Розділ 6. Конструкція та робота обладнання для випробування механічних властивостей

6.1 Обладнання для випробування на розтяг.

Для випробування на розтяг використовують машину УМЭ-10Т. Конструктивно машина УМЭ-10Т складається з таких вузлів (див. рис.6.1,а): машина 1, пульт керування з електронною та електропривідною апаратурою 2 і нагрівальні пристрої, що складаються з шафи керування 3, термостату (373-773 К) та печі (773-1273 К). Основа 15, колонни 9 та верхня траверса 10 утворюють жорстку раму машини (див.рис.6.1, б). На верхній траверсі кріпиться силовимірювальний датчик (динамометр) 11, що являє собою полий циліндр з прікрипленими до нього тензометричними датчиками опору. Верхній захват (для циліндричних зразків з головками) виконаний як одне ціле з корпусом динамометра. Якщо використовуються змінні захвати (наприклад, для плоских зразків), то вони кріпляться до захватів для циліндричних зразків. Нижній захват 12 центрується при зборці машини відносно динамометра і крипиться до столу 13, який переміщується по спрямляючих втулках 8 по колонах при русі вантажного гвинта 16. Вантажний гвинт з’єднаний з двошвидкісним асинхронним електро двигуном 17 через електромагнітну муфту 7, коробку передач 6 та розрізну гайку 14. Коробка передач забезпечує співвідношення чисел обертів вихідного вала до вхідного 1: 1, 1: 10, 1: 100, 1: 1000 і 1: 10000. Використання двошвидкісного двигуна з такою коробкою передач дозволяє отримати діапазон швидкостей деформування від 0,005 до 100 мм/хв.

На робочій частині зразка встановлюють тензометр, що має базу – довжину 50 мм, на якій виконується вимірювання деформації. При розтягуванні зразка на виході вимірювальних мостів тензометричних датчиків силовимірювача, і деформації з’являються сигнали розбалансу. Вони посилюються, проходять ряд перетворень та поступають на вхід ревірсивних асинхронних електродвигунів 2 та 5. Двигун 2 зв’язан через систему передач зі стрілкою індикатора навантажень 1 та пером самописця 3, а двигун 5 обертає діаграмний барабан 4. Перо переміщується та записує діаграму розтягу. Допустима похибка під час запису діаграм на машині УМЭ-10Т не перевищує 2 % від вимірюємої величини. Масштаб по вісі деформації може задаватися в межах від 100: 1 до 1000: 1. Масштаб по вісі навантажень визначається використовуємим діапазоном навантажень і шириною діаграмної стрічки, яка складає 500 мм. Наприклад при використанні діапазону 0-0,05 МН 1 мм діаграмної стрічки буде відповідати 100 Н.

Рисунок 6.1. – Схема універсальної машини УМЭ-10Т: а)загальний вид; б)кінематична схема

6.2 Обладнання для випробування ударним згином.

Випробування ударним згином проводять на спеціальній машині маятниковому копрі який показан на рис.6.2. Зразок 8 встановлюють на двох опорах 9 надрізом в середину станини 7. Маятник 6 з ножем 5 підіймають на певну висоту (кут) та закріплюють кріпленням 4. Відпущений маятник, розбиваючи зразок, підіймається та стрілка 3 шкали 2 вказує на кут його взлету. Зупиняють маятник ременем 10, натягуючи останній рукояткою 1. Роботу удару визначають за шкалою маятникового копра.

Рисунок 6.2. – Схема маятникового копра

6.3 Обладнання для випробування твердості за Роквеллом.

