пию. Тогда в испытании металла иа одноосное растяжение определяют константы Al, ej и rt, а константы зависимости (1) вычисляют по формулам:

е =]/-

2 2+г

3 \ +г

(13)

Интенсивности напряжения и деформации

3 1

У 2 2 + г

/Т-Т+7

3 1 +г

(14)

(15)

В разделительных операциях показателем штампуемости обычно является стойкость инструмента при заданных точности и качестве поверхности, по которой происходит разделение металла. Причем качество этой поверхности обычно оценивается величиной заусенца и соотношением двух ее частей: части с малой шероховатостью, по которой металл контактировал с боковой поверхностью инструмента в процессе его пластического внедрения, и части с большой шероховатостью, образовавшейся при разрушении металла.

К технологическим свойствам и характеристикам листового металла, которые влияют на стойкость инструмента, относятся пластичность (характеризуется интенсивностью деформации, накопленной за период, предшествующий разрушению), прочность {пределом текучести и прочности), микроструктура (величиной зерна и степенью его однородности, наличием более твердых частиц с абразивным характером воздействия на инструмент), физико-химическое состояние и микрогеометрия поверхности. С повышением пластичности штампуемость обычно улучшается, увеличивается часть поверхности разделения с малой шероховатостью, возрастает стойкость инструмента, так как снижаются контактные напряжения иа рабочих кромках инструмента за счет увеличения площади контакта. Штампуемость улучшается при снижении пределов текучести и прочности, что обычно связано с повышением пластичности.

Снижение прочности приводит к снижению контактных напряжений и повышению стойкости инструмента. Стойкость инструмента выше при более мелкой и равномерной микроструктуре металла, малой загрязненности . {.le-талла нерастворимыми примесями и частицами с абразивным характером воздействия на инструмент.

От микрогеометрии и физико-химического состояния поверхности листового материала зависит ее способность удерживать смазочно-охлаждающий слой, что является единственным резервом улучшения штампуемости металла прн его штамповке в состоянии высокой прочносга и малой пластичности. Для улучшения штампуемости на поверхность таких листовых металлов иногда наносят покрытия, обладающие смазывающим свойством или способные хорошо удерживать смазочный материал.

При штамповке на высокоскоростных прессах стойкость инструмента зависит также от температуры нагрева инструмента и ее градиента. С увеличением теплопроводности и теплоемкости листового металла температура нагрева инструмента и ее градиент снижаются, стойкость инструмента увеличивается.

В операциях гибки показателями штампуемости наиболее часто являются пружинение, минимальный радиус изгиба, степень изменения качества поверхности от деформации при изгибе. Технологические свойства металла, влияющие на его штампуемость, определяются отношением предела текучести к модулю упругости, пластичностью, макро- и микроструктурой, однородностью механических свойств по листу, ленте, рулону и т. п. и всей поставки металла для данных изделий, точностью и стабильностью отклонения по толщине от номинала для всей поставки, способностью поверхности удерживать смазочный материал.

Отношение предела текучести к модулю упругости является основным фактором, влияющим на пружинение, т. е. на упругое изменение кривизны изогнутой части изделия при разгрузке, когда раскрывается штамп. Оно прямо пропорционально этому отношению. Металл имеет практически неизменный модуль упругости, поэтому чем меньше его предел текучести, тем лучше

штампуемость. Чтобы получить заданную точность гибки, пружинение обычно учитывают корректировкой размеров пуансона и матрицы и настройкой штампа. Такая корректировка эффективна, если предел текучести и отклонение по толщине металла достаточно стабильны. Минимальный радиус изгиба зависит от пластичности металла, т. е. от величины вр, так как формоизменение ограничивается разрушением металла на выпуклой поверхности изогнутого участка. Если металл имеет грубую микроструктуру, крупную неравномерную зернистость, то при изгибе вследствие большой пластической деформации поверхностных слоев может существенно ухудшаться микрогеометрия поверхности. Способность удерживать смазочный материал, зависящая от микрогеометрии поверхиости и ее состояния, имеет значение, когда на поверхности контакта металла с инструментом действуют высокие контактные напряжения и возникает опасность разрыва и выдавливания смазочного материала, схватывания и задиров.

