СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШТАМПУЕМОСТИ ТОНКОЛИСТОВОГО ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА МЕТАЛЛА ДЛЯ ТРУДНОШТАМПУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1999 года по МПК G01N3/28 

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их физических, а именно к области исследования пластических, свойств твердых материалов путем приложения к ним нагрузок.

Известен способ определения штампуемости тонколистовой холоднокатаной стали для трудноштампуемых деталей (А.Ф. Осипов "Анализ надежности показателей штампуемости автолистовой стали", журнал "Кузнечно-штамповочное производство ", N5, 1995 г., стр.15), заключающийся в выборе показателя штампуемости, наборе статистики по штампуемости для определения численной величины показателя штампуемости.

Известен способ определения штампуемости (запаса пластичности) материала детали (А. Ф. Осипов "Внедрение сталей повышенной прочности в производствo деталей автомобилей", журнал "Кузнечно-штамповочное производство", N 9-10, 1992 г., стр.13), заключающийся в нанесении координатной сетки на заготовку в критической по деформациям зоне, штамповке, расчете значений εе этой зоны и в сравнении его с предельными значениями по ДПД, построенной для этой детали.

Недостатком аналогов является высокая трудоемкость.

Прототипом заявляемого способа является способ испытания по Эриксену (Романовский В.П., "Справочник по холодной штамповке", изд. Машиностроение, 1971 г. стр.732), заключающийся в отборе проб, изготовлении образцов, вытяжке их сферическим пуансоном до момента появления видимого разрыва и измерении глубины лунки, что является критериeм штампуемости.

Недостаток прототипа изобретения заключается в следующем. В силу малых размеров испытываемого участка (диаметр сферического пуансона 20 мм) трудно судить о штампуемости крупных деталей; испытания не воспроизводят действительных условий трения и вида деформации (деформация при испытаниях по Эриксену приблизительно равнодвухосная). Особенно видна несостоятельность использования критерия Эриксена при штамповке деталей сложной формы через вытяжные пороги.

Задачей изобретения является создание способа выбора материала для сложных деталей, который заключается в определении пластичности материала и оптимизации технологии проката автолиста у производителей для сложных деталей.

Реализация заявляемого способа достигается тем, что в предлагаемом изобретении образцы деформируют по различным схемам нагружения, образующим основные напряженно-деформационные состояния материала при штамповке сложноштампуемых деталей. Это достигается тем, что вытяжку образцов делают в матрицы с эллипсным отверстием в плане и формируют поверхность матрицы по форме гидростатического выдавливания образца. Изменяя размер малого диаметра эллипса, получают различную схему напряженно-деформационного состояния. Выбор малого диаметра "b" матрицы осуществляют по формуле

где a - большой диаметр эллипсной матрицы a=const;
d₁ -конечный размер ячейки деформационной сетки по длине после штамповки трудноштампуемой детали;
d₂ - конечный размер ячейки деформационной сетки по ширине после штамповки трудноштампуемой детали.

При частном случае, когда оба диаметра равны, т.е это круг (в предлагаемом изобретении диаметр 80 мм), схема нагружения - двухосное растяжение. При изменении малого диаметра эллипсного отверстия матрицы от 1 до 0,5 получают коэффициент m, определяющий схему напряженно-деформированного состояния, возникающего при листовой штамповке 1≥m≥0 тонколистового материала. Величину вытяжки, то есть глубину вытяжки образца по формуемой поверхности матрицы, выбирают в зависимости от величины критической деформации сложноштампуемой детали в критической по деформации зоне детали.

