Способ оценки штампуемости листового материала

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для оценки штампуемости листового металла. Листовую заготовку из испытуемого металла в форме пластины с предварительно нанесенной координатной сеткой устанавливают на матрицу, имеющую эллипсную в плане рабочую полость, нагружают до разрушения универсальным эластичным пуансоном с полусферической формующей поверхностью и по координатной сетке определяют предельную интенсивность логарифмических деформаций, накопленную к моменту разрушения. О штампуемости испытанного металла и пригодности его для изготовления какой-либо детали судят по результату сопоставления с рассчитанной или экспериментально установленной величиной накопленной интенсивности логарифмических деформации для этой детали. Повышается точность оценки штампуемости листового металла. 1 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для оценки штампуемости листового металла в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Известен способ оценки штампуемости листового металла, заключающийся в том, что заготовку в виде пластины устанавливают на матрицу, нагружают металлическим пуансоном со сферической рабочей поверхностью до разрушения, определяют момент разрушения по трещинам на выпучиваемой части заготовки, фиксируют глубину образовавшейся лунки и по полученным данным судят о штампуемости испытанного металла [1]. Недостатком этого способа является невозможность проведения испытаний в условиях однородного двухосного растяжения вследствие неравномерности условий нагружения заготовки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ оценки штампуемости листового металла, представленный в [2].

В данном способе листовую заготовку из испытуемого металла, с предварительно нанесенной координатной сеткой, устанавливают на матрицу, имеющую эллипсную в плане рабочую полость и формуют металлическим пуансоном до разрушения. В результате формовки получают куполообразное изделие эллипсной формы в плане с отношением длин малой и большой осей, равным 0,4-1,0. По координатной сетке устанавливают предельные деформации, сопоставляют их величину с накопленными деформациями для какой-либо детали и по их отношению оценивают пригодность испытанного металла для изготовления данной детали.

Известное техническое решение имеет следующие недостатки:

- низкая точность, обусловленная существенным влиянием на результаты испытания сил трения между заготовкой и пуансоном, вследствие чего центральная часть заготовки деформируется в условиях неоднородного двухосного растяжения;

- большая трудоемкость и значительный расход материала, связанные с необходимостью изготовления отдельных пуансонов для различных отношений длин малой и большой осей эллиптической матрицы.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности способа оценки штампуемости листового металла, снижение его трудоемкости и уменьшение расхода материала.

Это достигается тем, что в способе оценки штампуемости листового металла согласно изобретению для обеспечения условий однородного двухосного растяжения, снижения трудоемкости испытания и уменьшения расхода материала заготовку до ее разрушения нагружают универсальным эластичным пуансоном с полусферической формующей поверхностью.

Применение при испытании универсального эластичного пуансона с полусферической формующей поверхностью позволяет изначально локализовать деформацию металла в центральной зоне заготовки, создать на ней преднамеренное утонение и обеспечить разрушение заготовки в ее центральной зоне. При этом со стороны эластичной среды на заготовку создается гидростатическое (равномерное) давление, существенно уменьшается величина сдерживающих сил трения между заготовкой и пуансоном и сводится до минимума их влияние на распределение деформаций в центральной части заготовки. Вследствие этого центральная часть заготовки при ее нагружении деформируется в условиях однородного двухосного растяжения.

Кроме того, применение при формовке универсального эластичного пуансона с полусферической формующей поверхностью позволяет исключить необходимость изготовления отдельных металлических пуансонов для различных отношений длин малой и большой осей эллиптической матрицы и тем самым снизить трудоемкость испытания и уменьшить расход материала.

На чертеже представлена схема осуществления способа: слева от оси симметрии - исходное положение заготовки перед формовкой, справа - положение заготовки после формовки.

Способ осуществляют следующим образом. Из листа испытуемого металла вырезают заготовку в форме пластины. На заготовку фотоконтактным способом наносят координатную сетку. Затем заготовку 1 размещают на зеркале матрицы 2 с эллипсной в плане рабочей полостью. К контейнеру 3, в который помещен универсальный эластичный пуансон 4 с полусферической формующей поверхностью, расположенный соосно с матрицей, прикладывают усилие пресса и производят нагружение заготовки до разрушения. В результате формовки получают куполообразное изделие эллипсной формы в плане с отношением длин малой и большой осей, равным 0,4-1,0.