В операциях вытяжки осесимметрич-ных и коробчатых деталей показателями штампуемости является предельный коэффициент вытяжки Ка, определяемый отношением наибольшего диаметра заготовки, при котором еще возможна вытяжка, к диаметру стакана (для коробчатой детали - диаметры условных заготовки и стакана), а также стойкость инструмента и иногда коэффициент использования металла, который может существенно снижаться из-за плоскостной анизотропии. Силовые параметры обычно не имеют определяющего значения, они лишь могут отражаться на стойкости инструмента.

На коэффициент Кп влияют параметры кривой упрочнения е, п, вт/Оз, Ер и коэффициент нормальной анизотропии г. Чем меньше и а,/ав и больше п, Ёр, и / по сравнению с единицей, тем больше Кп- Наличие плоскостной анизотропии приводит к нарушению осевой симметрии процесса, к окружной разнотолщинности стенки вытягиваемой детали и волнистости кромки. Последнее приводит к увеличению припуска на обрезку кромки и увеличению расхода металла.

Влияют также микрогеометрия и

физико-химическое состояние поверхности (имеется оптимальная микрогеометрия поверхности, обеспечивающая требуемые условия трения, причем имеет значение различие в микрогеометрии с одной стороны листа по сравнению с другой) и относительная толш,ина стенки вытягиваемого изделия (с увеличением отношения толщины листа к диаметру изделия штампуемость обычно улучшается, повышается коэффициент Кп, снижаются требования к техническому уровню и состоянию штампа и пресса).

Стойкость вытяжного штампа зависит от прочностных характеристик листового металла. В зависимости (1) они отражены в основном коэффициентом А, а также зависят от п и bjo-С увеличением прочности металла возрастают напряжения иа поверхностях его контакта с инструментом. Вследствие этого увеличивается интенсивность изнашивания инструмента, повышается вероятность налипания обрабатываемого металла на рабочую кромку матрицы в результате выдавливания смазочного материала с поверхиости контакта. Требования к техническому уровню и состоянию штампа и пресса повышаются, увеличиваются материальные затраты в целом.

В операциях сбтяжки и рельефной формовки формоизменение металла осуществляется путем его растяжения и обтягивания по поверхности инструмента. Показателем штампуемости является параметр предельного срормо-изменения, которое ограничивается разрушением металла, причем разрушению может предшествовать локализация деформации. Дополнительным показателем может быть степень ухудшения микрогеометрии поверхности при деформации металла. Параметром предельного формоизменения может служить относительная предельная глубина формуемой оболочки, относительное удлинение контура сечения оболочки и относительное увеличение площади поверхности металла при его формоизменении.

Локализация деформации предшествует разрушению металла, когда условия его деформации при штамповке близки к условиям одноосного растяжения или плоской деформации. Но чаще имеют место такие условия штамповки, которые препятствуют ло-

кализации деформации. Ее развитие в той или иной мере замедляется, и она протекает не в таком явном виде, как в условияходноосного растяжения.

Если условий формоизменения металла в операции ие препятствуют развитию локализации деформации, то предельное значение главной деформации Ё! в направлении наибольшего растяжения металла равно вщ (4). Параметр предельного формоизменения зависит в основном от и г (10): чем они больше, тем равномернее растягивается металл, тем больше его формоизменение.

На замедление локализации влияет в основном отношение е/е между деформациями удлинения главных волокон, взятых на поверхности формуемой оболочки; в этом отиошеиии 8i. В результате замедления локализации увеличивается предельное значение деформации 8, по сравнению с 8nj. Влияние отношения 83/81 иа ej отражается кривой Келлера. Некоторое влияние на положение кривой оказывает характер распределения деформации по оболочке. Она располагается тем выше в плоскости 8 83/81 графика, чем иеравиомериее распределение деформации. Замедление локализации может быть настолько сильным, что разрушение металла возникает раньше, чем локализация. В этом случае параметр предельного формоизменения тем больше, чем больше 8р, е и л.

Дополнительный показатель штампуемости, обеспечивающий оптимальную шероховатость поверхности металла, вводится в случаях, когда это имеет значение при производстве заданного изделия. Шероховатость поверхности ем больше, чем грубее микроструктура, крупнее и неоднороднее зериа.

1ри штамповке углеродистой листовой стали характерным дефектом иа yjacTKax двухосного растяжения являются полосы скольжения. Этот дефект связан с наличием площадки текучести на кривой упрочнения. Чтобы устранить площадку текучести, иепос-редствеиио перед штамповкой металлу сообщают небольшую, порядка 0,01 деформацию на специально предиазиа-ченных для этого станах.

