RU2227282C1

RU2227282C1 - Sheet material tensile tester

Info

Publication number: RU2227282C1
Application number: RU2002122382/28A
Authority: RU
Inventors: В.П. Бурдаков; В.В. Ягодин; А.И. Канаев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2004-04-20
Also published as: RU2002122382A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; testing facilities. SUBSTANCE: proposed tester contains sample loading mechanism with clamps for sample, thermostating container with cooling liquid, breaking force meter and temperature meter. Thermostating container is made in form of cell of low heat conduction and heat capacity material, and sample clamps are arranged horizontally the same as cell. Sample loading mechanism is made in form of winch. Wire rope of winch is connected to some clamps of sample to provide displacement relative to second clamps through breaking force meter made in form of dynamometer with breaking force recorder. EFFECT: possibility of making thin plastic sheet material tensile tester operating within wide temperature range under all-round cooling conditions. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области испытательной техники, предназначенной для испытаний листовых материалов на растяжение.The invention relates to the field of testing equipment for tensile testing of sheet materials.

Известны установки для испытаний листовых металлов на растяжение [1], в которых испытываемый образец закрепляют вертикально в зажимах испытательной машины, после чего помещают его в термостатирующую емкость - криостат и равномерно со всех сторон охлаждают с помощью охлаждающей жидкости (жидкого азота или этилового ректификованного спирта, охлажденного льдом или твердой двуокисью углерода), выдерживают для равномерного охлаждения, затем прикладывают механическое разрывающее усилие, доводят образец до разрыва, фиксируя при этом температуру охлаждающей среды измерителем температуры, усилие предела текучести и усилие временного сопротивления разрыву.Known installations for testing sheet metal tensile [1], in which the test sample is fixed vertically in the clamps of the testing machine, then placed in a thermostatic container - a cryostat and evenly cooled on all sides using a coolant (liquid nitrogen or ethyl alcohol, cooled by ice or solid carbon dioxide), maintained for uniform cooling, then apply a mechanical tensile force, bring the sample to rupture, fixing the temperature uru coolant temperature gauge, and a yield point stress of tensile force to rupture.

Известна также установка для испытаний листовых металлических материалов на растяжение по патенту [2], содержащая штангу с двумя траверсами, двумя механизмами нагружения образца с зажимами образца, с механизмами вращения, с нагревателями. Установка содержит также кронштейны с указателями перемещений и конечными выключателями.Also known is an installation for testing sheet metal tensile materials according to the patent [2], containing a rod with two traverses, two loading mechanisms of the sample with clamps of the sample, with rotation mechanisms, with heaters. The installation also contains brackets with direction indicators and limit switches.

Недостатками таких установок являются их большие габариты и дороговизна, связанная со значительными затратами времени на испытания и большими расходами охлаждающих жидкостей (для первого типа установок), а также неприемлемостью существующих разрывающих машин для испытаний тонких листовых пластиковых материалов (с толщиной листа 0,1-0,5 мм) из-за большого различия в величинах разрывающих усилий для металлов и пластиковых материалов, причем последние не могут даже выдержать предварительного натяжения образца, обусловленного тяжестью нижних зажимов.The disadvantages of such plants are their large size and high cost, associated with significant time spent on testing and high consumption of coolants (for the first type of plants), as well as the unacceptability of existing tensile testing machines for testing thin sheet plastic materials (with a sheet thickness of 0.1-0 , 5 mm) due to the large difference in the tensile forces for metals and plastic materials, the latter cannot even withstand the preliminary tension of the sample due to the severity of the bottom their jaws.

Известна установка для испытаний листовых материалов на растяжение [3], используемая для испытаний тонких листовых пластмассовых материалов (толщина листа не менее 1 мм), в зажимах которой закрепляют образец с нанесенными на него метками для измерения удлинения, выдерживают (кондиционируют) не менее 16 ч при температуре 23±2°С и относительной влажности 50±5%, а затем разрывают при скорости от 100 до 500 мм/мин, замеряя при этом усилия предела текучести и разрыва, используя измеритель усилий разрыва.A known installation for testing sheet materials in tension [3], used to test thin sheet plastic materials (sheet thickness of at least 1 mm), in the clamps of which a sample is fixed with marks applied to it to measure elongation, is held (conditioned) for at least 16 hours at a temperature of 23 ± 2 ° C and a relative humidity of 50 ± 5%, and then tear at a speed of 100 to 500 mm / min, while measuring the yield strength and tensile strength using a tensile strength meter.

