20071109061547623

PRZEDMOWA

Opracowany skrypt zawiera odpowiedni zakres wiadomości i.instrukcji potrzebnych do dokładnego zrozumienia wybranych procesów obróbki plastycznej, realizowanych podczas ćwiczeń laboratoryjnych na Wydziale Mechanicznym Filii Politechniki Łódzkiej w Bielsku - Białej.

ł

Ćwiczenia są opracowane dla studentów kierunku Technika Wytwarzania i kierunku Mechanika, ale liczba i zakresy ćwiczeń podane dla studentów kierunku Mechanika są mniejsze. W związku z tym prowadzący ćwiczenia powinni dokonać wyboru odpowiedniego materiału.

Wykonanie wszystkich ćwiczeń należy traktować jako program maksimum, ponieważ można pominąć te ćwiczenia,których realizacja nie jest możliwa z przyczyn obiektywnych; np: tłoczenie wybuchowe. Takie opracowanie skryptu pozwala na pewną swobodę w wyborze ćwiczeń.

Załącznikami do skryptu są komplety protokołów z ćwiczeń laboratoryjnych, których opracowanie wymaga tylko merytorycznego wkładu pracy od studenta i odciąża go od zbędnych czynności przy wykonywaniu sprawozdań.Oczywiście,przy ponownym wykorzystywaniu skryptu należy dostarczyć studentom odbitki kserograficzne wykonane z protokółów wzorcowych.

Autorzy

/

c

wiosen

i

e

\

PRÓBA STATYCZNA ROZCIĄGANIA BLACH

1.1. Cel dwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie wyznaczania właściwości wytrzymałościowych i plastycznych badanej blachy, a więc cech określających w pewnym stopniu przydatność danej blachy do tłoczenia.

1.2. Maszyna do przeprowadzenia statycznej próby rozciągania

Próba statyczna,rozciągania zostanie przeprowadzona na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej typu ZD-10 firmy VEB WERKSTOFFPRUFFMASCHINEN - LEIPZIG.

Zakres zastosowań

Zrywarka służy do badania mechanicznych własności materiałów, w szczególności zaś do przeprowadzania prób na rozciąganie, ściskanie i gięcie. Zrywarka ta posiada napęd hydrauliczny. Główne zespoły pulpitu sterującego to: siło-mierz obrotowy, urządzenie zapisujące przebiegi naprężeń, urządzenie włączające.

Dane techniczne:

a)    model ŻD-10 dla siły do 10 T (98066 N),

b)    szerokość przestrzeni roboczej -510 mm,

c)    wysokość przestrzeni do rozciągania 25+350 mm,

d)    wysokość po założeniu uchwytów - max 600 mm,

e)    szybkość posuwu 0+200 mm/min,

f)    silnik elektryczny 380 V, 50 Hz, moc 5*6 kW.

Pulpit sterowniczy: obudowa pulpitu jest wykonana z blachy stalowej _f z hydraulicznym napędem w środku; siło-mierz wskazówkowy do mierzenia sił maksymalnych i średnich.

Zakresy skal: 0+1 T (9806 N), 0+4 T (39227 N),    0+10 T

(98066 U). Granica błędu wynosi £

Rys. 1.1. Zrywarka uniwersalna Maszynę wytrzymałościową przedstawiono na rys. 1.1

1.3- Przygotowanie próbek do rozciągania

Próbki do rozciągania należy wykonać zgodnie z PN-71 /H-0431 0* natomiast pomiary należy przeprowadzić na

pięciu próbkach wykonanych z jednego rodzaju blachy .Próbki należy cechować liczbą kolejną, a w razie potrzeby numerem wytopu lub znakiem umownym. Znaki należy umieszczać na główkach próbek.

Wymiary i kształt próbek płaskich z główkami przedstawiono na rys. 1.2 i w tabeli 1.1. Wymiary i kształt próbek płaskich o grubości minimum 0,2 mm bez główek przedstawiono na rys. 1 .3 i w tabeli 1.2.

