СПОСОБ КОНТРОЛЯ ШТАМПУЕМОСТИ ЛИСТОВЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/82 

Изобретение относится к неразрушающему контролю штампуемости проката из ферромагнитных материалов и может быть использовано в машиностроении и металлургии для определения пригодности ферромагнитных листов к глубокой и особо сложной вытяжке.

Известен способ контроля штампуемости листовых ферромагнитных материалов /1/.

Способ заключается в том, что на контролируемый лист воздействуют круговым радиально-симметричным магнитным полем, предварительно определяют зависимость магнитной проницаемости контролируемого листа от величины намагничивающего поля, соответствующего максимуму данной зависимости, измеряют значение нормальной составляющей индукции магнитного поля в плоскости листа относительно центра симметрии кругового поля и годность контролируемого листа определяют по одновременному выполнению условий


где /B₁₁-B_⊥/ разность нормальной составляющей индукции магнитного поля на поверхности листа вдоль и поперек направлений прокатки;
среднее значение нормальной составляющей индукции магнитного поля в плоскости листа относительно центра симметрии кругового поля;
Δ_пор и B_пор соответствующие пороговые величины, определенные по корреляционной зависимости штампуемости от величины.

Однако достоверность и чувствительность определения штампуемости этим способом недостаточны, т.к. в качестве контролируемого параметра используется среднее суммарное значение нормальной составляющей индукции магнитного поля.

Известен также способ неразрушающего контроля штампуемости ферромагнитных листов /2/.

Способ заключается в том, что возбуждают вращающееся магнитное поле, с помощью индукционного преобразователя измеряют нормальную составляющую вектора намагниченности, выделяют четвертую гармонику полученного сигнала, сигнал преобразователя дополнительно исследуют с помощью осциллографа, получают на экране метку, соответствующую направлению прокатки контролируемого места, фиксируют положение метки относительно характерной точки сигнала и по положению метки и амплитуде четвертой гармоники судят о штампуемости.

Недостатком данного способа является то, что он может быть использован для определения запаса пластичности и штампуемости материала деталей при штамповке, т.к. обладает низкой чувствительностью к величине деформации.

Наиболее близким по технической сущности является способ оценки штампуемости листовых материалов с использованием диаграммы предельных деформаций Келлера-Гудвина (Аверкиев А. Ю. Методы оценки штампуемости. М. Машиностроение, 1985, с. 100).

Способ заключается в том, что предварительно из рулона или листа вырезают образцы различной ширины для получения разной схемы напряженного состояния, из образцов удаляют круглые вырезы различного радиуса, снимают заусенцы, на поверхность образцов наносят координатную сетку, формуют образцы с различной степенью деформации вплоть до критической величины деформаций, измеряют большую и малую ось эллипса, образовавшегося в результате деформаций, измеряют большую и малую ось эллипса, образовавшегося в результате деформации окружности ячейки сетки, по известным соотношениям вычисляют деформации E₁ и E₂, определяют критические деформации E_1кр и E_2кр, строят диаграмму предельных деформаций, затем наносят координатную сетку на заготовку, штампуют деталь, измеряют большую и малую ось эллипса координатной сетки детали, определяют значения максимальных деформаций E₁ и E₂ в опасных местах, наносят их на диаграмму предельных деформаций, по положению точек относительно предельной кривой штампуемости определяют запас пластичности, по которому судят о штампуемости материала.

Однако данный способ обладает низкой производительностью контроля, т.к. для его осуществления требуются большие затраты времени на нанесение координатной сетки на образцы, измерение большой и малой осей эллипса после формовки образцов, вычисление деформаций по известным формулам.

Кроме того, необходимо повторно нанести координатную сетку на заготовку, опять измерять большую и малую оси, эллипса непосредственно на детали, вычислить опасные деформации и нанести их на диаграмму предельных деформаций. Все это ограничивает возможности широкого использования этого способа.

