Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.2	Ćwiczenie NR.3
I. Temat ćwiczenia Badania wytrzymałościowe na zginanie. II. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z próbą zginania, z procesami zachodzącymi podczas zginania, wyznaczenie Rg, Mg, Wx, fg, kąta zgięcia. III. Wyposażenie stanowiska 1. Maszyna wytrzymałościowa - zrywarka uniwersalna ZDM-10/91. 2. Przyrząd do zginania - w naszym przypadku jeden z elementów zrywarki uniwersalnej ZDM - 10/91. 3. Próbki wg. PN - 64/M-69720, PN - 75/H-83109 4. Suwmiarka uniwersalna MAUf z noniuszem 0,05 mm i z zaciskiem (wg. PN - 72/M-53131). 5. Czujnik zegarowy MDAa (wg. PN - 68/M-53260) do pomiaru strzałki ugięcia. 6. Instrukcja nr 2.3. 7. Kątomierz IV Wiadomości uzupełniające. 1. Wstęp. 1.1 Przedmiot normy. Przedmiotem normy jest próba zginania płaskich próbek metalowych oraz płaskich spawanych lub zgrzewanych złącz metalowych, stosowana w celu sprawdzenia plastyczności złącza. 1.2 Wykonanie i zastosowanie próby zginania. Próbę zginania przeprowadza się najczęściej na próbkach wykonanych z materiałów charakteryzujących się małą plastycznością. Dzięki tej próbie otrzymuję się nieco więcej danych o badanym materiale niż przy próbie na rozciąganie. Podczas zginania materiału można określić: umowną wytrzymałość na zginanie Rg, strzałkę ugięcia fg pod obciążeniem Fg ( gdzie Fg - największa siła obciążająca uzyskana w czasie próby zginania) oraz moduł sprężystości podłużnej E. Próby technologiczne stosuje się jako próby pobiercze, ponieważ są one łatwe do przeprowadzenia zarówno ze względu na prostotę przyrządu, jak i na zredukowanie do minimum obróbki badanej spoiny. Podczas procesu spawania mogą powstać różnego rodzaju wady, które w następstwie powodują osłabienie złączy. Występują wady zewnętrzne i wewnętrzne. Podział wad złączy spawanych podany jest w normie PN - 75/M-69703. Wybór metody badania zależy od rodzaju przewidywanych wad. Najskuteczniejszymi metodami badań spoin są badania metalograficzne i ultradźwiękowe. Najprostsze i zarazem najczęściej stosowane badania spoin sprowadzają się do badań mechanicznych specjalnie przygotowanych próbek w celu określenia ich wytrzymałości na rozciąganie, twardości, plastyczności lub udarności. Zajmujemy się tu sposobami badań technologicznych. Często stosowana jest próba zginania złączy spawanych. Do próby zginania płaskich złączy spawanych wg PN - 64/M-69720 stosuje się próbki paskowe. Z każdego złącza pobiera się trzy próbki danego rodzaju. Próby te mają na celu zbadanie minimum zachowania się złącza w warunkach podobnych do przyszłych warunków eksploatacyjnych.

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
2. Stosowane Wzory i ich interpretacja. Zginanie jest bardzo ważnym działaniem wytrzymałości materiałów. Ze zjawiskiem tym spotykamy się na każdym kroku. Odkształcenie elementu zginanego, który poddany jest działaniu dwóch par sił o momentach równoległych, lecz przeciwnie zwróconych, nazywamy czystym zginaniem. Zginanie zachodzące pod wpływem dowolnych sił nazywamy zginaniem złożonym. Na belkę może działać odciążenie w postaci sił skupionych lub obciążenia ciągłego. - Siła skupiona jest to, obciążenie przyłożone w jednym punkcie lub rozłożone na małym odcinku. - Obciążenie rozłożone równomiernie na znacznej długości nazywamy równomiernym obciążeniem ciągłym. Wytrzymałość na zginanie - umowne naprężenie odpowiadające największej sile obciążającej, uzyskanej w czasie przeprowadzania próby zginania. Po przekroczeniu tych naprężeń materiał ulega zniszczeniu. Strzałka ugięcia - przesunięcie przekroju poprzecznego próbki po linii działania siły obciążającej Fg, odpowiadającej jej największej wielkości. Wartość naprężeń normalnych w przekrojach poprzecznych zginanych belek zależy od momentu zginającego oraz od wymiarów i kształtu przekroju belki. Jeżeli dla belki zginanej ma być spełniony warunek bezpieczeństwa, naprężenia w niej występujące nie mogą przekroczyć dopuszczalnego naprężenia przy zginaniu, które oznacza się przez kg. Uzupełniając powyższe wzór przedstawimy następująco W naszym przypadku naprężenia dopuszczalne kg zastępujemy umowną wartością na zginanie Rg, która jest celem naszych badań. Zatem wzór przybierze postać: Obliczając z tego wyrażenia Mg, otrzymujemy Jest to największy moment zginający, który może przenieść belka o danych wymiarach przekroju (o danym wskaźniku Wx). Możemy również napisać: Taki musi być wskaźnik przekroju belki, aby mogła ona bezpiecznie przenieść dany moment zginający.