Rys. 1.2. Próbka płaska z główkami

do

Rys. 1.3- Próbka płaska bez główek

■ Tabela 1.1 Wymiary próbek płaskich z główkami

	«■			Długości próbek
a . 0 około	b 0	H	m [min]	pięciokrotnych U0 = 5,65-/^)			dziesięciokrot nych (l = u ,3ysT) o 'o
				L o	Lc [min]	^Lt [min]	^Lo	^Lc [min]	^Lt [min]
1	2	3	4	5	6	n t	8	9	10
0,2	15	25	40	“ ■:	- ■		20	50	160
0,3	15	25	40	-		-	25	50	1 60
0,4	15	25	40	-	-	-	30	50	1 60
°,5	20	30	50	20	50	170	40	50	170
1,0	20	30	50	25 ;■	50	180	50	60	190
1,5	20	30	50	30	50	180	60	70	200
2,0	20	30	50	35	50	180	70	80	210
2,5	20	30	50	40	50	180	80	90	220
3,0	20	30	60	45	55	205	90	1 00	250

Wymiary próbek mierzy się przed przeprowadzeniem-próby rozciągania i po zerwaniu próbki. Przed wykonaniem,próby rozciągania należy oznaczyć na próbce długość pomiarową z

Wymiary próbek płaskich, bez główek

			Długości próbek
0 około	^bo	m [inin	pię ciokrotnych (L0 = 5,65^)			dziesięciokrotnych a0 = 11,3^)
			^Lo	1 [min]	[min]	^Lo	^T‘c [min]	[min]
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0,2	15	40	-	-	-	20	50	150
0,3	15	40	-	-	-	25	50	150
0,4	15	40	“	-	-	30	50	130
0,5	20	50	20	50	1 50	40	60	150
1,0	20	50	25	50	1 50	50	60	1 60
1,5	20	50	30	50 '	1 50	60	70	170
2,0	20	50	35	50.	150	70	80	180
2,5	20	50	40	50	1 50	80	90	1 90
3,0	20	60	45	55	1.75	90	100	220

dokładnością do i 1$ oraz dokonać podziału na równe części w odstępach co 5 lub 1 0 mm za pomocą:

a)    rysika w przypadku próbek okrągłych oraz płaskich o grubości 2 mm i powyżej,

b)    ołówkiem, atramentem, tuszem w przypadku próbek płaskich o grubości poniżej 2 mm.

u

1 .4. Wykonanie próby rozciągania

Podczas przeprowadzania prób rozciągania na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej należy zachować kolejność czynności obsługi pod kontrolą prowadzącego ćwiczenia.Próbę przeprowadza się w temperaturze otoczenia, lecz nie niższej niż 10°C. Próbkę należy zamocować w uchwytach maszyny wytrzymałościowej, pś próbki powinna się pokrywać z kierunkiem rozciągania. Warunek ten powinien być zachowany szczególnie przy wyznaczaniu naprężeń przy umownych wydłużeniach. Prędkość rozciągania przy wyznaczaniu wyraźnej granicy plastyczności R , ij. w zakresie płynięcia metalu z zmniej-szającym się przyrotem naprężenia, licząc od momentu osiągnięcia 90fo siły odpowiadającej przewidywanej granicy plastyczności, nie powinna przekraczać 15$ długości pomiarowej próbki na minutę.. Siły należy odczytać bez zastosowania interpolacji między działkami siłomierza.

Próbę rozciągania unieważnia się, jeżeli:

a)    na próbce tworzy się więoej, niż jedna szyjka,

b)    próbka rozerwała się poza długością pomiarową,a obli-.czone wydłużenie nie odpowiada wymaganiom stawianym danemu

materiałowi,

c)    próbka rozerwała się z powodu znaku lub rysy spowodowanej niewłaściwą obróbką mechaniczną i nie wykazuje wymaganego wydłużenia lub przewężenia,

d)    próbka rozerwała się na skutek miejscowej wady wewnętrznej materiału.

W tych przypadkach należy próbę rozciągania powtórzyć w tej samej liczbie próbek, które unieważniono; nie uwzględnia się wyniku próby poprzedniej.