После формовки заготовку извлекают из матрицы, методом координатных сеток устанавливают ее деформированное состояние и рассчитывают предельную интенсивность логарифмических деформаций ε0пр, накопленную к моменту разрушения.

Сопоставляя значения ε0пр с рассчитанной или экспериментально установленной величиной накопленной интенсивности логарифмических деформаций ε0 для какой-либо детали, устанавливают степень близости деформированного состояния в проблемной с точки зрения возможного разрушения зоне формуемой детали к предельному, определяют запас пластичности испытанного металла и оценивают его пригодность для изготовления данной детали.

Реализация предлагаемого металлосберегающего способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность оценки способности штампуемого листового металла к формовочным операциям со схемой неравномерного двухосного растяжения, снизить трудоемкость испытания и уменьшить расход материала.

Пример конкретной реализации способа

Реализацию способа осуществляли на стандартной испытательной машине ЦД-40. Формовке подвергали три плоские заготовки прямоугольной формы с размерами в плане 100×180 мм и толщиной 1,5 мм, изготовленные из алюминиевого сплава Д16АМ. Нагружение заготовок до разрушения производили в экспериментальном вытяжном штампе. До начала испытаний на зеркало круглой матрицы диаметром 80 мм устанавливали сменное переходное кольцо с эллипсным отверстием, имеющим размеры осей 35 и 70 мм. Формовку производили эластичным пуансоном с полусферической формующей поверхностью, изготовленным из полиуретана марки СКУ-7Л. Перед испытаниями на формующую поверхность эластичного пуансона было нанесено антифрикционное покрытие на основе фторопласта-4. Для уменьшения влияния сил трения между образцом и матрицей помещали полиэтиленовую пленку толщиной 0,1 мм.

Для установления предельной интенсивности логарифмических деформаций ε0пр, накопленной к моменту разрушения, и проверки реализации в центральной части заготовки условий однородного двухосного неравномерного растяжения после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на образец фотоконтактным способом координатной сетке из системы пересекающихся окружностей диаметром d=2,6 мм. С этой целью на инструментальном микроскопе УИМ-22 с точностью ±0,001 мм по обе стороны от образовавшейся трещины (по нормали к ней) измеряли наибольший a и наименьший b размеры ячеек деформированной координатной сетки. Измерения начинали с ближайшей к трещине целой ячейки, соседней с ячейкой, рассеченной возникшей трещиной.

Наибольшую ε1 и наименьшую ε2 главные логарифмические деформации рассчитывали с учетом кривизны поверхности заготовки по формулам

где R1, R2 - радиусы кривизны поверхности заготовки в направлениях, соответствующих деформациям ε1, ε2.

По рассчитанным значениям деформаций определяли параметр вида деформированного состояния α=ε12. Практически на всей центральной части каждой из испытанных заготовок параметр α оставался постоянным и равным 0,26, что свидетельствовало о том, что эта зона заготовки при ее формовке деформировалась в условиях однородного деформированного состояния. Разрушение всех трех испытанных заготовок происходило вблизи их центра, это также подтверждало, что при формовке реализуются условия однородной деформации.

Для установления предельных значений главных деформаций ε1пр и ε2пр, соответствующих разрушению материала заготовки, строили графики изменения деформаций ε1, ε2 в зависимости от расстояния от трещины. Экстраполируя полученные зависимости на край трещины, устанавливали предельные значения главных логарифмических деформаций ε1пр, ε2пр.

Предельную интенсивность логарифмических деформации ε0пр, накопленную к моменту разрушения, рассчитывали по формуле

Величина ε0пр, усредненная по результатам формовки трех заготовок, оказалась равной 0,34.

О штампуемости испытанного металла и пригодности его для изготовления какой-либо детали можно судить по результату сопоставления ε0пр с рассчитанной или экспериментально установленной величиной накопленной интенсивности логарифмических деформаций ε0 для этой детали.

Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа оценки штампуемости листового металла.

Использование предлагаемого способа позволит производить оценку штампуемости листовых металлов, применяемых в различных отраслях промышленности путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий и НИИ.

