Диссертация (1143892), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Оценка штампуемости листовых заготовокШтампуемость (или предельная формуемость) листового проката –параметр, показывающий способность металлической заготовки пластическидеформироваться без нарушения сплошности до некоторых критическихдеформаций [22, 94], т.е. один из факторов, определяющих возможностьполучения той или иной детали методом вытяжки.В процессе изготовления деталей могут проявляться различные дефекты,например, в виде складкообразования или нарушения сплошности материала.Определение вероятности возникновения подобных дефектов является одной изосновных задач проектирования нового технологического процесса.Диаграммы предельных деформаций (FLD1) – это критерий разрушения,который позволяет прогнозировать нарушение сплошности материалазаготовки [77]. В сочетании с компьютерным моделированием, FLD позволяютанализировать и оптимизировать новый технологический процесс еще на стадииразработки, что может значительно снизить затраты на подготовку производствав будущем.Впервые эмпирический критерий разрушения был предложен в 1965 г.Келером (S.P.
Keeler). На базе экспериментальных исследований вытяжкипробивки проводились измерения двух главных деформаций в различных точкахзаготовки в момент разрыва листа [10]. Момент разрыва в данном случаесоответствовал началу видимого шейкообразования или моменту потериустойчивости листового образца при испытании на растяжение. Келером былпостроен ряд кривых предельного деформирования для некоторых углеродистыхсталей в условиях, когда обе главных деформации являются положительными.Позднее, аналогичные кривые, но при условии, что одна из деформаций являетсяотрицательной, были построены Гудвином (G.M.
Goodwin). Общий вид такойкривой для всей области деформаций показан на рисунке 1.15 [77].Диаграммы предельных деформаций (ДПД) в современных компьютерных комплексахобозначают FLD (Forming Limit Diagram).14012Первая главная деформация0.70.60.50.40.30.20.1ОбластьвозможногоскладкообразованияПлоскодеформированное состояние0.8Область потериустойчивостиНачало потериустойчивости0.0-0.3-0.2-0.10.00.10.2Вторая главная деформация0.30.4Рисунок 1.15 – Общий вид диаграммы предельных деформаций: 1 – верхняякривая (разрушение); 2 – нижняя кривая (начало потери устойчивости)Диаграмма предельных деформаций подразделяется на зоны проблемного инормального формоизменения, по которым можно прогнозировать проявлениетого или иного дефекта.Такая кривая получила название «кривая Келера–Гудвина» или «криваяпредельных деформаций», «диаграмма предельных деформаций» – ДПД,(Forming Limit Diagram – FLD или Forming Limit Curve – FLC).
Верхняя криваясоответствует началу разрушения образца. Нижняя кривая располагается на 20%ниже верхней кривой и соответствует началу потери устойчивости и развитиюдеструкционной пластичности.В настоящее время различают диаграммы предельных деформаций длявариантов, когда деформации измеряются в начале шейкообразования и когдаизмерение осуществляется при нарушении сплошности материала [6].41Оценить штампуемость листового металла под действием импульснойнагрузки сложнее, чем при квазистатическом нагружении. В условияхимпульсного нагружения зачастую заготовке передается энергии больше, чемтребуется для ее полного деформирования. Под действием избыточной энергииматериалстенокзаготовкиутоняется,аскоростьдеформированияувеличивается; часть энергии теряется при ударе о матрицу. Под воздействиемимпульсного нагружения создается напряженно-деформированное состояние(НДС), отличное от квазистатического НДС, что также оказывает влияние напредельное формоизменение.
Установлено, что за счет импульсного нагруженияпроисходит дополнительное увеличение штампуемости материала благодаряотличному от квазистатического волновому характеру деформированиязаготовки [7, 25]. Поэтому необходимо, чтобы выбранные методы оценкиштампуемости учитывали особенности деформирования, и условия испытанийобразцов были подобны условиям технологического процесса.Существует достаточно много способов получения FLD. Все ониосновываютсянапомещениилистовогоматериалавпредсказуемые,поддающиеся измерению деформированные состояния, и доведении материаладо разрушения.
Наиболее распространены метод Наказимы (K. Nakazima,Nakazima Test) [17], метод Марсиниака (Z. Marciniak, Marciniak Test) [13] и тестгидростатического выдавливания защемленной заготовки жидкостью (HydraulicBulge Test). Методы Наказимы и Марсиниака имеют отличия в геометрическихпараметрах оснастки, но не в принципе действия, и зачастую носят объединенноеназвание метода Наказимы – Марсиниака (Nakazima — Marciniak Test)(рисунок 1.16, а, б).В основе метода Наказимы – Марсиниака – разрушение образцов листовогометалла различной формы с помощью пуансона.
