Các ph-ơng pháp thực nghiệm xác định lực và công biến dạng
2.2. Đo biến dạng bằng Tenzomet
Lực biến dạng, mômen cán, tải tác dụng lên dụng cụ hoc chi tiết máy của thiết bị rèn dp là những đc tr-ng quan trụng cuả q trình cơng nghệ. Để xác định chúng, ng-ới ta sử dụng các loại lực kế khác nhau. Lực kế cùng với những thiết bị phụ cờ thể ghi lại các kết quả nời chung đ-ợc gụi là máy đo ứng sut biến dỰng (Tenzomet). Lùc kạ cê nhiƯm vơ biạn đi tải trụng tác dụng lên nờ thành
biạn dạng đàn hi và đ-ợc ghi lại d-ới dạng tắn hiệu điện. Trên hình 2.2 là mt dạng lực kế đ-ợc đt trong máy cán để xác định lực cán P.
Mịy cịn cê giị cịn 1, vÝt Đp 2, vòng ép 3. Cảm biến điện tr 4 đ-ợc dán lến bỊ mƯt phÌn tư 5 dỰng dÌm. Lùc P sỳ uỉn dÌm 5 tỰo phắa trên biến dạng nén và phắa d-ới biến dạng kéo. Các cảm biến điện tr 4 cũng chịu biến dạng kéo, nén t-ơng ứng và sù thay ệưi ệiƯn trị do biến dạng đàn hi gây nên đ-ợc chun thộnh tÝn hiƯu điện. Cảm biến điện tr là mt lá kim loại hoc dây dn 1, đ-ợc dán vào giữa hai lớp cách điện mõng 2. Kắch th-ớc của cảm biến đ-ợc chế tạo sao cho l >> a. Lá kim loại hoc dây dn của cảm biến đ-ợc làm từ hợp kim cê hiỷu ụng tenzo (đờ là sự thay đi thun nghịch của điện tr dây dn phụ thuc vào biến dạng đàn hi).
Hình 2.2 Sơ ệơ ệo lùc cịn
Sù thay đi thun nghịch của điện tr xảy ra không chử do sù thay ệưi kÝch th-ớc, mà cả do sự thay đi về điện trị st. Khi kĐo cờm biạn dơc theo h-ắng l sẽ làm tăng điện tr và nén sẽ làm giảm điện tr. Cảm biến điện tr đ-ợc dán cn thn lên bề mt chi tiết (trong tr-ớng hợp trên, dán lên bề mt phèn tử đàn hi của lùc kạ). Nê sỳ nhỊn biạn dỰng của phèn tử. Cụm cơ bản của máy đo biến dạng dùng để xác định lực là sơ đ cèu điện (hình 2.3) dùng để chun sù thay ệưi ệiƯn tr của cảm biến thành tắn hiệu điện.
Cảm biến đ-ợc dán lên phèn tử đàn hi của lực kế (hình 2.2) và ni với sơ đ cèu (hình 2.3). ị trạng thái ban đèu, khi tải ch-a tác dụng lên lực kế, điện tr các nhánh của cèu AB, BC, CD, DA cân bằng với các điện tr phụ (trên sơ đ không biĨu diƠn). Do vỊy khềng cê dòng điện đi qua đ-ớng chéo BD. Chiều của dòng ệiƯn do hiƯu ệiƯn thạ hai đèu cèu A và C gây nên biểu diễn trên hình 2.3 bằng đ-ớng đứt nét. Khi lực P tác dụng lên lực kế (hình 2.2) dn đến làm giảm điện tr RC của cảm biến chịu nén và làm tăng điện tr Rp của cảm biến chịu kéo. Nếu cảm biến đ-ợc ni với sơ đ cèu nh- trên sơ đ 2.3 thì sự cân bằng cèu bị phá vỡ
vộ dòng điện sẽ xut hiện trong đ-ớng chéo BD nh- đ-ợc biểu diễn trên sơ đ bỪng ệ-ắng ệỊm nĐt.
Hừnh 2.3. Sơ đ cèu cân bằng
Tắnh cht của cảm biến và đ cứng vững của phèn tử đàn hi đ-ợc lựa chơn sao cho c-ắng ệĩ dòng điện tỷ lệ thun với lực P. Hệ s tỷ lệ ng-ới ta xác định bằng sự so chun thắch hợp (để ghi lại chắnh xác tải xác định P, ng-ới ta đo c-ớng đ dòng điện qua đ-ớng chéo cèu).