1-5* Obliczenia

Oznaczenia wymiarów próbek podano w tabeli 1-3, a oznaczenia wydłużeń i przewężeń w tabeli 1.4, natomiast siły obciążające i naprężenia w tabeli 1.5*

Tabela 1 >3

Oznaczenia wymiarów próbek

Symbol	Jed nostka	Wielkości podstawowe
1	2	3
^do	[mm]	pierwotna średnica próbki
^du	M	średnica najmniejszego przekroju poprzecznego próbki po rozerwaniu
	[mm]	średnica próbki po rozerwaniu mierzona w ■g- odległości między miejscem rozerwania a końcem długości pomiarowej na dłużśzej części próbki
^ao	[mm]	pierwotna grubość próbki o przekroju poprzecznym prostokątnym
^au	[mm]	najmniejsza grubość próbki o przekroju poprzecznym prostokątnym w miejscu rozerwania
b o	w	pierwotna szerokość próbki o przekroju poprzecznym prostokątnym
^u	[mm]	największa szerokość próbki o przekroju poprzecznym prostokątnym w miejscu rozerwania
^So	i—i . s t—j ,	pole (powierzchnia) pierwotnego przekroju poprzecznego próbki
^su	[nim^2]	pole (powierzchnia) najmniejszego przekroi ju poprzecznego próbki po rozerwaniu .

Tabela 1 .4

Oznaczenia wydłużeń i przewężeń próbek

Symbol	Jed nostka	Wielkość podstawowa
1	* 2	3
	[mm]	pierwotna długość pomiarowa próbki lub odległość między ostrzami ekstensometru
	[mm]	pierwotna długość równoległej części próbki
^Lt	W	całkowita długość próbki*
^Lu	[mm]	długość pomiarowa próbki po rozerwaniu
	k i £i	trwałe umowne wydłużenie bezwzględne próbki
~^s	[mm]	sprężyste wydłużenie bezwzględne próbki
ń\T Y	[mm]	całkowite (trwałe + sprężyste) umowne wydłużenie bezwzględne próbki
Al	[mm]	trwałe wydłużenie bezwzględne próbki po zerwaniu '■ 4L = LU-L0
X	tu ]	umowna wartość wydłużenia trwałego ALV x = T^X 100 Lc
y	lni	wartość wydłużenia sprężystego AL y = —100 ^Lo
Y		umowna wartość wydłużenia całkowitego (trwałego + sprężystego) AL v - / 100 ^Lo

1	2	3
A P	[*]	wydłużenie próbki proporcjonalnej po rozerwaniu (gdzie p oznacza wskaźnik wielokrotności długości pomiarowej LQ w odniesieniu do pierwotnej średnicy dQ lub średnicy równoważnej próbki o przekroju nieokrągłym, równej 1,13-j/S^
^ALo	M	wydłużenie próbki nieproporcjonalnej po rozerwaniu; np. A80 oznacza wydłużenie próbki o stałej długości pomiarowej., równej L - 80 mm • 0
^Ar	w	wydłużenie równomierne próbki po rozerwaniu
Z	w	przewężenie w miejscu rozerwania próbki

Tabela 1.5

Oznaczenia sił obciążających i naprężeń

Symbol	Jednostka w układzie		Wielkość podstawowa
	MKS	SI
1	2	3	■ 4
F	[kG]	M	siła obciążająca
P X	[kg]	i—i i_i	■siła obciążająca wywołująca umowne wydłużenie trwałe x
F. tv	CkG]	[H]	siła obciążająca wywołujące umowne wydłużenie całkowite v
F ^£q	[k&]	M	siła obciążająca, odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności,w przypadku potrzeby rozróżnia się: siłę obciążającą Fejj, odpowiadającą górnej granicy plastyczności oraz siłę Fg^, odpowiadającą dolnej granicy plastyczności

Tabela 1.5 (cd.)