Задачей изобретения является повышение производительности контроля.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе заключающемся в предварительном измерении главных деформаций E₁ и E₂ на образцах, построение диаграммы предельных деформаций, последующем определении деформаций E₁ и E₂ в опасных местах контролируемой детали, нанесении величин этих деформаций на предельную кривую штампуемости и определении запаса пластичности в качестве параметра для определения деформаций вместо метода координатных сеток используют амплитуду третьей гармоники тангенциальной составляющей магнитной индукции при этом предварительно измеряют амплитуду третьей гармоники тангенциальной составляющей α₃(E₁) вдоль направления деформации E₁ и α₃(E₂) вдоль направления деформаций E₂ на образцах при каждой интенсивности деформаций вплоть до их критической величины, группируют измерения по схемам напряженного состояния строят диаграмму предельных деформаций, измеренных методом высших гармоник, в кооpдинатах α₃(E₁) ось Y, α₃(E₂) ось X или α₃(E₁) ось Y, α₃(E₁):α₃(E₂) ось X. Затем устанавливают преобразователь на контролируемую деталь, также измеряют амплитуды третьей гармоники тангенциальной составляющей магнитной индукции α₃(E₁) и α₃(E₂) в двух взаимно перпендикулярных направлениях, наносят величины гармоник на построенную диаграмму предельных деформаций и по положению точки относительно кривой предельных деформаций судят о штампуемости листовых материалов.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего данный способ; на фиг. 2 деталь, где 1 область отформованной поверхности оси пуансона (m=1). 2 отформованная линия кромкой матрицы. 3 фланец детали. 1 II III линия деформации. 4 исследуемые точки. Крышка головки блока цилиндров автомобиля "Жигули ВАЗ 2101", на которой в качестве конкретного примера осуществлялась реализация способа; на фиг. 3 диаграмма предельных деформаций, измеренных методом высших гармоник, построенная в координатах α₃(E₁) ось Y и α₃(E₂) ось Х: на фиг. 4 диаграмма предельных деформаций, измеренных методом высших гармоник, построенная в координатах α₃(E₁) ось Y и α₃(E₁)/α₃(E₂) ось Х.

Устройство, реализующее данный способ (фиг. 1), состоит из генератора 1, усилителя 2 мощности, накладного преобразователя 3, избирательного усилителя 4 третьей гармоники, индикатора 5. Генератор 1 предназначен для питания переменным синусоидальным током катушки возбуждения преобразователя 3. Вывод генератора соединен с входом усилителя 2 мощности, вывод которого подключен к катушке возбуждения преобразователем 3. Накладной преобразователь содержит катушку возбуждения, на торце которой установлена измерительная катушка. Ось катушки возбуждения перпендикулярна оси измерительной катушки. Измерительный усилитель 4 подключен к измерительной катушка преобразователя и служит для выделения из суммарного сигнала третьей гармоники, которая регистрируется индикатором 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно из рулона или листа вырезают образцы различной ширины для получения разной схемы напряженного состояния. Из образцов вырезают круглые вырезы различного радиуса, снимают заусенцы. Формуют образцы с различной степенью деформации вплоть до критической величины. После каждой формовки устанавливают преобразователь 3 на деформируемый участок образца таким образом, чтобы ось измерительной катушки была направлена вдоль оси продольной деформации. Генератором 1 задают необходимый ток возбуждения через катушку возбуждения преобразователя 3. Избирательным усилителем 4 выделяют третью гармонику α₃(E₁) выходного сигнала измерительной катушки, которая измеряет тангенциальную составляющую магнитной индукции /параллельную плоскости листа и фиксируют величину гармоники индикатором 5. После этого преобразователь поворачивают на 90^o и измеряют третью гармонику тангенциальной составляющей магнитной индукции α₃(E₂) вдоль направления деформации E₂. Измерение гармоник α₃(E₁) и α₃(E₂) осуществляют после каждой формовки вплоть до критической величины деформаций. Группируют измерения гармоник по схемам напряженного состояния в плоскости листа с различными коэффициентами. При m=1 деформированное состояние растяжение растяжение; m=0,5 растяжение при постоянной ширине; m=0 сжатие растяжение, m=-1 сжатие растяжение, а по способу нагружения чистый сдвиг. Затем строят диаграмму предельных деформаций в координатах α₃(E₁) ось Y, α₃(E₂) ось Х (фиг. 3) или в координатах α₃(E₁) ось Y, α₃(E₁)/α₃(E₂) ось Х (фиг.4). Выбор вида диаграммы предельных деформаций осуществляют в каждом конкретном случае, исходя из материала штампуемых деталей и получения требуемой достоверности контроля. Кривая 1 на фиг. 3 и 4 является кривой предельной штампуемости. После этого преобразователь устанавливают на контролируемую деталь и также измеряют амплитуду третьей гармоники тангенциальной составляющей магнитной индукции α₃(E₁), при этом амплитуду третьей гармоники фиксируют в тот момент, когда при повороте преобразователя вокруг своей оси α₃ достигает минимального значения. Поворачивают преобразователь вокруг своей оси на 90^o и измеряют α₃(E₂) в тот момент, когда α₃ достигает максимального значения. Результаты измерений α₃(E₁) и α₃(E₂) в разных местах детали наносят на диаграмму предельных деформаций (фиг. 3 и 4). Если измеренные значения α₃(E₁)/α₃(E₂) лежат выше предельной кривой штампуемости 1, то деталь находится в области устойчивой штампуемости, если в пределах кривой 1 с полем рассеивания ±2τ в области неустойчивой штампуемости и, если ниже кривой 1 в области разрушения.