В операциях штяжки сложных несимметричных детагей (типа деталей кузова автомобиля) формообразование происходит как за счет втягивания

металла пуансоном в матрицу, так и за счет его двухосного растяжения и обтягивания по пуаисоиу, т. е. операция вытяжки совмещается с операцией обтяжки. Технологические свойства металла должны обеспечивать обрабатываемость металла по показателям штампуемости обеих операций.

В операциях еытяжки с утонением стенки формоизменение происходит в основном за счет уменьшения толщ1:ны стенки заготовки протягиванием ее через зазор между пуаисоисм и матрицей. Уменьшение толщины и формоизменение ограничены разрушением стеики. На поверхностях контакта металла с инструментом действуют высокие контактные иапряжеиья.

Штампуемость металла определяется обычно предельным коэффициентом утонения стеики, стойкостью инструмента, коэффициентом использования материала и материальными затратами на подготовительные операции.

Предельный коэффициент утонения стенки т по условию разрыва стенкн тем меньше (формоизменение тем больше), чем интенсивнее упрочняется металл, т. е. чем больше коистаита ге, в зависимости (1).

Стойкость инструмента зависит в; QCHOBHOM от отношения между пока-, зателями прочности обрабатываемого, металла и материала инструмента. Это; соотношение обычно выбирают иа базе производствеииого опыта. На стой-; кость инструмента влияют также спо- собиость поверхности металла удерживать смазочный материал и загрязненность металла нерастворимыми примесями и частицами с абразивиыц характером воздействия на иистру- мент. Часто для повышения стойкости иа поверхность металла наносят по, крытия, обладающие смазывающими свойствами или способностью хороша удерживать смазочный материал.

На коэффициент использования ле-j талла существенно влияет плоскости пая анизотропия. Оиа приводит к пй рушению осевой симметрии процесса увеличению высоты неровностей кром ки вытягиваемого стакана. В резуль- тате припуск на обрезку неровиосте по кромке увеличивается. i

В операциях отбортовки отверстиА и раздачи конца трубы показателем штампуемости является предельный к(Н аффициент формоизменения, Формо*

изменение осуществляется за счет растяжения и уменьшения толщины металла. Возможности формоизменения в основном зависят от параметров и 8р кривой упрочнения и ограничиваются разрушением по кромке борта пли трубы, которому может предшествовать локализация деформации. Деформация растяжения металла по кромке перед локализацией существенно больше деформации 8jn, т. е. локализация деформации значительно запаздывает под воздействием градиента деформации. Деформация 8jp, при которой разрушается металл, в этих операциях больше деформации 8р, при которой разрушается металл в шейке образца для испытания металла иа растяжение. На значение предельного коэффициента существенно влияет отношение толщины металла к диаметру отверстия под отбортовку или трубы. Существенно сказывается также разио-толщииность, она приводит к иаруше-ии;о осевой симметрии процесса, усиливает локализацию деформации. Подобный эффект возникает и при наличии плоскостной анизотропии листового металла.

Испытания технологических свойств листовых металлов и технологические пробы. Испытания технологических свойств листовых металлов сводятся к испытаниям механических, физических и других его свойств и характеристик, поскольку технологические свойства, от которых зависит штам-г:уемость металла в операции, определяются частью этих свойств и характеристик. Технологическая проба представляет собой пробное выполнение операции иа образцах металла с помощью лабораторного штампа или приспособления, моделирующих производственный Штамп. Она позволяет определить показатели штампуемости опробованиого 1!еталла й сравнить их с показателями, удовлетворяющими требования производства. Но выявить, какое именно свойство или характеристика или Же их сочетание обеспечили такой Показатель, проба обычно не может.

Испытания образцов металла на одноосное растяжение для определения механических свойств. Для вычисления тре.х констант зависимостей (1) и (2) Выбирают точки М, Л и Z, иа экспери- ентальион кривой (ej, которую (Строят по экспериментальным точкам

как осредняющую 1изпример, по методу наименьших квадратов). Если испытательная машина оснащена приборами для непрерывной записи изменений размеров образца и усилия, и компьютером, выдающим кривую о, (81) в готовом виде, то вычисление необходимых для построения кривой данных отпадает. Три точки дают три уравнения (2) для вычисления трех констаит. Точка М должна иметь координаты Oj = O.J, Ej = 0; точка L - координаты конца кривой; точку iV удобно выбрать так, чтобы

4i = °ML- (16)

Это дает возможность записать три формулы для определения коистант в явном виде:

4 . eL-28jv In (Ом/От)

In [(810 + 8jv)/8io]

(17)

(ею + sl) Если машина осиащеиа компьютером, то эти вычисления делает ои, тогда отпадает необходимость в ссполь-зоваиии условия (16), чтобы записать 8,0, п и Л, в явном виде.

