Лист 0,4 мм

Более полное представление о пригодности металла для штамповки может быть получено технологическими испытаниями (пробами), под которыми понимается выявление способности листового металла подвергаться пластическим деформациям, аналогичным тем, которые он испытывает в процессе технологической обработки.

Наиболее распространенными технологическими испытаниями являются следующие: испытание на срез - для вырубных работ; испытание на перегиб - для гибочных работ; испытание на глубину вытяжки - для вытяжных работ.

Испытание на срез. Испытание на срез имеет целью более точно установить сопротивление испытуемого материала разделению - срезу штамповочным вырубным (пробивным) инструментом. Испытание обычно производится на обыкновенной универсальной испытательной машине (или лучше на прессе Гагарина), на которой устанавливается специальный экспериментальный вырубной штамп.

Испытание на перегиб. Такое испытание служит для определения способности металла подвергаться изгибу и применяется для листового металла толщиной не выше 6 мм. Сущность этого испытания заключается в том, что отрезанный от листа или ленты образец зажимают в щеках специальных тисков или прибора и перегибают й одном и в другом направлениях на 90° (рис. 1). Допускается не более 60 перегибов в минуту (за один перегиб считается загиб на 90° и разгиб на 90°). Общее число перегибов указывается в технических условиях на материал. Радиус закругления губок г выбирается в зависимости от толщины материала и составляет: 2, 4, 6, 8 и 10 мм. Признаком пригодности материала после выполнения заданного числа перегибов служит отсутствие в месте перегиба расслоений, отслаиваний, надрывов, трещин и излома.

Испытание вытяжных свойств. Для установления пригодности материала к вытяжным операциям листовой штамповки применяются три основных вида испытаний: 1) испытание на глубину выдавливания сферической лунки; 2) испытание на глубину вытяжки колпачка; 3) растягивание отверстия.

Как стандартное и обязательное при приемке листового материала установлено испытание на выдавливание сферической лунки на приборе Эриксена или на машине МТЛ-10Г (по ГОСТ 10510-80). На машине А1ТЛ-10Г можно произвести все три вышеуказанных вида испытаний.

Рис. 1. Испытание на перегиб: а-схема испытания; б - последовательность перегибов

Рис. 2. Схема испытаний на глубину выдавливания сферической лунки по Эриксену

Сущность испытания на приборе Эриксена или на машине МТЛ-10Г (рис. 2) заключается в том, что в квадратной или круглой заготовке 1 размером 30x30 или 70x70 мм, вырезанной из испытуемого материала и сильно зажатой между вкладышем 7, кольцом 2 гидравлической мессдозы прижима и матрицей 8 (закрепленной в матрицедержателе 9), выдавливается пуансоном 5, закрепленным в надставке 4 шпинделя 3 прибора, сферическая лунка 10 до момента появления на ней первой трещины. Заготовка устанавливается до упора 6. На приборе Эриксена появление трещины наблюдается в- зеркальце, установленном на корпусе прибора.

Однако испытание на глубину выдавливания сферической лунки имеет недостатки: оно не является полным воспроизведением процесса вытяжки. Это объясняется тем, что между испытанием по Эриксену и операцией вытяжки существует лишь внешнее подобие, в то время как напряженно-деформированное состояние при этих процессах совершенно различное. При выдавливании сферической лунки материал в очаге деформации подвергается действию радиальных и тангенциальных растягивающих напряжений (с сильным утонением материала в центре заготовки), а при обычной вытяжке - действию радиального растяжения и тангенциального сжатия. Испытание на глубину выдавливания сферической лунки сравнительно хорошо моделирует процесс вытяжки только при штамповке сферических, параболических и других подобных деталей, а также при гидравлической вытяжке. Все большее распространение получает также испытание на глубину вытяжки колпачка, практически воспроизводящее полностью процесс вытяжки, методика испытаний которых разработана ЦНИИТмашем, однако это испытание пригодно только в условиях однооперационного процесса.

Глубина выдавливания сферической лунки для толщин 0,5-2,0 мм в зависимости от рода материала составляет 8,0-15,0 мм.

Отметим, что вытяжные свойства листового металла в условиях многооперационного процесса без применения межоперацион-ных отжигов следует устанавливать по итоговому коэффициенту вытяжки (m_общ = m_1-n= m₁m_{2 ...} m_n ... т_п). Определяя вытяжные свойства по этому методу, можно убедиться в том, что у стали они выше, чем у латуни, в то время как при однооперационном процессе (также при испытании на глубину выдавливания по методу Эриксена) получается наоборот.

Способность листового металла к пластическому формоизменению- гибке, вытяжке и формовочным  операциям, главным образом при штамповке деталей сложной формы, значительно зависит и от анизотропии механических свойств металла. Анизотропия металла состоит в том, что при^гпрокатке лист приобретает различные механические свойства в разных направлениях по отношению к направлению прокатки - вдоль, поперек и под углом. Анизотропия является следствием образовавшейся в процессе прокатки текстуры - предпочтительной ориентировки зерен обрабатываемого металла. Анизотропия зависит от режимов прокатки и последующей термической обработки.

Анизотропию механических свойств листовых металлов принято характеризовать коэффициентом анизотропии (или показателем анизотропии) а, представляющим собой отношение логарифмических деформаций ε по ширине b и толщине s образца при испытании его на растяжение

где l₀, b₀, s₀, l_l, b₁, s₁ - соответственно (расчетная) длина, ширина и толщина образца до и после его растяжения - разрыва.