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
Dla przekroju prostokątnego: W naszym przypadku: Zatem: Stąd maksymalna siła gnąca Wzór służy do obliczania zakresu maszyny wytrzymałościowej dla próby zginania próbek o przekroju prostokątnym. Na podstawie tego wzoru możemy również obliczyć wytrzymałość na zginanie. Po przekształceniu otrzymamy: (dla próbek o przekroju prostokątnym) Na koniec przypominamy sobie ogólny wzór na wskaźnik wytrzymałościowy przekroju na zginanie. Tw. Wskaźnikiem wytrzymałości przekroju na zginanie nazywamy stosunek momentu bezwładności tego przekroju względem osi obojętnej do odległości włókien skrajnych od tej osi.

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
Jx - moment bezwładności przekroju belki względem osi obojętnej w cm^4 e - odległość włókien skrajnych (najdalej położonych) od tej w cm. Pmax - siła niszcząca Rg - wytrzymałość na zginanie w Kg/mm^2 lo - długość próbki w mm (odległość między podporami) Mg - moment gnący Wx - wskaźnik wytrzymałości względem osi x h - szerokość próbki g - wysokość próbki (grubość próbki) 3. Budowa i działanie uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej ZDM 10/91. 3.1 Budowa 1-napęd przesuwu taśmy, 2-skala siłomierza, 3-dźwignia uchylna, 4-obciążnik, 5-koło ręczne, 6-dźwignia sprzęgła, 7-skala siłomierza, 8-dźwignia siłomierza, 9-zespół dźwigni, 10-uchwyty wymienne, 11-wyłącznik przyciskowy, 12-głowica uchwytowa, 13-taśma przesuwu papieru, 14-skala siłomierza, 15-taśma papierowa z podziałką, 16-śruba pociągowa, 18-korba urządzenia ręcznego, 19-kolumny główne, 20-prowadnice, 21-pokrywa, 22-tarownik. W skład wyposażenia tej maszyny dodatkowo wchodzą: - urządzenie do próby zginania, składające się z tłocznika, stołu z ruchomymi podporami, oraz podpory nastawnej, - urządzenie do próby ściskania, składające się z górnej płyty naciskowej, podpory nastawnej, podkładki kulistej i stołu, - ponadto jest wyposażona w wymienne szczęki płaskie i pryzmatyczne do Szybkosprawnych uchwytów klinowo - zaciskowych. 3.2 Działanie zrywarki. Zrywarka posiada mechaniczny napęd mechanizmu obciążającego. Dolna głowica uchwytowa połączona jest ze śrubą pociągową, którą napędza nakrętka. W skutek tego śruba

