляют его коническим пальцем;

на верхний шток крепят плиту 14\ тяги 12 регулируют так, чтобы при качании в осевом направ­

лении зазора между их гайками и верхней и средней плитами не было (зазор создает ошибку при записи диаграммы растя­ жения) ;

рукоятку 16 отводят в верхнее положение, верхнюю полу­ муфту с зажимным кольцом снимают;

если прибор устанавливают не на разрывную машину РТ-250, а на другую, то при необходимости надо изготовить со­ ответствующие переходные втулки.

Порядок закрепления образца и проведения испытаний:

1) вырезают образцы диаметром не более 90 мм с отклоне­ нием в сторону уменьшения до 5 мм;

2 ) образец кладут на нижнее зажимное кольцо прибора. Положение образца определяется заплечиками кольца. Затем навинчивают верхнюю полумуфту 10\

3) поворотом рукоятки 16 закрепляют образец. Если руко­ ятка свободно повернулась до крайнего нижнего положения, то ее снова отпускают и несколько усиливают предварительное закрепление образца, поворачивая верхнюю полумуфту. Затем рукоятку вновь отпускают. Этйми приемами можно надежно за­ крепить образец. Необходимо учесть, что система силового за­ мыкания обеспечивает сильное зажатие образца, что может привести к перекусыванию его губками зажимных колец. Уси­ лие, прикладываемое к рукоятке, проверяется практически;

4)разрывная машина включается на рабочий ход и проис­ ходит нагружение образца (до разрушения, на заданную вели­ чину относительного удлинения или до требуемой нагрузки в зависимости от задачи эксперимента);

5)если требуется получить кривую «деформация — нагруз­

ка», то во время нагружения образца обычными способами на самописце или диаграммном устройстве записывается процесс растяжения (методику обработки кривой рм. на с. 62—63);

6) если необходимо выдержать материал в деформирован­ ном состоянии или поместить прибор с растянутым материалом в термостат для тепловой обработки, то, подводя специальные гайки 4 к средней плите, фиксируют напряженное состояние образца, а прибор вместе с деформированным образцом снима­ ют с разрывной машины.

На рис. 12, а показана схема растяжения дискового образца материала равномерно распределенными силами, которые воз­ никают при нагружении его на приборах В3018 или В3030. При таких условиях деформирования можно определить напряже­

41