Недостатками являются невозможность испытаний образцов тоньше 1 мм и невозможность снятия температурных кривых текучести и прочности образцов (не предусматривается их охлаждение).The disadvantages are the impossibility of testing samples thinner than 1 mm and the inability to take temperature curves of fluidity and strength of samples (their cooling is not provided).

Наиболее близким из аналогов является установка для испытаний листовых материалов на растяжение - “Тиратест 2300” [4], выбранная в качестве прототипа, которая содержит термостатирующую емкость в виде герметичной темперирующей камеры, соединенной с сосудом Дьюара с охлаждающей жидкостью, например с жидким азотом. Образец размещен внутри камеры в вертикальном положении зажимами.The closest of the analogues is the installation for testing sheet materials in tension - “Tiratest 2300” [4], selected as a prototype, which contains a thermostatic tank in the form of a sealed tempering chamber connected to a Dewar vessel with a cooling liquid, such as liquid nitrogen. The sample is placed inside the chamber in an upright position by clamps.

Недостатками прототипа являются: закрепление образца в вертикальном положении, обусловливающее большой объем и герметичность камеры, значительный расход жидкого азота, который наиболее часто используют в качестве охлаждающей жидкости, большое время для проведения одного замера, большую стоимость испытаний, невозможность испытаний тонких образцов с толщиной листа 0,1-0,5 мм.The disadvantages of the prototype are: fixing the sample in an upright position, causing a large volume and tightness of the chamber, a significant consumption of liquid nitrogen, which is most often used as a coolant, a long time for one measurement, the high cost of testing, the impossibility of testing thin samples with a sheet thickness of 0 , 1-0.5 mm.

Задачей изобретения является создание установки для испытаний листовых материалов на растяжение из тонких толщиной 0,1-0,5 мм листовых пластиков в широком диапазоне температур (от комнатной до криогенных) в условиях всестороннего охлаждения.The objective of the invention is to provide an installation for tensile testing of sheet materials from thin 0.1-0.5 mm thick plastic sheets in a wide temperature range (from room to cryogenic) under conditions of comprehensive cooling.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленной установки, - снижение потерь жидкого азота и других охлаждающих жидкостей, уменьшение времени испытаний одного образца в 10-15 раз, повышение эффективности испытаний за счет увеличения чувствительности испытаний при ручном нагружении образцов, получение возможности проведения экспресс-испытаний образцов.The technical result that can be obtained using the inventive installation is to reduce the loss of liquid nitrogen and other coolants, reduce the test time of one sample by 10-15 times, increase the efficiency of the tests by increasing the sensitivity of the tests with manual loading of the samples, obtaining the possibility of express -testing samples.

Поставленная задача с достижением указанных технических результатов решается тем, что в установке для испытаний листовых материалов на растяжение, содержащей механизм нагружения образца с зажимами образца, термостатирующую емкость с охлаждающей жидкостью, измеритель усилий разрыва и измеритель температуры, в отличие от прототипа, термостатирующая емкость выполнена в виде кюветы из материала с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, зажимы образца размещены горизонтально, как и кювета, а механизм нагружения образца выполнен в виде лебедки, трос которой прикреплен к одним из зажимов образца, установленным подвижно, через измеритель усилий разрыва, выполненный в виде динамометра с фиксатором усилий разрыва.The task is to achieve the specified technical results is solved by the fact that in the installation for testing sheet materials in tension, containing the loading mechanism of the sample with clamps of the sample, a thermostatic tank with coolant, a tensile force gauge and a temperature meter, in contrast to the prototype, thermostatic tank is made in in the form of a cuvette made of a material with low thermal conductivity and low heat capacity, the clamps of the sample are placed horizontally, like the cuvette, and the sample loading mechanism is made in the form of a winch, the cable of which is attached to one of the clamps of the sample, mounted movably, through a tensile strength meter, made in the form of a dynamometer with a clamp of tensile forces.