Phèn tử đàn hơi cđa lùc kạ cê thĨ thiạt kạ theo nhiỊu dạng khác nhau. Vắ dụ cờ thể thay dèm (hình 2.2) bằng phèn tử dạng trơ sao cho trơc cđa hừnh trơ trỉng với h-ớng tác dụng lực P và khi đờ cảm biến RC đ-ợc dán dục theo đ-ớng sinh (nê sỳ nhỊn biạn dạng nén) và Rp theo vịng trịn hình trụ (nờ sỳ nhỊn biạn dỰng kĐo). Cịng cê thĨ sư dơng ngay cịc chi tiạt thiạt bị làm phèn tử đàn hi để đo tác dụng của lực. Tuy nhiên phân tử đàn hi cèn thiết kế sao cho cờ đ cứng vững thp (dạng dèm) sẽ làm tăng đ nhạy cảm của lực kế. Nh- vỊy lùc kạ gơm phÌn tử đàn hi cờ đ cứng vững thp và đ-ợc dán lên những cảm biến trong đờ xảy ra sự biến đi lực tác dụng lên lực kế thành sự thay đi điện tr của cảm biến. Dòng điện xt hiƯn trong ệ-ắng chĐo BD cđa cÌu, vắi tr-ắng hợp đơn giản, khi q trình xảy ra chm cờ thể ghi lại đ-ợc nhớ điện kế. Nếu quá trình xảy ra nhanh, thì thay vì sử dụng điện kế, ng-ới ta sử dụng oxilơgraf cờ thể ghi lại sù lƯch cđa kim chử s liệu trên phim chuyển đng cờ đ nhạy cao. Để chuyển các chỉ thị của điện kế hay của oxilôgraf sang các giá trị cèn biết, ng-ới ta sử dụng các đ thị so chuỈn, biĨu thỡ mỉi quan hệ giữa chỉ thị của dụng cụ với đại l-ợng ệở biạt tr-ắc cđa tời trụng quy định.
Kủ thuỊt thùc nghiƯm ệo biạn dạng phát triển tới mức, kĩ s- cờ thể đo khơng chỉ lực và mơmen mà cịn cờ thể đo đ-ợc ứng sut trên bề mƯt tiạp xóc giọa dơng cụ và chi tiết biến dạng. Mt trong các ph-ơng pháp xác định ứng sut trên bề mt tiếp xúc với dụng cụ đ-ợc trình bày nh- hình 2.4
Hừnh 2.4 Sơ đ xác định ứng sut trên bỊ mƯt tiạp xóc
Ng-ắi ta ệƯt ệÌu ệo cê kÝch th-ắc nhâ dỰng chỉt 3 vộo trong dơng cơ (khuôn) 1 và tiếp xúc với kim loại biến dạng 2. Trên bề mt của cht 3 dán các cảm biến 4 (nh- hình2.5). Cht 3 đ-ợc giữ cht bi êcu 5. Êcu và đáy cht cờ khoan lỡ để lun dây dn 6 ni cảm biến với sơ đ cèu. Cảm biến đ-ợc b trÝ trến mƯt bến cđa cht cho phép ghi lại lực từ ứng sut phápvộ ụng suÍt tiạp mĩt cịch riêng biệt (lực từ ứng sut tiếp đ-ợc ghi lại bỪng hai thộnh phÌn 1vộ 2
vng gờc với nhau, nhn đ-ợc do cht bị un hai mt phẳng vuông gờc). Cht đ-ợc làm từ cùng loại vt liệu với dụng cụ biến dạng và đ-ợc đt vào trong lì cê khe hị, sao cho khi chịu biến dạng đàn hi, cht và dụng cụ không chạm nhau. Diện tÝch mƯt ệÌu chỉt, nỪm ị gianh giới giữa dụng cụ và kim loỰi biạn dỰng đ-ợc biết tr-ớc. Do vy cho phép dựa vào lực tác dụng mt đèu cht, tắnh đ-ợc ứng sut pháp trung bừnh vộ ụng st tiạp .
Nếu lắp đt hệ thng các cht trong dụng cụ sẽ cho phép nhn đ-ợc mt bức tranh gÌn ệóng (biĨu ệơ) sù phân b ứng sut trên bề mt tiếp xúc giữa dơng cơ vộ vỊt gia công. Ph-ơng pháp mô tả trên để xác định ụng st tiạp xóc cịng cê những nh-ợc điểm nht định. Dụng cụ bị mt tắnh liên tục do đờ đà gây sự ảnh h-ng nào đờ tới trạng thái ứng sut biến dạng mà rt khờ đánh giá. Ph-ơng phịp
khơng đơn giản và địi hõi cơng việc phải khéo léo khi chế tạo chi tiết, lắp đt vộ tiạn hộnh thùc nghiƯm.
Hừnh 2.5 Dán cảm biến điện tr lên phèn tử dạng trụ
Cèn phải nhn mạnh rằng ph-ơng pháp đo biến dạng bằng Tenzomet chỉ cờ khả năng nghiên cứu trạng thái ụng st trến bỊ mƯt tiạp xóc vắi dơng cơ. Mt trong những bài tốn khờ nht còn tn tại là bằng thực nghiệm xác định trạng thái ứng sut bên trong vt biến dạng. Để giải quyết mt phèn vn đề này ng-ới ta sử dụng ph-ơng pháp quang hục, mà chúng ta sẽ ệỊ cỊp ị phÌn d-ắi.