способ изготовления образцов для механических испытаний

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ, согласно которому заготовки образцов собирают в пакет и обрабатывают резанием по копиру, выполненному в виде двух одинаковых сегментов, установленных на штифтах с зазором относительно друг друга и образующих диск, любое диаметральное сечение которого повторяет форму образца, при этом отверстия со штифтами расположены в плоскости, делящей высоту диска пополам, а оси отверстий размещены на равном расстоянии от оси диска и параллельно между собой, отличающийся тем, что заготовки образцов собирают в пакет, высота H которого выбирается в пределах



где b толщина заготовки;

l длина рабочей части образца;

допустимое относительное отклонение размера заготовки,

а расстояние L между штифтами копира определяют из условия

L hb²E/3P,

где h ширина рабочей части образца;

допустимое отклонение ширины h образца;

E модуль нормальной упругости материала;

P усилие резца при обработке пакета.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пакет заготовок составляют из чередующихся по меньшей мере двух различных материалов, причем в качестве материала заготовок, прилегающих к копиру, выбирают материал с меньшей ударной вязкостью и большей теплопроводностью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению образцов для механических испытаний металлов и сплавов, неметаллических и композиционных материалов на полимерной и металлической основах.

Известен способ изготовления образцов для механических испытаний, заключающийся в том, что заготовки образцов собирают в пакет и обрабатывают его фрезерованием по кондуктору, соответствующему форме образца (Wissensspeicher fur Technologen.Technishe. Mechanik, Werkstoffe, Werkstoffprufung. Hrsg. M. Beck-ert. Leipzig. VEB Fachbuchverlag, 1976.488 S.

Однако рабочая часть образцов, изготовленных этим способом, выполняется с довольно низкой точностью из-за трения фрезы о контур кондуктора и необходимости остановки ее подачи в зоне галтели образца. По высоте пакета заготовок ширина рабочей части образцов формируется неодинаковой.

Более близким техническим решением по совокупности признаков к предлагаемому служит способ, состоящий в том, что заготовки образцов собирают в пакет и обрабатывают резанием в копире, выполненном в виде двух одинаковых сегментов, установленных на штифтах с зазором относительно друг друга и образующих диск, любое диаметральное сечение которого повторяет форму образца, причем отверстия со штифтами расположены в плоскости, делящей высоту диска пополам, а оси отверстий размещены на равном расстоянии от оси диска и параллельно между собой (Калышенко М.Ф. Колеров О.К. Скрябин В.Г. Информационный листок N 117-84. Куйбышевский ЦНТИ. 1984).

Этот способ, хотя и обеспечивает повышение точности выполнения рабочей части образцов по сравнению с предыдущим благодаря замене фрезерования резанием, однако это относится только к хорошо обрабатываемым материалам, т.е. к металлам и сплавам, обладающим средней прочностью и небольшой ударной вязкостью, причем точность обработки зависит от высоты пакета заготовок и длины рабочей части образца.

В основу предлагаемого объекта поставлена задача повышения точности размеров и чистоты обрабатываемых поверхностей образца, а также воспроизводимости размеров и формы его рабочей части вне зависимости от свойств материала, высоты пакета заготовок и длины образца.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе изготовления образцов для механических испытаний, состоящем в том, что заготовки образцов собирают в пакет и обрабатывают резанием в копире, выполненном в виде двух одинаковых сегментов, установленных на штифтах с зазором относительно друг друга и образующих диск, любое диаметральное сечение которого повторяет форму образца, причем отверстия со штифтами расположены в плоскости, делящей высоту диска пополам, а оси отверстий размещены на равном расстоянии от оси диска и параллельно между собой, согласно предлагаемому изобретению, заготовки собирают в пакет, высоту Н которого определяют из соотношения 3b H 2l где b толщина заготовки, l длина рабочей части образца, =l/l допустимое относительное отклонение ее размера, а расстояние L между штифтами копира определяют по выражению L hb²E/3P, где допустимое отклонение ширины h рабочей части образца, Е модуль нормальной упругости материала, Р усилие резца при обработке пакета.

Кроме того, поставленная задача решается благодаря тому, что согласно предлагаемому изобретению, пакет заготовок составляют из чередующихся по меньшей мере двух различных материалов, причем в качестве материала заготовок, прилегающих к копиру, выбирают материал с меньшей ударной вязкостью и большей теплопроводностью.

Отличительный признак, содержащий соотношение 3b H 2l необходим для решения поставленной задачи по следующим причинам. Если Н<3b; то, во-первых, будет очень низкая производительность обработки, и, во-вторых, не обеспечивается чередование различных материалов третьим слоем становится материал оснастки.