Для испытаний на растяжение образец из листового пластикового материала (толщина 0,1-0,5 мм) закрепляют в захватах установки не вертикально, а горизонтально, после чего равномерно со всех сторон охлаждают с помощью охлаждающей жидкости, наливаемой в открытую горизонтальную кювету, внутри которой до этого размещают образец, выдерживают в течение 2-3 мин для равномерного охлаждения, затем вручную прикладывают разрывающее усилие, фиксируя температуру охлаждающей жидкости, момент наступления предела текучести и усилие сопротивления разрыву.For tensile tests, a sample of sheet plastic material (thickness 0.1-0.5 mm) is fixed horizontally in the grips of the installation, not horizontally, after which it is cooled uniformly from all sides using coolant poured into an open horizontal cuvette inside which before that, the sample is placed, kept for 2-3 minutes for uniform cooling, then a tearing force is applied manually, fixing the temperature of the coolant, the moment of the yield point and the tensile strength.

Суть предлагаемого решения поясняются фиг.1 и 2, на которых приведены:The essence of the proposed solutions are illustrated in figures 1 and 2, which show:

на фиг.1 - вид установки сбоку;figure 1 is a side view of the installation;

на фиг.2 - вид установки сверху;figure 2 is a top view of the installation;

на фиг.3 - вид по А-А.figure 3 is a view along aa.

На чертежах приведены термостатирующая емкость в виде кюветы 1 с охлаждающей жидкостью, измеритель температуры 2, погружаемый в охлаждаемую среду, крышка 3, измеритель усилий разрыва в виде динамометра 4, соединенного тросом 5 с механизмом нагружения образца в виде лебедки 6. Кювета 1 жестко прикреплена к основанию (столу) 7. В крышке 3 может быть установлено стекло 8 с нанесенными на него рисками. Динамометр 4 снабжен перемещаемым стрелкой 9 фиксатором усилий разрыва в виде ползуна 10. Динамометр зацеплен за проушину 11 каретки 12, на которой жестко установлены одни из зажимов 13 образца, перемещаемые кареткой 12, зажимы 14 образца являются неподвижными и могут быть жестко установлены относительно основания 7. Образец 15 погружен в охлаждающую жидкость.The drawings show a thermostatic tank in the form of a cuvette 1 with a coolant, a temperature meter 2 immersed in a coolant, a cover 3, a rupture force meter in the form of a dynamometer 4 connected by a cable 5 to the sample loading mechanism in the form of a winch 6. The cuvette 1 is rigidly attached to the base (table) 7. In the lid 3 can be installed glass 8 with the risks applied to it. The dynamometer 4 is equipped with a movable arrow 9 breaking force in the form of a slider 10. The dynamometer is hooked to the eye 11 of the carriage 12, which is rigidly mounted one of the clamps 13 of the sample, moved by the carriage 12, the clamps 14 of the sample are fixed and can be rigidly mounted relative to the base 7. Sample 15 is immersed in coolant.

Испытание осуществляется следующим образом.The test is as follows.

