Устройство для физического моделирования процесса комбинированного нагружения

Полезная модель относится к области исследований процессов обработки металлов давлением и может применяться для изучения и анализа течения материала методом физического моделирования процесса сжатия с кручением. Устройство для испытаний на сжатие с кручением содержит верхнюю и нижнюю плиту, между которыми находятся соосно установленные весоизмерительное устройство и жестко закрепленный с верхней плитой контейнер. С контейнером по винтовому механизму соединен верхний боек. Нижний боек находится внутри контейнера, одной торцевой поверхностью сопряжен с весоизмерительным устройством другой с деформируемым образцом. Внешний диаметр нижнего бойка соответствует внутреннему диаметру контейнера. Для осуществления комбинированного нагружения исследуемого образца используется рычаг жестко соединенный через цилиндрический стержень с верхним бойком. Технический результат - простое конструктивное выполнение устройства для комбинированного нагружения образцов различного типоразмера требующих для деформации усилия менее 1000 Н. 1 ил.

Полезная модель относится к области исследований процессов обработки металлов давлением и может применяться для изучения и анализа течения материала методом физического моделирования процесса сжатия с кручением. Физическое моделирование обеспечивает условия геометрического подобия и при соблюдении схожести реологических характеристик модельного и натурного материала при соответствующих температурах деформации и близких условиях контактного трения дает достаточно реалистическую картину формоизменения при обработке давлением. В качестве модельных материалов широко используются свинец, парафиновый воск, пластилин и др. Это позволяет за счет снижения необходимых деформирующих усилий в условиях лабораторных испытаний применять более простые в реализации устройства для испытаний по схеме комбинированного нагружения.

Известна конструкция устройства [1] для испытания на сжатие с кручением. Устройство содержит основание, соосно установленные в нем верхний и нижний неподвижные захваты для закрепления в них образца по его торцам, сопрягаемые между собой по коническим поверхностям обойму и секторы, кинематически связанные по цилиндрическим поверхностям с основанием и образцом. Для нагружения образца крутящим моментом оно дополнительно снабжено, по меньшей мере, двумя пальцами, при этом в основании выполнены, по меньшей мере, два направляющих винтовых паза, пальцы установлены в верхнем захвате, свободный палец каждого из которых входит в соответствующий винтовой паз, а торцы захватов имеют радиально направленные насечки для нагружения образца скручивающим моментом. К указанным захватам прикладывается деформирующее усилие и тем самым производится сжатие.

К недостаткам данного устройства относится трудность реализации в условиях лабораторных исследований при моделировании процесса осадки с кручением, а именно сложность изготовления оснастки, дороговизна проведения эксперимента, необходимость использования специального оборудования, отсутствие возможности исследования образцов различной геометрии в широком диапазоне соотношения величины продольного и поперечного размера.

Настоящее изобретение направлено на оптимальное упрощение конструкции устройства для проведения экспериментальных исследований по физическому моделированию процесса комбинированного нагружения с учетом снижения максимальной нагрузки сжатия менее 1000 Н.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для комбинированного нагружения выполнено в виде цилиндрического контейнера с вырезом по внутренней поверхности в виде резьбы для достижения вращения верхнего бойка, имеющего соответственно винтовой выступ на боковой поверхности. Предотвращение смещения обеспечивается фиксацией основных узлов конструкции между двумя плитами.

Полезная модель поясняется чертежом, где схематично показано устройство для исследования течения модельного материала при комбинированном нагружении.

Устройство содержит следующие основные элементы. Между верхней 1 и нижней 2 плитой находятся контейнер 3 и сопрягаемое с ним по торцевой поверхности весоизмерительное устройство 4. Внутри контейнера расположен нижний боек 5 в виде цилиндра внешний диаметр, которого соответствует диаметру внутренней полости контейнера 3 для свободного перемещения в нем. Верхний боек 6 соединен с помощью винтового механизма с контейнером 3. Верхний боек 6 жестко соединен со стержнем 7, а он в свою очередь, для передачи крутящего момента к верхнему бойку, соединен с рычагом 8. Верхняя 1 и нижняя 2 плита жестко соединены с помощью четырех стержней 9, а контейнер 3 шурупами жестко соединен с

верхней плитой 1. Весоизмерительное устройство 4, для предотвращения смещения, зафиксировано с помощью шурупов с нижней 2 плитой.

Устройство работает следующим образом.

Образец 10 одним торцом устанавливается на нижний боек 5. По винтовому механизму ко второму торцу подводится верхний боек 6. Конструкция закрывается верхней плитой 1 и осуществляется фиксация контейнера 3.

Для осуществления нагружения образца по схеме осадка-кручение с одновременным сжимающим усилием и скручивающим моментом производят вращение верхнего бойка 6 путем вращения стержня 7 с помощью рычага 8. Вследствие чего в испытуемом образце 10 будут возникать деформации сжатия и сдвига. Соотношение между этими видами деформации можно менять из расчета, что за один оборот линейное перемещение равно ходу резьбы, то есть произведению шага на число заходов.

После деформации образца 10 на требуемую величину процесс нагружения прекращают. Отсоединяют рычаг 8, снимают верхнюю плиту 1. Освобождают контейнер 3 и извлекают образец 10 удалением из контейнера 3 нижнего бойка 5.

Для увеличения сил трения, которые играют важную роль в исследуемом процессе, на поверхности бойков выполняют риски, впадины небольшой глубины.

Таким образом, применение предложенного устройства в качестве испытательной техники для физического моделирования позволяет в лабораторных условиях при достаточно низких материальных и финансовых затратах, в короткие сроки провести исследования по изучению и анализу течения материала в процессе деформации по схеме сжатия с кручением образцов различного типоразмера.

Источники информации:

1. Патент РФ №2109264 МПК 8 G 01 N 3/08, Бюл. №11 от 20.04.98 г.

Устройство для физического моделирования процесса комбинированного нагружения, содержащее между двумя жестко соединенными через четыре стержня круглого сечения плитами соосно установленные весоизмерительное устройство, жестко соединенный с верхней плитой контейнер, отличающееся тем, что винтовой механизм, обеспечивающий вращение и поступательное движение верхнего бойка, выполнен в виде направляющей резьбы на внутренней поверхности контейнера и винтового выступа на боковой поверхности верхнего бойка, а приложение крутящего момента к верхнему бойку обеспечивается за счет вращения рычага жестко под прямым углом соединенного с верхним бойком с помощью цилиндрического стержня.