СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КООРДИНАТНОЙ СЕТКИ НА ДЕТАЛИ
METHOD OF PRODUCING GRID ON PART

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способу получения координатной сетки на детали, и может быть использовано для исследования напряженно-деформированного состояния металла при штамповке листовых деталей.
Известен способ получения координатной сетки на детали, заключающийся в том, что сетку на исследуемое изделие наносят краской [1].
Недостатком данного способа является низкая точность нанесения сетки вследствие неизбежных разрывов координатных линий и чрезмерной забитости краской углов их пересечения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения координатной сетки на детали, представленный в авторском свидетельстве [2].
В данном способе координатную сетку в виде системы координатных линий наносят на деталь путем прижатия к исследуемой поверхности детали инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали. В качестве инструмента используют трафарет с острыми выступами, образующими заданную систему координатных линий.
Недостатками известного технического решения является невысокая точность и сложность его использования при исследовании напряженно-деформированного состояния металла листовых деталей, формообразование которых сопровождается большими пластическими деформациями.
Обусловлено это тем, что координатные линии, наносимые при получении координатной сетки, портят поверхность детали и являются резкими концентраторами напряжений, наличие которых даже при сравнительно небольших пластических деформациях приводит к искажению картины напряженно-деформированного состояния и провоцирует преждевременное разрушение деформируемой детали.
Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности получения координатной сетки на детали и расширение возможности применения метода координатных сеток для исследования напряженно-деформированного состояния металла при штамповке листовых деталей. Это достигается тем, что для получения координатной сетки на детали осуществляют прижим к поверхности детали металлического инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали, вдавливают в ее поверхность острые выступающие элементы упомянутого инструмента и формируют на поверхности детали систему координатных меток, образующих координатную сетку. В заявляемом техническом решении координатную сетку на поверхности детали формируют в виде системы координатных точек, вдавливаемых металлическим инструментом, острые выступающие элементы которого имеют форму четырехгранных пирамид.
Способ осуществляют следующим образом. На исследуемую поверхность детали устанавливают металлический инструмент с рельефом координатной сетки на поверхности, твердость материала которого превышает твердость материала детали. Затем деталь с установленным на ней инструментом помещают на стол пресса и к инструменту прикладывают усилие. В результате этого острые выступающие элементы инструмента, имеющие форму четырехгранных пирамид, внедряются в поверхность детали, оставляя на ней следы, копирующие форму выступов, и образуя координатную сетку в виде заданной системы координатных точек.
Предлагаемый способ получения координатной сетки на детали отличается высокой точностью. По результатам статистической обработки результатов измерений двадцати ячеек нанесенной координатной сетки с базой 2 мм было установлено, что относительная среднеарифметическая погрешность составляет ±0,5%. В зависимости от цели исследования инструмент может быть выполнен с квадратной или прямоугольной ячейкой.
Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность получения координатной сетки на детали и как следствие - точность определения напряженно-деформированного состояния металла при штамповке листовых деталей.
Пример конкретной реализации способа
Пластические деформации определяли при растяжении широкого образца толщиной 1,5 мм из алюминиевого сплава Д16АМ с целью проверки реализации при испытании условий плоской деформации. Предварительно на образце шириной 120 мм делали две отбортовки высотой 45 мм, параллельные его оси, которые при испытании препятствовали деформированию образца в направлении его ширины. Затем на рабочую часть испытуемого образца накалыванием с помощью металлического инструмента с рельефом координатной сетки на поверхности, на стандартной испытательной машине Р-20 под нагрузкой 3 кН наносили квадратную делительную сетку с базой 2 мм и фотографировали ее. Глубина отпечатка на образце от острого выступающего элемента инструмента не превышала 0,1 мм.
Инструмент изготавливали из инструментальной углеродистой стали У10А с твердостью после закалки HRC 58-60. Рельеф координатной сетки на поверхности инструмента в виде заданной системы координатных точек получали на резьбошлифовальном станке, оснащенном оптической головкой.
х
y
Ступенчатое нагружение образца, вплоть до его разрушения, осуществляли в специальном приспособлении на испытательной машине Р-20. На каждой ступени нагружения после разгрузки образца, не разбирая приспособления, фотографировали деформированную сетку. Сопоставляя негативы исходной и деформированной сеток, определяли продольную ε и поперечную ε деформации по соотношениям
x
y
ε=ln(a/d); ε=ln(b/d),
где d - размер ячейки исходной сетки;
а, b - размеры ячейки деформированной сетки соответственно в продольном и поперечном по отношению к оси образца направлениях.
Значения d, а, b устанавливали на негативах соответственно исходной и деформированной сеток с помощью инструментального микроскопа БМИ - 1 с точностью ±0,005 мм. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что в ходе растяжения широкого образца с отбортовками вплоть до его разрушения отношение деформаций  оставалось практически постоянным и равным 0,155, что свидетельствовало о том, что при испытании были реализованы условия нагружения, близкие к плоской деформации. Аналогичные результаты были получены при испытании образцов из меди M1 и алюминиевого сплава Д16Т.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования показали, что использование предлагаемого способа обеспечивает получение качественной сетки на детали в виде заданной системы координатных точек, гарантирует высокую точность ее нанесения и позволяет исследовать напряженно-деформированное состояние металла при больших пластических деформациях. При этом обеспечивается хорошая четкость и сохранность сетки при многоступенчатом деформировании вплоть до разрушения детали. Предлагаемый способ получения координатной сетки на детали характеризуется быстротой и легкостью исполнения и может быть использован для изучения технологических операций листовой штамповки путем проведения испытаний в механических лабораториях предприятий и НИИ.
Источники информации
1. A.C. СССР №849003, кл. G01В 11/16, 23.07.1981. БИ №27.
2. A.C. СССР №1575093, кл. G01N 1/28, 30.06.90. БИ №24.