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
przesuwa się i obciąża próbkę. Obrót nakrętki odbywa się za pomocą ślimaka i ślimacznicy, są one samohamowne i dlatego głowica nie może wykonać ruchu powrotnego nawet przy największym obciążeniu. Szybkość obciążania jest regulowana bezstopniową przekładnią łańcuchową - system PIV umożliwia regulację szybkości przesuwu od 0 mm/min do 25 mm/min. Przekładnia ta pracuje bez poślizgu i dlatego nastawione prędkości są niezależne od wywieranego obciążenia. 4. Budowa i działanie przyrządu do zrywania. 4.1 Budowa Legenda: 1-tłocznik 2-podpora nastawna 3-podpory ruchome 4-stół 5-próbka Próbę zginania należy wykonać siłami ściskającymi, przy zastosowaniu maszyny do badań wytrzymałościowych na ściskanie i urządzenia przedstawionego na schemacie. Trzpień gnący jest zaokrąglony. Na półokrągłej powierzchni trzpienia mogą być nacięte ząbki. Jeżeli normy szczegółowe lub warunki techniczne nie ustalają inaczej, grubość trzpienia powinna być równa dwukrotnej długości próbki. Obliczoną grubość trzpienia należy zaokrąglić w granicach do 5mm w górę. Szerokość trzpieni gnących powinna być większa niż szerokość próbki. Środek trzpienia gnącego na obu stronach można oznaczyć widoczną rysą. Trzpień powinien być zabezpieczony w przyrządzie przed obracaniem się podczas próby zginania. Średnica rolki powinna wynosić 30 lub 50 mm, a długość rolki powinna być większa od szerokości próbki. Rolki powinny swobodnie obracać się w łożyskach przyrządu. Rozstawienie rolek w zależności od grubości trzpienia gnącego d i grubości próbki g podano na rysunku PN-64/M-69720-6 4.2. Działanie przyrządu do przeprowadzania próby zginania. Urządzenie wg rysunku przedstawionego w pkt.4.1, składa się z podpory nastawnej poprzez którą wywierany jest nacisk (podczas przeprowadzania próby) na stępel tzn. na tłocznik.

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
Prócz tego na stole przyrządu umieszczone są dwie podpory ruchome, na których umieszcza się próbkę. Od góry próbka dociskana jest tłocznikiem. I tak w położeniu tym tj. między podporami ruchomymi, a tłocznikiem trwa do momentu zakończenia próby zginania. 5. Technika przygotowania próbek. 5.1. Pobieranie próbek. Próbki do próby zginania w postaci odcinków należy pobierać w sposób nie wpływający na zmianę własności mechanicznych. 5.1.1. Wymiary odcinka próbnego powinny być zgodne z PN-67/M-69707 p.5.3. 5.1.2. Wycinanie odcinków próbnych powinno być zgodne z PN-67/M69707 p.5.6. 5.1.3. Wypaczenie odcinka pobranego z próbnego złącza spawanego nie może być większe niż podano w PN-67/M-69707 p.5.7. 5.1.4. Przesunięcie krawędzi w odcinku próbnym nie powinno przekraczać granic podanych w PN-67/M-69707 p.5.9. 5.1.5. Obróbka cieplna - wg. PN-67/M-69707 p.4.6. 5.2. Wymiary próbek 5.2.1. Grubość próbki: a) przy grubości do 25 mm próbka zachowuje grubość odcinka próbnego (wymiar g na rysunku) b) przy grubości ponad 25 mm odcinek próbny zestruguje się do grubości 25 mm po tej stronie, na której materiał będzie ściskany przy gięciu. Dopuszcza się odcinki próbne o grubości ponad 70 mm przecinać na paski i obrabiać je wiórowo do gru- bości 25 mm, z poszczególnych pasków wykonuje się oddzielne próbki z zachowa- niem zasad wymienionych w niniejszym rozdziale. Rysunek próbki paskowej 5.2.2. Szerokość i długość próbek należy obliczyć ze wzorów: h = 20 mm dla g powyżej 3 mm do 10 mm h = 30 mm dla g powyżej 10 mm h = d + 2,5 g + 100 mm w których: h - szerokość próbki paskowej poprzecznej mm L - długość próbki paskowej mm g - grubość próbki mm d - grubość trzpienia gnącego mm 5.3. Obróbka próbek 5.3.1. Obróbka próbki o przesuniętych krawędziach. Przesunięte krawędzie w próbce paskowej należy usunąć wiórowo do zrównania z powierzchnią materiału rodzimego, jak na rysunku.