Как правило, используетсяобразец круглой формы, хотя его точные форма и размеры могут варьироватьсяв зависимости от национальных стандартов.Для минимизации искажениярезультатов за счет трения, между листовым образцом и пуансоном помещаетсяспециальная антифрикционная прокладка. В методе Марсиниака в качестве42прокладки используют транспортный спутник с вырезом в середине, чтопозволяет создать условия для двухосного растяжения.Рисунок 1.16 – Схемы испытания материала: а — схема Наказимы (1 — верхняяматрица; 2 — образец; 3 — полусферический пуансон; 4 — нижняя матрица);б — схема Марсиниака (1 — верхняя матрица; 2 — образец; 3 — транспортныйспутник образца; 4 — плоский цилиндрический пуансон; 5 — нижняя матрица);в — тест гидростатического выдавливания (1 — матрица; 2 — образец;3 — жидкость; 4 — камера)Соотношение главных деформаций в плоскости листа ε1 и ε2, т.е.
виддеформированного состояния варьируется с помощью боковых вырезов в видесегментов круга на листовом образце. Образец без боковых вырезов позволяетполучить точку на кривой FLD, которая соответствует двустороннему43растяжению: 1 = 2 . Образец с максимальными вырезами позволяет получитьточку, которая приблизительно соответствует одноосному растяжению, т.е.1 = −22 .Деформированное состояние измеряется за счет нанесения специальногоизмерительного паттерна на поверхность образца.
Однако такой способ имеетряд недостатков: сложность в нанесении качественного паттерна, невозможностьточно определить момент начала пластической неустойчивости, получениеизмерений не с нейтральной поверхности, а поверхности образца, а такжевозникновениеконцентрациинапряженийвследствиенанесенияизмерительного паттерна, что может приводить к значительным искажениямрезультатов при испытаниях тонколистовых и особо тонколистовых металлов.Метод Наказимы – Марсиниака предполагает деформирование иразрушениезаготовкиспомощьюпуансона,т.е.основываетсянаквазистатической механике, которая значительно отличается от характерадеформированияподвижнымисредами.Сэтойточкизренияболеепредпочтительным представляется тест гидростатического выдавливания илиHydraulic Bulge Test (рисунок 3.2, в).
Деформирование тонколистового образца 2осуществляется за счет давления жидкости (обычно масла) 3, подающейся вкамеру 4. На матрице 1 выполняются закругления, чтобы разрушение непроисходило на кромке. Вид деформированного состояния определяетсяразмерами эллиптической матрицы. При равенстве длин большой и малойполуосей эллипса (la = lb) имеет место двухосное растяжение, и деформацииравны (1 = 2 ), а в случае la ≫ lb напряженное состояние приближается кплоской деформации и можно приблизиться к уровню 2 ≅ 0Hydraulic Bulge Test позволяет получить правую положительную частьFLD, т.е.
кривую Келлера, которая применяется для оценки разрушениязаготовки.Данныйметодпозволяетиспользоватьинуюмеханикудеформирования и нагружения, однако с точки зрения измерения деформаций исоздания концентратора напряжений нанесенным паттерном, обладает теми женедостатками, что и метод Наказимы – Марсиниака.44Получение FLD по известным зарубежным методикам является весьмасложной задачей и требует сложного приборного и аппаратного обеспечения ивысококвалифицированногоперсонала.Поэтомуразработкаметодикиопределения параметров FLD, которая позволит снизить трудоемкостьиспытаний без потерь точности западных методик, является важной задачей.1.3.3. Измерение параметров напряженно-деформированногосостояния заготовкиВ процессе вытяжки-формовки плоская заготовка изменяет свои размеры изанимаетрядпромежуточныхположений.Материалдеформированнойзаготовки в различных частях находится в разных условиях напряженнодеформированного состояния.Для получения представления о характере деформации и возможностиопределения ее величины на отдельных участках, т.е.
для исследованиядеформированного состояния тонколистовой заготовки применяют методизмерительных сеток [59, 94]. Измерительная сетка наносится на плоскуюзаготовку таким образом, чтобы паттерн обладал достаточной прочностьюсцепления с металлом заготовки и не терял своей четкости. Измеренияискаженной сетки на деформированной заготовке позволяют оценить характертечения металла.Точность метода координатных сеток зависит от способа нанесения сетоки измерения после деформации. Паттерн может наноситься фотохимическим,лазерным, химическим и другими способами, в том числе царапаньем, что можетпривести к появлению микронеоднородностей и созданию концентраторовнапряжений, что в свою очередь приводит к погрешностям измерений.451.3.4.
Необходимости компьютерного моделирования и выборпрограммного комплекса для исследованияПри правильном проектировании технологии процесс ЭГИ вытяжкиформовки обеспечивает низкую себестоимость получаемых деталей и сжатыесроки подготовки производства за счет простоты технологической оснастки посравнению со штамповкой в жестких инструментальных штампах.Однако данный процесс характеризуется рядом сложных физикомеханических явлений преобразования электрической энергии конденсаторовсначала в энергию плазмы, потом в энергию сжатой жидкости, а затем в энергиюпластического деформирования заготовки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