Термостатирующая емкость, выполненная в виде кюветы 1, изготовленной из материала с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, заполняется после закрепления образца 15 в горизонтальном положении зажимами 13, 14 охлаждающей жидкостью, температура которой измеряется термометром 2. Опытным путем определено, что для испытаний образцов при криогенных температурах кювета должна быть выполнена из материала с низким значением теплоемкости 0,1-0,12 кал/г·К и низкую теплопроводность в пределах 0,0-0,03 кал/(см·с·К) для снижения испаряемости охладителя, т.к. испарение охлаждающей жидкости будет мешать наблюдению за образцом; низкие теплофизические показатели позволят сэкономить охлаждающую жидкость, уменьшить влияние рабочей поверхности стола на режим испытаний. Если охлаждающая жидкость интенсивно испаряется, такая как, например жидкий азот, то кювета закрывается крышкой 3. Для измерения усилий разрыва используется пружинный динамометр 4, соединенный тросом 5 с лебедкой 6, которая приводится во вращательное движение вручную. В крышке может быть предусмотрено стекло 16 с нанесенными на него рисками для наблюдения за поведением образца во время наступления предела текучести. Все устройство жестко крепится к рабочему столу 8. Для точной фиксации усилия при разрыве образца используется ползун 10, перемещаемый стрелкой динамометра, который в силу горизонтального его расположения не сползает и остается на месте после разрыва образца и возвращения стрелки в нулевое положение. Уровень охлаждающей жидкости 4 незначительно (на 5-10 мм) превышает уровень расположения образца. Нагружают растягивающим усилием вращением лебедки; под воздействием натяжения троса 5 через динамометр, зацепленный за проушину 11 на каретке 12, обеспечивающей перемещение зажимов 13 образца, усилие передается на образец 15 и он растягивается. Стрелка 9 динамометра 6 перемещается, фиксируя величину усилия при наступлении предела текучести и предела прочности на разрыв и воздействуя на ползун 10, который в момент разрыва остается на отметке, соответствующей усилию разрыва образца 15 и регистрируемой визуально или с помощью записывающего устройства, тогда как стрелка 9 возвращается на нулевую отметку.The thermostatic tank, made in the form of a cuvette 1, made of a material with low thermal conductivity and low heat capacity, is filled after the sample 15 is fixed in a horizontal position with clamps 13, 14 with cooling liquid, the temperature of which is measured by thermometer 2. It has been experimentally determined that for testing samples with cryogenic the temperature of the cuvette should be made of a material with a low heat capacity of 0.1-0.12 cal / g · K and a low thermal conductivity in the range of 0.0-0.03 cal / (cm · s · K) to reduce evaporation will cool A because evaporation of the coolant will interfere with the observation of the sample; low thermophysical parameters will allow to save coolant, reduce the influence of the working surface of the table on the test mode. If the coolant evaporates vigorously, such as, for example, liquid nitrogen, then the cuvette is closed by a cover 3. To measure the tensile forces, a spring dynamometer 4 is used, connected by a cable 5 to the winch 6, which is manually rotated. Glass 16 may be provided in the lid with risks applied to it to monitor the behavior of the sample during the yield point. The whole device is rigidly attached to the desktop 8. For accurate fixation of the force when the specimen breaks, a slider 10 is used, which is moved by the arrow of the dynamometer, which, due to its horizontal position, does not slide and remains in place after the specimen breaks and the arrow returns to the zero position. The level of coolant 4 slightly (by 5-10 mm) exceeds the level of the location of the sample. Load with tensile force by rotation of the winch; under the influence of the tension of the cable 5 through the dynamometer, hooked to the eye 11 on the carriage 12, providing movement of the clamps 13 of the sample, the force is transmitted to the sample 15 and it is stretched. The arrow 9 of the dynamometer 6 moves, fixing the magnitude of the force when the yield strength and tensile strength are reached and acting on the slider 10, which at the moment of breaking remains at the mark corresponding to the breaking strength of the sample 15 and is recorded visually or using a recording device, while arrow 9 returns to zero.

Использование заявленной установки позволит уменьшить время испытаний одного образца в 10-15 раз, повысить эффективность испытаний за счет увеличения чувствительности испытаний при ручном нагружении образцов, получить возможность проведения экспресс-испытаний образцов.Using the inventive installation will reduce the test time of one sample by 10-15 times, increase the efficiency of the tests by increasing the sensitivity of the tests with manual loading of the samples, and get the opportunity to conduct express tests of the samples.

Источники информацииSources of information

1. ГОСТ 11150-84. Металлы. Методы испытания на растяжение при пониженных температурах.1. GOST 11150-84. Metals Tensile test methods at low temperatures.

2. RU 2089873 С1, G 01 N 3/08, 10.09.1997.2. RU 2089873 C1, G 01 N 3/08, 09/10/1997.

3. ГОСТ 11262-80. Пластмассы. Метод испытания на растяжение.3. GOST 11262-80. Plastics. Tensile test method.

4. Устройство для испытания на прочность Тиратест 2300. “Тюрингер Индустриверк”, Рауэнштайн, ГДР, 1989 - прототип.4. Device for testing the strength of Tiratest 2300. “Thuringer Industrialverk", Rauenstein, GDR, 1989 - prototype.

Claims

An installation for testing sheet materials in tension, comprising a mechanism for loading the sample with clamps of the sample, a thermostatic container with coolant, a tensile strength meter and a temperature meter, characterized in that the thermostatic container is made in the form of a cuvette made of a material with low thermal conductivity and low heat capacity, sample clamps placed horizontally, like a cuvette, and the sample loading mechanism is made in the form of a winch, the cable of which is attached to one of the sample clamps to ensure their transfer escheniya respect to the second clamp via the gap meter efforts made as a dynamometer with a clamp gap effort.