1	2	3	4
s* m .	[kG]	m.	największa siła obciążająca osiągnięta w czasie próby
F 7^U	L—1	[N]	siła obciążająca w chwili rozerwania próbki
R	[kG/mm^2]	[u/mm^2]	naprężenie rozciągające
Rx	[kG/mm^2]	Ł/mm^2]	naprężenie graniczne przy umownym wydłużeniu trwałym x
R px	[kG/ mm^2]	[u/™^2]	naprężenie graniczne przy umownym wydłużeniu trwałym wyznaczone metodą obciążania
R rx	[kG/mm^2]	[WG	naprężenie graniczne przy umownym wydłużeniu trwałym z, wyznaczone metodą odciążania
fi. tv	[kG/mm^2]	[if/mm^]	naprężenie graniczne przy umownym wydłużeniu całkowitym v
R e	[k(ł/_^2]	[u/mm^2]	wyraźna granica plastyczności, w przypadkach potrzeby różróżnia się ^ReH ~ S^rną granicę plastyczności oraz R^ - dolną granicę plastyczności
V	[kG/mm^2]	[u/mm^2]	wytrzymałość na rozciąganie
R V	[kG/mm^2] .	[R/mm^2]	naprężenie rozrywające
E	[kG/mm^2]	[it/mm^2]	moduł sprężystości wzdłużnej (moduł Younga)

1.Wydłużenie oraz A^_q - stosunek trwałego wydłużenia bezwzględnego próbki po rozerwaniu AL do długości pomiarowej L_q, wyrażony w procentach:

- dla próbek proporcjonalnych

A

AL

P

100,

- dla próbek nieproporcjonalnych

A

Lo

100.

Przed obliczaniem wyniku należy dokonać pomiaru długości próbki po zerwaniu. ¥ tym celu obie części próbki składa się tak, aby przylegały do siebie, a oś stanowiła linię prostą.

2, Wydłużenie równomierne A- wydłużenie niezależne od długości pomiarowej próbki i mierzone z wyłączeniem wpływu wydłużenia w pobliżu miejsca zerwania (szyjki próbki), wyrażone w procentach:

- dla próbek okrągłych (w przybliżeniu)

3. Przewężenie 2 - zmniejszenie pola (powierzchni) przekroju poprzecznego próbki w miejscu zerwania,odniesione do pola (powierzchni) jej pierwotnego przekróju,wyrażone w procentach:

S-S

z = —oo

o

lub

100.

4. Naprężenie rozciągające R - stosunek siły P do pola (powierzchni) pierwotnego przekroju poprzecznego S , wy-

p    p    o

rażony w kG/mm (U/mm ):

\ 5-^: Wyraźna granica plastyczności R₀ - naprężenie rozciągające, przy osiągnięciu którego występuje wyraźny

wzrost wydłużenia rozciąganej próbki (przy zmniejszonym, bez wzrostu, lub nawet przy krótkotrwałym spadku siły ob-

2 2

ciążającej), wyrażone w kG/mm (N/mm ):

F

^Ee '

6. Umowna granica plastyczności R_n * - naprężenie roz-

O    Q w f oL

ciągające, wyrażone w kG/mm (N/mm), wywołujące w próbce umowne wydłużenie trwałe x = 0,2$:

S,

R = _°t.²

0,2

7■ Wytrzymałość na rozciąganie R^ - naprężenie rozcią-gające, wyrażone w kG/mm^ (N/mm^), odpowiadające największej sile obciążającej uzyskanej podczas przeprowadzania próby:    _p

R - ^m .

“ s_o

8. Naprężenie rozrywające R - naprężenie rzeczywiste, 2    2    u

wyrażone w kG/mm (N/mm ),.występujące w przekroju poprzecznym próbki w miejscu przewężenia w chwili zerwania:

u

R = ■ u

u

Na podstawie wyników pomiarów i obliczenia, zgodnie PN, należy sporządzić protokół próby.

1.6. Treść sprawozdania

Sprawozdanie powinno zawierać:

-    rysunek próbki z podaniem wymiarów,

-    charakterystykę przyrządów,

-    protokół pomiarów,

-    wykres rozciągania dla przeprowadzonej próby,

-    określenie gatunku materiału na podstawie załączonych tabel 1 .6 i 1.7,    ,

-    wnioski.