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
5.3.2. Obróbka próbki o niejednakowej grubości. Jeżeli łączone części są różnej grubości, to części o większej grubości należy obrócić wiórowo do zrównania z powierzchnią cieńszej części, jak na rysunku. 5.3.3. Obróbka nadlewów i spęczeń. W obróbkach wszystkich rodzajów nadlewów spoin lub spęczenie zgorzelin należy usunąć aż do zrównania z powierzchnią materiału rodzimego. 5.3.4. Wady powierzchniowe spoin w próbce paskowej poprzecznej, jak np. podtopienia, brak przetopu, wklęśnięcia w licu itp., należy usunąć wiórowo aż do otrzymania równej powierzchni. 5.3.5. Zaokrąglenia krawędzi. Podłużne krawędzie próbki paskowej na długości l należy zaokrąglić pilnikiem. Promień zaokrąglenia r powinien wynosić 0,1 grubości próbki. 5.4. Wyznaczenie osi przekroju złącza. Na bocznych powierzchniach próbki paskowej poprzecznej należy wygładzić i wytrawić przekrój spoiny lub zgorzeliny a po wystąpieniu zarysu spoiny lub zgorzeliny wyznaczyć oś przekroju. W przypadku złącz spawanych oś przekroju należy wyznaczyć pośrodku tej strony spoiny, która będzie rozciągana przy gięciu. 6. Technika badań w czasie wykonywania prób zginania. 6.1. Temperatura wykonania próby. Próbę zginania należy przeprowadzić w temp. otoczenia, lecz nie niższej niż 10^°C. Przy przeprowadzaniu próby temperaturę należy sprawdzać tylko w przypadkach spornych. 6.2. Liczba próbek. Próbę zginania powinno przeprowadzać się na trzech próbkach jednakowego rodzaju, pobranych z tego samego materiału badanego lub złącza. 6.3. Badanie próbek przed próbą. Przed przystąpieniem do próby należy sprawdzić, czy wykonanie próbki jest zgodne z wymaganiami normy, oraz przeprowadzić jej oględziny w celu wykrycia i odnotowania ewentualnych wad zewnętrznych. 6.3.1. Jeżeli wykonanie próbki nie odpowiada wymaganiom normy oraz jeżeli normy szczegółowe lub warunki techniczne nie ustalają inaczej, próbkę paskową należy zastąpić próbką tegoż rodzaju pobraną z badanego materiału lub złącza. 6.4. Strona rozciągania próbki za złączem spawanym. Jeżeli normy szczegółowe lub warunki techniczne nie ustalają inaczej, to próbę przeprowadza się tak aby rozciąganiu podlegała ta strona próbki, na której spoina jest szersza. 6.5. Umieszczenie próbki paskowej.