В случае H>2l произойдет превышение допустимой величины и не будет воспроизводимости длины рабочей части образцов по высоте пакета. Кроме того, при Н больше указанной величины снижается жесткость самого копира возрастает упругая деформация штифтов, что также приводит к уменьшению точности обработки заготовок.

Таким образом, без означенного признака невозможно решить поставленную задачу.

Необходимость признака Lhb²E/3P для решения поставленной задачи состоит в том, что при L>hb²E/3P из-за недостаточной жесткости пакета ширина образцов при обработке заготовок изменяется по длине рабочей части, причем в зоне галтели величина изменений становится выше допустимого значения. Разрушение таких образцов при механических испытаниях произойдет вне рабочей части, что снизит точность результатов испытаний. При выполнении указанного соотношения значение по длине рабочей части образцов после точения не выходит за пределы допуска и остается постоянным.

Признак "Пакет заготовок составляют из чередующихся. материалов". При проточке пакета, собранного из заготовок одного, преимущественно плохо обрабатываемого материала, возникает большой изгибающий момент, который приводит к искривлению пакета и из-за которого форма и размеры образцов по высоте пакета оказываются неодинаковыми даже в случае соответствия условий изготовления образцов двум первым отличительным признакам. Когда пакет собирают чередованием заготовок двух различных по свойствам материалов, воспроизводимость размеров и формы рабочей части образцов по высоте Н соблюдается.

Таким образом, без любого из трех рассмотренных признаков отличительной части предлагаемого объекта поставленная задача не будет решена.

На фиг. 1 показан копир; на фиг. 2 его сечение. Копир состоит из сегментов 1 и штифтов 2, на которые устанавливают заготовки с отверстиями под них.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала определяют в зависимости от размеров рабочей части образцов число заготовок в пакете и расстояние между штифтами копира по соответствующим соотношениям. Затем собирают пакет из заготовок двух различных материалов, последовательно чередуя один с другим, и просверливают отверстия под штифты. Далее штифты 2 вставляют в один из сегментов 1 и нанизывают на них заготовки и второй сегмент. Устанавливают собранный копир в цанговый зажим токарного станка и производят обработку пакета с одной стороны. Переворачивают копир и обрабатывают другую сторону пакета. Извлекают копир из зажима, разбирают и проводят контроль образцов.

П р и м е р. Изготовление образцов согласно предлагаемому объекту из сплавов ВТ14 и АМг6. Размеры образца: толщина b=2,0 мм, ширина h=5 мм, длина рабочей части l=100 мм.

Выбор материалов обусловлен накопленным объемом экспериментальных данных. Пакет заготовок только из титанового сплава ВТ14 обрабатывается плохо вследствие низкого модуля упругости, высокой ударной вязкости и малой теплопроводности. Уровень последнего свойства, в частности, приводит к повышению температуры режущей кромки инструмента резец садится. Алюминиевый сплав АМг6 в отличие от ВТ14 благодаря иному сочетанию физико-механических свойств обрабатывается хорошо. Чередование заготовок обоих сплавов в пакете способствует усреднению механико-технологических параметров собранной композиции и улучшению температурно-силовых условий обработки.

Число заготовок в пакете определяли, исходя из величины допустимого отклонения по длине и ширине рабочей части образца: 0,01 Тогда величина 2l будет составлять 28 мм. Максимальное число заготовок в пакете будет: 28/b 14. Выбрали 11 заготовок.

Расстояние L между штифтами копира определяли по соотношению hb²E/3P, значение которого при 0,06; Е 7000 кг/мм² и Р=20 кг составляет 134 мм. Выбрали L=125 мм.

Просверлили в пакете отверстия под штифты согласно полученной величине L. В сегменте копира соответствующих L габаритов установили штифты, нанизали на них заготовки в последовательности АМг6-ВТ14, чтобы крайними по высоте пакета были заготовки сплава АМг6, и скрепили пакет заготовок со штифтами другим сегментом. Установили копир в зажим токарного станка и обработали пакет с обеих сторон. Параметры качества обработки в сравнении с обработкой по прототипу приведены в таблице вместе с результатами обработки заготовок из стеклотекстолита, который протачивали в том же копире при наборе заготовок со сплавом АМг6.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления образцов для механических испытаний позволяет повысить чистоту обработки поверхности и точность выполнения размеров рабочей части образца по сравнению со способом, выбранном в качестве прототипа, что соответствует решению поставленной задачи.

Кроме того, благодаря решению поставленной задачи предлагаемый способ дает возможность сократить трудоемкость изготовления образцов и материалоемкость механических испытаний в силу повышения точности их результатов.