Пример конкретного осуществления способа приводится на детали "Крышка головки блока цилиндров автомобиля "Жигули ВАЗ 2101" из стали 08100СВ толщиной 1,2 мм (фиг. 2). Предварительно с использованием образцов из этой же марки стали и той же толщины по описанной методике построили диаграмму предельных деформаций (фиг. 3 и 4). После этого на заготовке детали в наиболее вероятной области деформации фломастером провели три линии в наиболее вероятной области детали, где возможна локализация деформаций. Расстояние между ними в исходном состоянии составляло 25 мм. Вытяжку детали проводили за три стадии на глубину 59,83 и 100 мм. После первой вытяжки на глубину 59 мм по отмеченным линиям на детали с помощью макета прибора ПШК-1, реализующего схему, представленную на фиг. 1, и разработанного совместно Институтом прикладной физики АН БССР и автоВАЗом, измерили третью гармонику тангенциальной составляющей a₃(E₁) и α₃(E₂).

Места на детали, где α₃(E₁) и α₃(E₂) минимальны, а значит величина деформаций максимально обозначили точками А, В, Г, Д, С. Значения амплитуд в этих точках нанесли на диаграммы предельных деформаций (фиг. 3 и 4, более удаленные от кривой 1 значения). Также были измерены α₃(E₁) и α₃(E₂) в этих же точках А, В, Г, Д и С при вытяжке на глубину 83 и 100 мм и занесены на диаграммы предельных деформаций. Как видно из фиг. 3 и 4 при увеличении глубины вытяжки α₃(E₁) и α₃(E₂) во всех точках смещаются к кривой предельной штампуемости. Однако все эти значения лежат в области устойчивой штампуемости и материал детали обладает определенным запасом пластичности.

Использование данного способа дает возможность правильно выбирать материал в зависимости от сложности детали, позволит сократить процент брака при штамповке, повысить качество штампуемых деталей.

Использование: в неразрушающем контроле штампуемости листовых ферромагнитных материалов. Задача изобретения: повышение производительности. Сущность изобретения: изготовляют образцы различной ширины, производят вырезку круглых вырезов различным радиусом, снимают заусенец, формуют образцы с различной схемой нагружения, дискретно через 10% величины деформации, начиная 15% до критической величины деформации, измеряют амплитуды третьей гармоники тангенциально составляющих вектора намагниченности после каждой формовки, группируют измерения по схеме нагружения и строят диаграмму предельных деформаций. Деформируют контролируемую деталь и измеряют величину деформации амплитудной третьей гармоники сигнала токовихревого преобразователя в двух взаимно перпендикулярных направлениях, наносят величины гармоник на построенную диаграмму предельных деформаций и по положению точки относительно кривой предельных деформаций судят о штампуемости листовых материалов. 4 ил.

Способ контроля штампуемости листовых ферромагнитных материалов, заключающийся в предварительном измерении деформаций ε₁ и ε₂ на образцах, построении диаграммы предельных деформаций, определении деформаций ε₁ и ε₂ в опасных местах контролируемой детали, нанесении величин этих деформаций на предельную кривую штампуемости, определении запаса пластичности, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности контроля, в качестве параметра для определения деформаций используют амплитуду третьей гармоники тангенциальной составляющей магнитной индукции α₃, предварительно измеряют амплитуду третьей гармоники тангенциальной составляющей α₃(ε₁) вдоль направления деформации ε₁ и α₃(ε₂) вдоль направления деформации на образцах при каждой интенсивности деформаций вплоть до их критической величины, группируют измерения по схемам напряженного состояния, строят диаграмму предельных деформаций, измеренных методом высших гармоник, в координатах α₃(ε₁)-ось Y, α₃(ε₂) ось X или α₃(ε₁)- ось Y, α₃(ε₁)/α₃(ε₂)-ось X, затем устанавливают преобразователь на контролируемую деталь, также измеряют амплитуду третьей гармоники тангенциальной составляющей магнитной индукции α₃ε₁ и α₃ε₂ в двух взаимно перпендикулярных направлениях, наносят величины гармоник на построенную диаграмму предельных деформаций и по положению точки относительно кривой предельных деформаций судят о штампуемости листовых материалов.