Переход в правой части уравнения (8) вместо толщины на длину (на основе равенства объемов) вызван тем, чтобы исключить влияние погрешности при измерении толщины тонколистового металла на коэффициент анизотропии. Для изотропного металла отношение (8) равно единице.

Рассматривают нормальную анизотропию (трансверсально изотропное тело), когда коэффициент анизотропии практически одинаков в различных направлениях прокатки, но отличен от единицы, и плоскостную анизотропию, когда коэффициент анизотропии неодинаков в различных направлениях прокатки в плоскости листа.

Коэффициент анизотропии для большинства листовых металлов, используемых при штамповке, изменяется от 0,2 до 2,7.

Для определения показателя анизотропии из листа вырезают образцы в трех-четырех направлениях: вдоль направлений прокатки, поперек и под углом (обычно под углом 45 и 135°), испытывают их на растяжение и определяют значения а₀, а_45°, а_90° и а_135°, по которым строят фигуру (диаграмму) данного металла. Затем находят среднее значение коэффициента анизотропии а_ср, определяемое как среднее арифметическое из значений коэффициентов анизотропии в различных направлениях в плоскости листа по формуле

Анизотропия механических свойств листовых металлов оказывает большое влияние на процессы штамповки и, главным образом, на штампуемость и глубокую вытяжку деталей из анизотропных листов. В большинстве случаев анизотропия вызывает затруднения в создании устойчивых технологических процессов листовой штамповки и выборе их параметров. При вытяжке плоскостная анизотропия проявляется в образовании складок и фестонов (неровностей) по краю деталей, что вызывает необходимость в обрезке края их и к потере металла, затрудняет съем деталей с пуансона после вытяжки, а также к проявлению иногда расслоений и наплывов. Степень образования фестонов при глубокой вытяжке деталей зависит от степени анизотропии металла и от технологических параметров вытяжки.

Степень фестонообразования определяется по формуле

где h_mах и h_min - максимальная (по фестону-выступу) и минимальная (по впадине) высота вытянутой детали; /г_ср - средняя высота детали; Δh - высота фестона.

Уменьшения фестонообразования при вытяжке можно достигнуть уменьшением до минимума степени текстуры и, в частности, разбросом этой текстуры относительно направления прокатки, для чего в процессе прокатки меняют направление подачи заготовки (сляба) в валки - вдоль, поперек и под углом с последующей эффективной термической обработкой.

С технологической стороны уменьшить фестонообразование можно ограничением течения фланца заготовки или усилением течения металла через кромку пуансона с увеличенным радиусом закругления кромок при обильной смазке, а также при вытяжке с утонением. Уменьшить фестонообразование можно также, применяя профильную заготовку (вместо круглой) с поправкой на фестонообразование, однако это несколько усложняет конструкцию вырубного штампа и составляет некоторое затруднение при укладке заготовки в фиксирующее кольцо вытяжного штампа.

Наряду с некоторыми отрицательными моментами исследованиями установлено, что иногда плоскостная анизотропия оказывает и положительное влияние на процесс вытяжки: она обеспечивает большую степень вытяжки, повышает устойчивость стенки вытягиваемой детали, облегчает вытяжку некоторых деталей сложной формы и позволяет получать детали с большей конструктивной жесткостью.

Доказано также, что помимо анизотропии большое значение для улучшения штампуемости листового металла имеет величина наибольшего равномерного удлинения δ_в, допускаемого металлом до образования шейки при растяжении образца. Чем больше δ_в (ε_в) при одних и тех же характеристиках металла, тем лучше должна быть его штампуемость.

На основании результатов штамповки сложных автомобильных деталей, произведенной на Московском автомобильном заводе им. Ленинского комсомола, и механических испытаний установлена целесообразность оценки вытяжных свойств листового металла по совокупности значений равномерного удлинения δ_в и коэффициента анизотропии а. При этом коэффициенты анизотропии остаются постоянными при значительных однородных деформациях, поэтому их удобно определять при деформации образца, соответствующей наибольшему равномерному удлинению. Для определения δ_в и а предусматривается испытание на растяжение не обычных, а удлиненных образцов, рабочая длина которых l =10b₀ (b₀ =20 мм - ширина рабочей части образца). Для устранения влияния головок образца на точность испытаний расчетная длина l₀ = 8b₀ удаляется с каждой стороны на расстояние b₀ от мест сопряжения закруглений с прямолинейной частью образца. До испытания с обоих концов расчетной длины откладываются участки длиной l′ = 2b₀. Если разрыв образца происходит не по середине образца, то δ_в и а следует определять на участке, находящемся на большей части разорванного образца. Равномерное удлинение вычисляется по формуле δ_в = (l_к - l_в)/l_в (l_в и l_к - соответственно начальная и конечная длина расчетного участка образца).

Установлено, что наиболее пригодны для вытяжки стали с показателями анизотропии а_ср = 1,2÷1,7 и с равномерным удлинением δ_в > 20%. Например, картер автомобиля «Москвич» хорошо вытягивается из стали 08кпВГ толщиной 1,5 мм, имевшей коэффициенты анизотропии (по оси х и у) а_х > 1,5; а_у > 1,7 при равномерном удлинении δ_в > 25%.