Існує декілька типів приладів для вимірювання твердості за Роквеллом. На рис. 6.3,а надана схема прилада марки ТК. На станині 14 з однієї сторони розташовані дві стійки 16, які підтримують поперечину 1. з іншої сторони у спрямовуючий втулці 13 зі шпонкою 12 розміщений підйомний гвинт 17, на якому встановлюють в залежності від форми зразка різні опорні столики 21-23 і 10. Підйом гвинта зі столиком та зразком виконують обертанням маховичка 11. Прикладання попереднього навантаження до зразка виконується циліндричною пружиною 19, що діє на шпиндель 20. Вантажний важель другого роду 4, розташований на поперечені 1, має точку опори на призмі 8. До довгого плеча важеля 4 підвішують вантажі 15. У неробочому положенні приладу важель 4 спирається на підвіску 2 і навантаження на шпиндель не діє. Для прикладання основного навантаження звільняють рукоятку 5. При цьому підвіска 2 разом із важелем 4 плавно опускається і останній діє на шпиндель. Плавне опускання важеля отримується завдяки масляному амортизатору 18, що дозволяє регулювати швидкість прикладення основного навантаження обертанням штока 3. Співвідношення пліч у вантажного важеля 1:20 і тому дійсна вага змінних вантажів у 20 раз менша їх умовної ваги.

Передача руху від шпинделя до стілок індикатора 9 виконується важелем 7 зі співвідношенням плеч 1:5. Призма шпинделя спирається на гвинт 6 на важелі 7. За допомогою гвинта 6 регулюється натяг пружини 19, що створює попереднє навантаження.

Послідовність роботи на пристрої наступна. В залежності від матеріалу та форми зразка обирають та встановлюють відповідний індентор, опорний столик та необхідне навантаження. Укладають зразок на столик та обертанням маховичка 11 плавно підіймають гвинт 17 доти, доки індентор не опиниться втисненим у зразок попереднім навантаженням Р₀= 10 Н. Цей момент буде отриманий, коли маленька стрілка на допоміжному лимбі індикатора 9 співпаде з червоною точкою на шкалі. Потім, якщо як індентор використовують алмазний конус (за шкалою А або С), необхідно повернути ободок індикатора, щоб нуль чорної шкали сумістився з великою стрілкою. Якщо випробування проводять по шкалі В (індентор – сталева кулька), велику стрілку встановлюють на ділення 30 червоної шкали. Після цього злегка натискають рукоятку 5 і важель із грузом на протязі 3-6 с плавно опускається вниз передаючи на шпиндель основне навантаження. Через 1-3 с після зупинки великої стрілки знімають основне навантаження плавно повертаючи рукоятку 5 у початкове положення і рахують число твердості з точністю до половини ділення шкали. На кожному зразку твердість вимірюють не менш ніж у 3-5 точках та підраховують середне значення.

Більш нова модифікація твердомера Роквелла – прилад ТК-2 (рис.6.3,б) за принципом дії не відрізняється від ТК. Він оснащений електромеханічним приводом 6-7, який виконує прикладення, витримку та зняття основного навантаження.

Рисунок 6.3. – Схема приладу для випробування твердості за Роквеллом.

а)машина марки ТК; б)машина марки ТК-2

6.4 Обладнання для циклічних випробувань.

На рис.6.4. показана схема однієї з машин для циклічних випробувань (МВП-10000). Зразок 8 обертається електродвигуном 1 через двуступінчатий шків 2 та шків 3 програмного пристрою. Навантаження на зразок подається важелем 11 з вантажем що переміщується 10 та зйомними вантажами 14. Важельна система з грузами підвішена до зразка на тягах 12. Вантажний важель встановлюється у робоче положення маховиком 14. Биття (деформація) зразка фіксується на індикаторах 9, кількість циклів навантаження рейструє лічильник 4, який з’єднаний з шпинделем 7 через редуктор 5 та гнучкий валик 6. Програмний пристрій дозволяє змінювати навантаження у процесі випробування за заданою програмою.

Рисунок 6.4. - Схема машини для циклічних випробувань (МВП-10000).

6.5 Обладнання для випробування на крутіння.