Пример конкретного выполнения предлагаемого изобретения по способу определения штампуемости тонколистовой холоднокатаной стали для трудноштампуемых деталей следующий. Производят отбор проб, изготавливают образцы, производят вытяжку сферической лунки до момента появления видимого разрыва, измеряют глубину лунки и сравнивают глубину со средней величиной статистических данных по штампуемой детали. Главными отличительными признаками способа являeтся то, что определяют величину и вид деформации на трудноштампуемых деталях в критических по деформациям зонах, далее подбирают соотношение диаметров эллипсного отверстия матрицы по виду деформаций на трудноштампуемых деталях, затем вытягивают образец гидростатическим выдавливанием или способом, близким к гидростатическому (в нашем случае вытяжка стальной дробью диаметром 0,5 мм через резиновую прокладку) для получения формующей части эллипсной матрицы на величину, равную деформации в критической зоне трудноштампуемой детали, далее производят выбор формующей части матрицы опытным путем в зависимости от величины деформации в критических по деформациях зонах трудноштампуемой детали, изготавливают модель (модели) матрицы и саму матрицу (матрицы - если критических по деформациям зон несколько на трудноштампуемой детали), с полученного сортамента отбирают пробу, изготавливают образец и вытягивают по изготовленной матрице. Если после вытяжки образец имеет разрыв, утонение, то материал бракуют и не отсылают поставщику, если образец в отличном состоянии, то материал отсылают поставщику.

Тестирование подаваемого изобретения проводили на стадии 08Ю ОСВ II-Б 1,0 х 1300 мм для детали "арка заднего колеса" семейства автомобилей ВАЗ. Критическая по деформациям зона - это радиусный участок части детали, которую формует пуансон, и на вытягиваемой стенке вблизи радиусного участка верхней части, который формуется проемом матрицы. Если вид деформации в верхней части - это вытяжка (НДС растяжение со сжатием), то величина деформации при этом составляет ε1=0,44 и ε2=0,139, а если в даннoй радиусной части вид деформации - это двухосное растяжение (НДС неравномерное двухосное), то величина деформации составляет ε1=0,34 и ε2=0,095. Далее изготовили матрицы и отформовали образцы. При хороших образцах детали отштамповались без брака, при разрыве образцов все пробные заготовки были порваны.

Экономический эффект подаваемого изобретения выражается в стоимости материала, ушедшего в брак. Также эффект выражается в быстрой отладке технологического процесса изготовления автолиста при прокатке для трудноштампуемых деталей, то есть данный способ является инструментом для повышения качества выпускаемого автолиста у поставщика.

Способ предназначен для использования в области исследования пластических свойств твердых материалов путем приложения к ним нагрузок. Определяют величину и вид деформаций на трудноштампуемых деталях в критических по деформациям зонах. По виду деформаций подбирают соотношение диаметров эллипсного отверстия матрицы. Производят выбор формующей части матрицы в зависимости от величины деформаций в критических зонах. По изготовленной матрице производят вытяжку образцов. В случае обнаружения разрыва и утонения отбраковывают металл. Обеспечивается оптимизация технологии проката автолиста для сложных деталей. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ определения штампуемости тонколистового холоднокатаного проката металла для трудноштампуемых деталей, заключающийся в вытяжке образцов, измерении глубины сферической лунки, отличающийся тем, что определяют величину и вид деформаций на трудноштампуемых деталях в критических по деформациям зонах, подбирают соотношение диаметров эллипсного отверстия матрицы по виду деформаций на трудноштампуемых деталях, производят выбор формующей части матрицы в зависимости от величины деформаций в критических по деформациям зонах трудноштампуемых деталей, вытяжку образцов производят по изготовленной матрице, визуально осматривают вытянутые образцы и в случае обнаружения разрыва и утонения отбраковывают металл. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выбор малого диаметра b эллипсного отверстия матрицы осуществляют по формуле

где a - большой диаметр эллипсной матрицы a = const;
d₁ - конечный размер ячейки деформационной сетки по длине после штамповки трудноштампуемой детали;
d₂ - конечный размер ячейки деформационной сетки по ширине после штамповки трудноштампуемой детали. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формующую часть матрицы выбирают по форме образца, вытянутого гидростатическим выдавливанием, на величину, равную деформации в критической точке трудноштампуемой детали.