Источники информации

1. Авдеев Б.А. Техника определения механических свойств материалов. М.: Машиностроение. 1965. С. 391-397.

2. А.С. СССР 1618483, кл. В21D 22/20, G01N 3/28, 07.01.91. БИ №1.

Способ оценки штампуемости листового металла, включающий нанесение координатной сетки на листовую заготовку из испытуемого металла, установку ее на матрицу, имеющую эллипсную в плане рабочую полость, формовку заготовки до разрушения с получением куполообразного изделия эллипсной формы в плане с отношением длин малой и большой осей, равным 0,4-1,0, и сопоставление определенных методом координатных сеток предельных и накопленных деформаций, по результатам которого судят о штампуемости металла, отличающийся тем, что формовку заготовки до разрушения осуществляют в условиях однородной деформации посредством универсального эластичного пуансона с полусферической формующей поверхностью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к прессовому оборудованию. Пресс для глубокой вытяжки полых листовых деталей содержит станину и траверсу, соединенные колоннами.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к области обработки металлов давлением, и может быть использовано для вытяжки сферических деталей с плоским дном.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способу горячей обработки давлением и закалки под давлением пластинчатых оцинкованных заготовок из стального листа.

Заявленная группа изобретений относится к обработки металлов давлением и может быть использована для пластического деформирования аустенитной стали. Осуществляют нагрев стали до локальной температуры, определяемой точкой разрыва, после чего ее пластически деформируют.

Изобретение относится к плакированному алюминием стальному листу для горячей штамповки, способу горячей штамповки указанного листа и к детали автомобиля. Плакированный алюминием стальной лист содержит стальной лист, слой алюминиевого покрытия, сформированный на одной или обеих поверхностях стального листа, содержащий по меньшей мере 85 мас.

Заявленная группа изобретений относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению металлических двухкомпонентных контейнеров. Осуществляют зажим кольцевой области листа и растягивание окружного участка.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальному листу, используемому для горячей штамповки. Лист выполнен из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%: C: 0,05-0,40, Si: 0,001-0,02, Mn: 0,1-3, Al: 0,0002-0,005, Ti: 0,0005-0,01, O: 0,003-0,03, один или оба из Cr и Mo в сумме 0,005-2, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления из листов тонкостенных цилиндрических изделий. Осуществляют вытяжку цилиндрических изделий из плоских листовых заготовок.

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано при вытяжке тонкостенных изделий. Из листа вырезают заготовку квадратной формы.

Изобретение относится к способу горячего прессования с помощью штампа для формования. Нагретую металлическую пластину размещают между пуансоном и матрицей штампа, сближают пуансон и матрицу друг с другом и прессуют металлическую пластину, удерживаемую между пуансоном и матрицей.