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
Po sprawdzeniu ustawienia przyrządu próbkę umieszcza się w sposób przedstawiony w punkcie 4.2, a następnie po lekkim dociśnięciu trzpienia próbki sprawdza się, czy rysy wyznaczające środek trzpienia gnącego leżą dokładnie na przedłużeniu osi przekrojów spoiny lub zgrzeiny w próbce paskowej poprzecznej. 6.6. Zginanie próbek. Zginanie próbki paskowej wykonuje się przez nacisk przesuwającego się trzpienia gnącego. Prędkość przesuwu trzpienia gnącego nie powinna przekraczać 1mm/sek. Zginanie próbki należy przeprowadzić do żądanego kąta zgięcia w razie wystąpienia pęknięcia na powierzchni próbki zginanie należy przerwać. Naderwania o długości do 5 mm nie pogłębiające się przy dalszym zginaniu próbki nie są uważane za pęknięcie. Jeżeli po zginaniu w przyrządzie próbka nie wykaże pęknięć należy ją dalej doginać pod prasą lub w imadle aż do osiągnięcia równoległego położenia ramion odpowiadającego kątowi zgięcia 180^o. Doginanie próbki należy jednak przerwać w razie wystąpienia pęknięć na powierzchni próbki. 6.7. Pomiar kąta zgięcia. Po ukończeniu zginania lub doginania próbki oraz po wyjęciu próbki z przyrządu należy zmierzyć kąt zgięcia próbki. Jako wynik badania przyjmuje się średnią arytmetyczną z wyników badań trzech próbek, przy czym dopuszcza się jedną próbkę, której kąt zgięcia jest niższy od wymaganego, lecz nie więcej niż 10%. 6.8. Oględziny próbki po próbie. Po wykonaniu próby przeprowadza się oględziny i notuje charakterystyczne cechy zgięcia, jak wygląd powierzchni, położenia i wymiary pęknięć lub naderwań, ewentualnie wady spawania lub zgrzewania itd. 6.9. Próba powtórna. Jeżeli kąt zgięcia będzie mniejszy od wymaganego, albo oględziny wykażą wady złącza określone w normie szczegółowej lub warunkach technicznych jako niedopuszczalne, oraz jeżeli normy szczegółowe lub warunki techniczne nie ustalają inaczej, to próbę należy powtórzyć, zastępując każdą wadliwą próbkę przez dwie próbki tegoż rodzaju pobrane z badanego złącza. 6.10. Odczytanie siły zginania. Siłę należy odczytać bez stosowania interpolacji między działkami skali siłomierza. V. Przebieg ćwiczenia. 1. Przygotowanie stanowiska. 1.1. Określić temperaturę próby (10^oC<t<30^oC) 1.2. Odkonserwować: - przyrząd do przeprowadzenia próby zginania - suwmiarkę 1.3. Sprawdzić stan techniczny maszyny wytrzymałościowej i sprzętu kontrolnego. 1.4. Uzbroić maszynę w przyrząd do przeprowadzenia próby zginania. 1.5. Przygotować tabele pomiarowe. 2. Przebieg badań. 2.1. Pomiary próbki 2.1.1. Sposób pomiaru: - dokonać oględzin próbki przed badaniem - określić rodzaj próbki

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
- określić wymiary próbki - określić odległość między podporami - obliczyć wskaźnik wytrzymałości na zginanie 2.1.2. Szkic pomiarowy. 2.1.3. Wzory obliczeniowe - odległość między podporami lo = d + 3g + 30 [mm] - wskaźnik wytrzymałości na zginanie Wx = 2.1.4. Tabelaryczne zestawienie wyników Rodz. próbki średnica trzpienia szerokość próbki grubość próbki długość próbki odl. wsk. temp. d1 d2 d h1 h2 h g1 g2 g L1 L2 L lo Wx t jedn. mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mata 2.2. Próba zginania. 2.2.1. Sposób przeprowadzenia próby: - określić zakres zrywarki - założyć obciążenie na wahadle w zależności od dobranego zakresu - wyzerować maszynę (skala sił) - włączyć maszynę do sieci - ustawić dźwignię maszyny na posów wolny - uruchomić maszynę - ustawić prędkość zginania maszyny - wyłączyć maszynę - ustawić odległość między podporami - założyć próbkę - włączyć maszynę i na posuwie powolnym dosunąć trzpień zginający do badanej próbki - wyłączyć maszynę - ustawić dźwignię maszyny na posów ręczny - obracając kołem posuwu ręcznego zlikwidować luz między próbką, trzpieniem i podporami - ustawić liniał do pomiaru strzałki ugięcia na 100 - włączyć maszynę - odczytywać wartość siły zginającej dla strzałki ugięcia zmieniającej się co 1 mm - wyłączyć maszynę w chwili pęknięcia próbki - wyniki zanotować w tabeli 2.2.2. Wzory obliczeniowe:

Zespół Szkół Mechanicznych w Grudziądzu	PRACOWNIA TECHNICZNA
		Dział NR.	Ćwiczenie NR.
- zakres - moment gnący w połowie próbki - naprężenia gnące w połowie belki 2.2.3. Tabelaryczne zestawienie wyników: Zakres maszyny Prędkość zginania strzałka ugięcia F Mm 0 1 2 3 4 5 siła gnąca P kG 0 mom. gnący M2 kGmm 0 napr. gnące σg kG/mm^2 0 2.3. Próbka po zgięciu 2.3.1. Sposób badań: - odczytać wartość siły Pmax i strzałki fmax - zdjąć próbkę - zmierzyć kąt zgięcia próbki α - dokonać oględzin próbki po próbie - wyniki badań zestawić w tabeli

---