При выборе методов измерений образца и вычислений напряжения aj и деформации 8, необходимо учитывать следующие обстоятельства. Площадь f о поперечных сечений рабочего участка образца в его исходном состоянии при точности изготовления образца согласно ГОСТам может быть неодинаковой. Различия для сечений с наибольшей и наименьшей площадью в образце из листового проката могут достигать 2 %. Для образцов, вырезанных из труб и других полуфабрикатов, это различие может достигать 5 % н более вследствие разнотолщинности, так как обработка поверхностей образца для выравнивания толщины обычно не допускается. Вследствие этого для каждого поперечного сечения из ряда сечеиий с площадями foi> 02..... F h. имеется своя зависимость усилия растяжения образца Pk (eft) в виде

Pft = Oftf й=ЛOft (ею + eft) e

где = I, 2, 3, ...

На плоскости Pj, 81 зависимости

(18) для ряда сечений представляют собой множество непересекающихся кривых, занимающих полосу, ширина которой тем больше, чем больше различие мгжду площадями сечений. При растяжении в статических условиях на обычной испытательной машине можно считать, что усилие в любой момент времени одно и то же для всех сечений: Pft = Р. Отсюда и из равенства (18) следует, что в различных сечениях деформация различна, т. е. растяжение образца неравномерно с самого начала пластической деформации.

В момент когда усилие достигает максимума, деформация равна вш только в самом слабом сечении шейки; во всех других сечениях она меньше. Расчеты показывают, что в сечении, площадь которого, например, на 1 % больше, деформация меньше на 23 %, если п = 0,3, ею = 0; на 39 % меньше, если п = 0,3, Вю =0,1; на 40 % меньше, если п = 0,4, Вц, = 0,2.

Из расчета следует, что применяемый иногда метод определения константы п по измерениям размеров сечения, удаленного от шейки образца, или по измерениям продольной базы, взятой вне шейки, является весьма грубым и всегда дает заниженный результат.

Метод построения кривой aj (8j) по результатам измерений продольной базы образца содержит следующую некорректность. Вследствие неравномерного растяжения как всего образца, так и выбранной для измерений базы, вычисление деформации как 1п (lllo) по измерениям текущей длины / продольной базы /о в действительности дает осредненную по базе деформацию

Вер = In-

[f о {x,)!F {х,)\ dx.

(19)

где fo (*o) и F (*o) - начальная и текущая площади поперечных сечений образца в виде функций координаты Хд, взятой по его оси.

Среди всех сечений внутри измеряемой базы есть сечение, в котором деформация равна вычисленной по уравнению (19). Если бы напряжение вычисляли по измерениям именно этого сечения, то оно соответствовало бы вычисленной по (19) деформации. Но расположение этого сечения заранее

неизвестно, экспериментатор его и не ищет. Измерения проводят для слу-i чайно выбранного сечения, не обяза! тельно в пределах базы. Эта некорректность не приводит к существенным не; точностям при вычислении Лх и если образец взят от прокатаиногс листа, разнотолщинность и неоднородность которого относительно малы. Не если образец взят от трубы или от штампованного полуфабриката, разнотолщинность и неоднородность которых значительно больше, ошибку трудно оценить, так как для оценки необходимо найти функцию f о (о) и анало-! гичную функцию в отношении неодно-j родности металла вдоль образца. Мето; определения кривой о- (г,) по резуль-i татам изменения данного поперечного сечения и усилия не содержит эточ некорректности.

Относительная ошибка при измерении толщины больше, чем при измерении продольной базы. Но когда ис пользуют метод измерения продольной базы для вычисления деформации, то измерение толщины остается обязательным, так как для вычисления иа-i пряжения необходимо знать площад сечения образца. В итоге точностн общего результата определяется точ] ностью измерения толщины образца!

Метод, в котором деформация вы числяется по измерениям поперечноп сечения, можно использовать и дл! количественной оценки неоднородно сти металла вдоль образца; для этоп в испытании необходимо проводит! измерения одновременно в нескольки: сечениях образца, чтобы затем по строить для каждого сечения кривув упрочнения. Степень различия кон стант Al, 6jo и п кривых упрочнени: для различных сечений образца буде отражать неоднородность металла.