Изобретение относится к листовой штамповке для вытяжки полуфабрикатов изогнутых средне- и крупногабаритных кузовных деталей на листоштамповочных прессах простого действия или на многопозиционных прессах-автоматах. После размещения заготовки на матрице штампа и при ходе ползуна пресса вниз вместе с пуансоном и охватывающим пуансон прижимом, опирающимся на пружины для создания силы прижима краевой части заготовки, сначала осуществляют предварительную гибку заготовки прижимом штампа внутрь проема матрицы. Затем при дальнейшем ходе ползуна пресса осуществляют прижатие краевой части заготовки рабочей поверхностью прижима к развертывающейся прижимной поверхности матрицы. Далее осуществляют вытяжку центральной части заготовки дном вниз, пуансоном в полость матрицы. Повышается точность размеров деталей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, пригодной для получения штампованного изделия. Сталь содержит, в мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01, и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное - железо и неизбежные примеси. Средний диаметр эквивалентной окружности Ti-содержащих включений, имеющих диаметр эквивалентной окружности 30 нм или менее, среди Ti-содержащих включений, содержащихся в стальном листе, составляет 6 нм или менее. Количество Ti во включениях и общее количество Ti в стали удовлетворяет соотношению: (количество Ti во включениях (мас.%) - 3,4[N]) < 0,5×[(общее количество Ti (мас.%))-3,4[N]], где [N] обозначает содержание (мас.%) N в стали. Доля площади феррита в металлографической микроструктуре составляет 30% или более. Изготавливаемые изделия имеют превосходные характеристики сопротивления размягчению в зоне термического влияния (HAZ) и требуемое соотношение между высокой прочностью и эластичностью. 5 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 16 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стального элемента посредством горячей штамповки при использовании стального листа. Стальной лист включает, в мас.%, C: от 0,15 до 0,35, Si: от 1,0 до 3,0, Mn: от 1,0 до 3,0, Al: от более чем 0 вплоть до 0,10, Ti: от ([N]×48/14) до 0,10, где [N] означает количество N в стальном листе, B: от 5 млн-1 до 50 млн-1, P: от более чем 0 до менее чем 0,015, S: от более чем 0 вплоть до 0,010 и N: от более чем 0 вплоть до 0,010, остаток является железом и сопутствующими примесями. Средняя концентрация кислорода от внешней поверхности стального листа до глубины 10 мкм в направлении толщины листа составляет 0,70 мас.% или более. Повышается качество выполнения горячей штамповки за счет стабильного и надежного подавления осыпания/отслаивания окалины во время штамповки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного компонента из стального листа. Лист имеет следующий химический состав, мас.%: от 0,100 до 0,340 углерода, от 0,50 до 2,00 кремния, от 1,00 до 3,00 марганца, 0,050 или менее фосфора, 0,0100 или менее серы, от 0,001 до 1,000 растворимого алюминия, 0,0100 или менее азота, остальное - железо и примеси. Структура стали полученного горячештампованного компонента содержит феррит, по меньшей мере одну из фаз - отпущенный мартенсит или отпущенный бейнит, и мартенсит. Доля площади феррита составляет от 5 до 50%, суммарная доля площади отпущенного мартенсита и отпущенного бейнита от 20 до 70%, доля площади мартенсита от 25 до 75%, а суммарная доля площади феррита, отпущенного мартенсита, отпущенного бейнита и мартенсита составляет 90% или более, а доля площади остаточного аустенита от 0 до 5%. Получаемый горячештампованный компонент обладает высоким временным сопротивлением, высокой пластичностью и гибкостью после горячей штамповки. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной стали, используемой в автомобилестроении. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,030 до 0,150, Si: от 0,010 до 1,00, Mn: от 0,50 до менее 1,50, Р: от 0,001 до 0,060, S: от 0,001 до 0,010, N: от 0,0005 до 0,0100, Al: от 0,010 до 0,050 и необязательно один или несколько из следующих элементов: В: от 0,0005 до 0,0020, Мо: от 0,01 до 0,50, Cr: от 0,01 до 0,50, V: от 0,001 до 0,100, Ti: от 0,001 до 0,100, Nb: от 0,001 до 0,050, Ni: от 0,01 до 1,00, Cu: от 0,01 до 1,00, Са: от 0,0005 до 0,0050 и РЗМ: от 0,0005 до 0,0050, остальное - Fe и неизбежные примеси. Микроструктура стали содержит от 40% до 95% по доле площади феррита и от 5% до 60% по доле площади мартенсита, а также, при необходимости, одну или несколько из следующих фаз: 10% или менее перлита по доле площади, 5% или менее остаточного аустенита по объемной доле и менее чем 40% по доле площади бейнита. Сумма доли площади феррита и доли площади мартенсита составляет 60% или более. Сталь обладает высокой формуемостью, высокими свойствами химической конверсионной обработки и адгезией покрытия. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, предназначенной для получения штампованных изделий. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01%, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01% и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1%, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное железо и неизбежные примеси. Средний диаметр эквивалентной окружности Ti-содержащих включений, имеющих диаметр эквивалентной окружности 30 нм или менее, среди Ti-содержащих включений, содержащихся в стальном листе, составляет 3 нм или более. Количество Ti во включениях и общее количество Ti в стали удовлетворяет соотношению: (количество Ti во включениях (мас.%)-3,4[N])≥0,5×[(общее количество Ti(мас.%))-3,4[N]], где [N] обозначает содержание (мас.%) N в стали. Доля площади феррита в металлографической микроструктуре составляет 30% или более. Обеспечивается требуемый баланс между высокой прочностью и эластичностью. 5 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 16 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при вытяжке крупногабаритных деталей сложной формы. В штампе, содержащем пуансон, матрицу с перетяжными ребрами, прижим с выемками под перетяжные ребра, механизм для удаления отштампованных вытянутых полуфабрикатов из штампа выполнен с продольными рейками за пределами прижимной поверхности прижима и с поперечными рейками, расположенными в пазах, выполненных в выемках прижима под перетяжные ребра. Расширяются технологические возможности. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячепрессованной стальной листовой детали, используемой в автомобилестроении. Сталь имеет следующий химический состав, в мас.%: C: от 0,10 до 0,34; Si: от 0,5 до 2,0; Mn: от 1,0 до 3,0; растворимый Al: от 0,001 до 1,0; P: 0,05 или менее; S: 0,01 или менее; N: 0,01 или менее; Ti: от 0 до 0,20; Nb: от 0 до 0,20; V: от 0 до 0,20; Cr: от 0 до 1,0; Mo: от 0 до 1,0; Cu: от 0 до 1,0; Ni: от 0 до 1,0; Ca: от 0 до 0,01; Mg: от 0 до 0,01; REM: от 0 до 0,01; Zr: от 0 до 0,01; B: от 0 до 0,01; Bi: от 0 до 0,01; остальное: Fe и примеси. Доля площади феррита в структуре стали на участке поверхностного слоя, протяженном в диапазоне от поверхности до глубины 15 мкм, составляет больше, чем 1,20-кратная величина доли площади феррита на участке внутреннего слоя, который представляет собой участок за исключением участка поверхностного слоя. Участок внутреннего слоя имеет структуру стали, в % площади: феррит от 10 до 70 и мартенсит от 30 до 90, а суммарная доля площади феррита и мартенсита составляет от 90 до 100. Получаемые детали имеют предел прочности при растяжении 980 МПа или более и высокие пластичность и сгибаемость. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к листовой штамповке крупногабаритных деталей сложной формы. Загружают листовую заготовку в штамп, осуществляют прижим фланца заготовки, втягивание центральной части заготовки пуансоном в рабочую полость матрицы с одновременным торможением фланца заготовки перетяжными ребрами и дополнительными ребрами. Перетяжными ребрами, расположенными эквидистантно проему матрицы, создают радиальные растягивающие напряжения, а дополнительными перетяжными ребрами, выходящими за пределы заготовки, создают тангенциальные растягивающие напряжения. При этом дополнительные ребра, обращенные в сторону проема матрицы, выполняют сопряженными с перетяжными ребрами радиусами, равными 3,0-3,5 исходной толщины заготовки с учетом положительного допуска на толщину листа. Повышается точность размеров деталей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячепрессованной стальной листовой детали, используемой в автомобилестроении. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: C: от 0,10 до 0,34; Si: от 0,5 до 2,0; Mn: от 1,0 до 3,0; растворимый Al: от 0,001 до 1,0; P: 0,05 или менее; S: 0,01 или менее; N: 0,01 или менее; Ti: от 0 до 0,20; Nb: от 0 до 0,20; V: от 0 до 0,20; Cr: от 0 до 1,0; Mo: от 0 до 1,0; Cu: от 0 до 1,0; Ni: от 0 до 1,0; Ca: от 0 до 0,01; Mg: от 0 до 0,01; REM: от 0 до 0,01; Zr: от 0 до 0,01; B: от 0 до 0,01; Bi: от 0 до 0,01; остальное: Fe и примеси. Доля площади феррита в структуре стали на участке поверхностного слоя, протяженном от поверхности до глубины 15 мкм, является равной или меньшей, чем 1,20-кратная величина доли площади феррита на участке внутреннего слоя, который представляет собой область за исключением упомянутого участка поверхностного слоя. Участок внутреннего слоя имеет структуру стали, в % площади: феррит: от 10 до 70 и мартенсит: от 30 до 90, а суммарная площадь феррита и мартенсита составляет от 90 до 100. На участке внутреннего слоя концентрация Mn в мартенсите является равной или большей, чем 1,20-кратная величина концентрации Mn в феррите. Получаемые детали имеют предел прочности при растяжении 980 МПа или более, высокие пластичность и ударную вязкость. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.
Наверх