На рис.6.5 надана принципіальна схема горизонтальної випробувальної машини з маятниковим силовимірювачем. Зразок 13 кріпиться у захватах 4 і 5. Лівий захват 5 не пов’язан з приводом та може переміщуватися у горизонтальному напрямку по спрямляючим 7 та 8. Правий захват встановлюється у нерухомому підшипнику 14 та отримує обертання від черв’ячного колеса 2, яке приводиться до руху електродвигуну через редуктор і вал 1 (можливе обертання вручну). Кількість обертів та кут закручування активного захвата 4 можно визначити за нерухомою круговою шкалою за допомогою вказівника 3, який обертається разом із захватом. Другий захват 5 жорстко пов’язаний з важким маятником 11. Змінюючи навантаження або переставляючи штангу 12 по вертикальному напрямі відносно захвату, можно змінювати масштаб шкали силовимірюача. Обертання захвату 5 разом із маятником 11 створює крутящий момент, спрямований протилежно цьому обертанню і рівний моментом кручення, що переданий на зразок активним захватом 4. Відхилення маятника 11 від вертикального положення призводить до переміщення кінця 6 штанги 12 потім стрижня 9 та стрілки 10 силовимірювача. Переміщення стрілки прямо пропорційне моменту крутіння М_кр, який є мірою опору зразка деформації замінюючи при крутінні зусилля Р, що вимірювалось у інших статичних випробуваннях.

Рисунок 6.5. - Схема горизонтальної випробувальної машинидля випробування на крутіння з маятниковим силовимірювачем

6.6 Обладнання для випробування на релаксацію напружень.

Схему установки для випробування на релаксацію напружень при розтягу показано на рисунку 6.6. Зразок 4 кріпиться у захватах 2 та 5, поміщується у піч 6 та навантажується важелем 7 від електродвигуна 11 через пружину 10. На межах розрахункової довжини зразка встановлюють вимірювач деформації 3. При видовженні зразка на величину допуска контакт 1 замикає коло регулятора 12, двигун змінює напрямок обертання та послаблює пружину 10. Спад напруги у зразку призводить до його скорочення та коли довжина зразка знову стає рівною початковій, контакт 1 розмикається, зразок знов починає видовжуватись і т.д. Крива релаксації записується на барабані 8, який обертається двигуном 9.

Рисунок 6.6. – Схема установки для випробування на релаксацію напружень при розтягу

ЛІТЕРАТУРА

1. Золотаревский В.С. Механические испытания и свойства металлов.-М.: Металлургия, 1974.- 303 с.

2. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. – М.: Металлургия, 1967. – 798 с.

3. Авдеев Б.А. Поверка машин и приборов для механических испытаний материалов – М.: Издательство стандартов, 1969. – 175 с.

4. Рахштадт А.Г. Пружинные стали – М.: Металлургия. 1982. – 400 с.

5. Попов А. А., Попова Л. Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Справочник термиста. М.: Машгиз, 1961. – 430 с.

6. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Механічні властивості та конструкційна міцність матеріаллів» для студентів спеціальності 7.090101 «Прикладне матеріалознавство» денної і заочної форми навчання/ укл.: І.М. Лазечний. - Запоріжжя, ЗНТУ, 2005.- 74 с.

7. Парфеновская Н.Г., Самохоцкий А.И. Технология термической обработки металлов. - М.: Машиностроение, 2002.-538с.

8. Марочник сталей и сплавов. В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др; Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.

9. ГОСТ 26007-83 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Методы испытания на релаксацию напряжений.

10. ГОСТ 9013-59 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.

11. ГОСТ 1497-84: Металлы. Метод испытаний на растяжение.

12. ГОСТ 9454-78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.

13. ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.

Висновки

В даній курсовій роботі було вказано умови роботи пружини перепускного клапану, зазначено напруження, що діють в пружині, хімічний склад, механічні властивості та дія окислювального середовища. Обрано випробування для визначення необхідних механічних властивостей, наведені відповідно на розтяг, ударну в’язкість, релаксацію напружень, твердість за Роквелом, циклічні випробування та крутіння. Розглянуто вплив легувальних елементів на термокінетичну діаграму переохолодженого аустеніту в сталі 40Х13, вказано структуру та характер зламу. Наведена залежність між твердістю та температурою відпуску. Зроблено висновок, що пружина перепускного клапану зруйнувалась від завищених напружень, отже іншу сталь не пропонували. Наведено напрями щодо підвищення конструкційної міцності сталі. Показано схеми випробувальних машин.

Дата добавления: 2015-08-31