Оценка структурного состояния. Ха рактер микроструктуры, т. е, струк турный состав, величина и форм! зерна, степень его однородности, на личие загрязнений, нерастворимы; включений, оценивается согласш ГОСТ 5639-82, ГОСТ 16523-70. Me тодика оценки структурного состоянш регламентирована этими ГОСТами

Оценка склонности к деформацион ному старению, в результате которог появляется площадка текучести й кривой упрочнения металла, пров< дится в соответствии с ГОСТ 7268-8S

Оценку микрогеометрии псверхносщи проводят по ее шероховатости. Параметры, характеристики и обозначения регламентированы ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 2.309-73. Основным параметром является среднее арифметическое отклонение профиля Ra. Он отражает среднюю арифметическую высоту неровностей профиля в пределах базовой длины. Способность удерживать смазочный материал зависит от этого параметра, а также от типа, направления неровностей, их шага. Для определения параметров шероховатости служат профилометры шуповые завода Калибр типа Калибр-201 , Калибр-252 .

Технологические пробы. Технологическая проба на вырубку-пробивку осуществляется на штампе для вырубки кружка (длина окружности 100 мм), оснащенном силоизмерительным устройством. Принимается оптимальный зазор между пуансоном и матрицей, соответствующий толщине и роду металла. Условия вырубки - обычные для штампов с жестким или пружинным съемником.

По технологической пробе оценивают условное напряжение, взятсе как отношение максимального усилия вырубки к произведению длины поверхности разделения на толщину листа; глубину пластического внедрения кромок инструмента к моменту появления трещин в зоне разрушения (ширину блестящего пояскаV, качество поверхности разделения. По результатам пробы можно косвенно судить о прочности и пластичности мет.лла, величине зерна, дать ориентировочную оценку ожидаемой стойкости инструмента.

Технологические пробы на изгиб можно разделить на три группы. В пробах первой группы определяют пригодность металла по минимальному радиусу изгиба, при котором происходит разрушение; второй группы - по числу циклов гибки до разрушения металла: изгиба - разгиба - перегиба - разгиба; третьей группы - по пружинению после разгрузки. В пробах всех групп обычно оценивают момент изгиба или усилие, создающее этот момент на определенном плече. К первой группе можно отнести пробы по Вольтеру, Гюту; ко второй группе - пробы на перегиб и на двойной

6 П/р Е. и. Семенова

кровельный замок; к третьей группе - пробы на загиб угла листа прибором f/едс и на пружинение по Элеру.

Технологические пробы на осесим-метричную вытяжку делают для определения предельного коэффициента вытяжки.

В пробе по методу ЦНИИТМАШа на штампе-приборе вытягивается цилиндрический стакан диаметром 50 мм из образцов в виде диска; диаметр их варьируется от значения, при котором вытяжка возможна, до значения, при котором происходит разрыв заготовки в окружном сечении, проходящем через точку на участке контакта с тороидной поверхнсстью торца пуансона.

Радиусы скругления рабочих кромок матрицы и пуансона и зазор принимают оптимальными для данной толщины металла. Применяют обычный для данного металла смазочный материал. Прижимное устройство настраивают на оптимальное усилие. Сравнение металлов одной и той же марки по предельному коэффициенту вытяжки проводят на одном и том же штампе-приборе и при неизменных условиях проведения пробы.

Достоверность предельного коэффициента вытяжки для металла зависит от числа образцов одного и того же диаметра, вытянутых без разрыва и разорвавшихся.

В приборе для проведения пробы по методу Фукуи матрица штампа-прибора имеет коническую (угач прк вершине 60°) рабочую поверхность, которая сопрягается с цилиндрической поверхностью отверстия диаметром приблизительно 25 мм тороидной поверхностью оптимального радиуса. Пуансон - со сферической или плоской со скругленной кромкой рабочей поверхностью, прижимного устройства нет, образцы - в виде диска с варьируемым диаметром. Методика проведения пробы такая же, как и пробы по методу ЦНИИТМАШа. Металлы сравнивают по предельному коэффициенту вытяжки. Кроме того, оценивают изменение микрогеометрии листа в зоне интенсивного двухосного растяжения-обтяжки металла по сферическому пуансону, зависящее от величины зерна. Анализируют вид трещины и ее место относительно направления прокатки. Поведение ме-