Uwaga: jednostki sił należy podawać w kG- oraz IT.

Tabela 1.6

Własności mechaniczne taśmy zimno walcowanej ze stali konstrukcyjnej jakościowej

Znak sta li	Taśma utwardzona		Taśma wyżarzona
	wytrzymałość na rozciąg. Rm [kG/mm^2]	vrydłużenie wzgl. A,j Q [f0] (nie mniejsze)	wytrzymałość na rozciąg. Rm [kG/mm^2]	■Wydłużenie wzgl. A1Q M (nie mniejsze)
15	45+80	3	52+50	22
20	50+85	2	32+55	20
25	55+90	2	55+60	18
30	65+ 95	2	40+60	16
35	65+95	2	40+65	16
40	65+100	2	45+70	15
45	70+105	1,5	45+70	15
50	75+110	1,5	45+75	13
55	75+110	1,5	45+75	12
60	75+115	1,0	45+75	12
65	75+115	1,0	45+75	10
70	■ 75+115	1,0	45+75	10

Własności mechaniczne blach i taśm

Tabela 1 .7

Nazwa materiału	Stan	Wytrzymałość na rozciąg. Rm [kG/mm^2]	Wytrzymałość na ścianie [kG/mm^2]	Wydłużenie względne ^A10 W
	miękki	30	26	40
	zimno-	30	26	36
	walców,	35	50	25
	półtwar-	35	50	25
mosiądz	dy zim-
	no wal-	38	33	20
	cow-			/
	twardy	40	34	j 15
	zimno-	42	36	10 ^x
	walców.	45	40	5
aluminium	miękkie	7,5+11	7	30+20
	tyarde	■' 12+15	11	9+6

LITERATURA

[1.3 Katarzyński S., Kocańda 3.: Badanie własności mechanicznych metali. WITT, Warszawa 1967. [2] Pn-71/H-04510 - Próba statyczna rozciągania metali.

rot odsunąć dociskacz od matrycy tak, aby można było wyjąć badaną próbkę blachy,

- wyłączyć oświetlenie elektryczne.

Kształt i wymiary próbek

Dp próby tłoczności metodą Erichsena stosuje się próbki prostokątne, kwadratowe lub okrągłe o szerokości lub średnicy i grubości podanych w tabeli. Długość próbki prostokątnej powinna zapewnić możliwość wykonania co najmniej trzech wgłębień; odległość pomiędzy środkami sąsiednich wgłębień wykonanych stemplem lub kulką o średnicy 3,8 lub 1 5 mm powinna wynosić co najmniej 55 mm, a odległość pomiędzy środkami sąsiednich wgłębień wykonanych stemplem lub kulką o średnicy 20 mm powinno wynosić co najmniej- 90 mm-Na próbkach okrągłych lub kwadratowych można wykonać tylko j edno-wgłębienie. Środki wgłębień powinny znajdować się w środku szerokości próbki. Prostowanie próbek na zimno lub gorąco, obróbka cieplna oraz młotkowanie próbek są niedopuszczalne. Brzegi próbek nie powinny mieć gradu i zadziorów oraz nie powinny wykazywać odkształceń utrudniających zamocowanie próbki w przyrządzie do pomiaru tłoczno-ści.

Wynik i ocena próby

Wynik pomiarów tłoczności metodą Erichsena stanowi śred nia arytmetyczna wyników pomiarów głębokości trzech wtłoczeń. Miarą .tłoczności, jest głębokość wgłębienia w badanej próbce blachy, odczytana na skali przyrządu, wyrażona w milimetrach i zaokrąglona do 0,1 mm. Głębokość ta odpowiada drodze przebytej przez tłocznik od położenia zerowego aż do położenia w chwili wystąpienia pęknięcia. Na rysunku 2.3 podano zestawienie wyników próby na tłoczenie dla różnych blach. Tłoczność badaną metodą Erichsena należy