Оценка предельной штампуемости образцов из стали повышенной прочности переменной толщины

Оценка предельной штампуемости образцов из стали повышенной прочности переменной толщины

Статья посвящена экспериментальному исследованию возможности применения метода Эриксена для оценки предельной штампуемости образцов из стали повышенной прочности переменной толщины. В качестве образцов использованы листовые сварные разнотолщинные, равнотолщинные и катанные переменной толщины заготовки из рефосфотированной стали HX260PD.

Аннотация статьи
вытяжка
испытания по Эриксену
листовые сварные разнотолщинные
равнотолщинные и катанные переменной толщины заготовки
штампуемость
Ключевые слова

Одним из новых прогрессивных видов заготовок, широко применяемых в современном листоштамповочном производстве, являются заготовки переменной толщины, а именно, сварные разнотолщинные листовые и катанные переменной толщины заготовки, область применения которых охватывает ряд отраслей народного хозяйства, включая, в том числе, автомобильную [1, с.22] и аэрокосмическую [2, с.20] промышленности.

В настоящее время конструкцию кузова современных марок автомобилей, таких как Mercedes, BMW, Volkswagen, Toyota, Nissan, Honda, Mazda, Daewoo, Hyundai, Haval и Volvo активно внедряются штампованные детали, изготовленные из листовых заготовок переменной толщины [3, с.161], а именно листовых сварных разнотолщинных [4, с.5] и катанных заготовок переменной толщины [5, с.22], в том числе имеется информация относительно ряда случаев применения таких заготовок для изготовления деталей автомобилей и на отечественных заводах, таких как автомобильные заводы «ГАЗ» [6, с.22] и «АвтоВАЗ» [7, с.44].

Степень пригодности металла для реализации штамповочных операций может быть получена посредством выполнения ряда определенных технологических испытаний. При исследовании характера деформации при реализации формообразующих операций штамповки, например, вытяжки или формовки следует принимать во внимание результат испытаний при наиболее неблагоприятной для пластической деформации схеме напряжений, например в условиях двухосного растяжения. Метод испытания на формовку сферической лунки по Эриксену [8, с.3] позволяет формально оценивает способность листового металла к деформированию по схеме, близкой к двухосному растяжению и связанной с уменьшением толщины заготовки по глубине лунки [9, с.71].

Рис. Результаты испытаний образцов по Эриксену

Оценка предельной штампуемости по Эриксену заготовок переменной толщины, а именно сварных разнотолщинных листовых и катанных переменной толщины заготовок, а так же для сравнения сварных равнотолщинных листовых заготовок и заготовок из основного материала была реализована в лабораторных условиях кафедры М1-КФ «Машиностроительные технологии» Калужского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана с помощью ручного прибора ПТЛ для испытаний технологических свойств материала вытяжкой сферической лунки. На рисунке представлены результаты испытаний образцов из материала HX260PD, (а) – при толщине 1,9мм образца из основного материала разрушение выявлено при глубине лунки h=13мм; (б) - испытания разнотолщинного (1,9мм / 2,4мм) сварного листового образца разрушение выявлено при глубине лунки h=12,2мм; (в) - для толщины материала 2,4мм разрушение наблюдалось при глубине лунки h=13,8мм; (г) – экспериментальный катанный разнотолщинный образец, переходные участки которого имеют клиновидность 1:20 (с толщиной 1,9мм и 2,4мм соответственно), – разрушение наблюдалось при глубине лунки h=13,7мм; (д) - испытания равнотолщинного (1,9мм) сварного листового образца - разрушение выявлено при глубине лунки h=12,8мм; (д) – экспериментальный катанный разнотолщинный образец, переходные участки которого имеют клиновидность 1:30 (с толщиной 1,9мм и 2,4мм соответственно), - разрушение наблюдалось при глубине лунки h=13,75мм.

Испытания разнотолщинной сварной заготовки (рис. б) по Эриксену показали наличие (даже без нанесения координатной сетки) смещения сварочного шва в сторону более толстого материала [10, с.9; 11, с.291], чего не наблюдается при испытании равнотолщинного сварного образца (рис. д). При испытании экспериментальных катанных разнотолщиннных образцов с клиновидностью 1:20 (рис. г) и 1:30 (рис. е) также наблюдается смещение линий координатной сетки в сторону более толстого материала, хоть и незначительное по сравнению с разнотолщинным сварным образцом. Смещение объема материала, находящегося в зоне формирования сферической лунки, в сторону наиболее толстого материала образца позволяет сделать общий вывод относительно определенной ограниченности применимости метода Эриксена для оценки предельной штампуемости сварных разнотолщинных сварных листовых и катанных разнотолщинных заготовок. Использование испытаний [12, с.5] для анализа напряженно-деформированного состояния листовых заготовок методом Марчиньяка (деформирование цилиндрическим пуансоном с плоским дном) и Наказимы (деформирование полусферическим пуансоном) также имеет ограничения из-за смещения сварного шва (в случае сварной разнотолщинной листовой заготовки) в сторону более толстого материала заготовки [7, с.42] и из-за смещения объема материала, находящегося в зоне формирования сферической лунки, в случае катанных листовых заготовок переменной толщины. Поэтому, например, в экспериментальной работе [7, с.43] предложено заменить вышеуказанные испытания исследованиями методом статических испытаний на растяжение на разрывной машине до появления трещины на образце.

Применение новых видов заготовок для различных видов формообразующих штамповочных операций предполагает применение известных методик испытаний или их определенных комбинаций, или создание новых прогрессивных методов и рекомендаций, позволяющих с высокой степенью достоверности определять требуемые параметры.

Текст статьи
  1. Hot stamping of ultra-high-strength steels: From a Technological and Business Perspective. Eren Billur // Springer nature Switzerland AG, 2019, 245p.
  2. Хайруллин Т.В., Столбов В.И. Применение листовых сварных заготовок для штамповки деталей в аэрокосмической и автомобильной промышленности // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Авиационная и ракетно-космическая техника - 2011. - №3(27). - С.20-27.
  3. Малышев А.Н. Применение заготовок переменной толщины в современном листоштамповочном производстве // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Сборник научных статей 5-ой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, 14 февраля 2020 г. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2020. - С.161-163.
  4. Tailor welded blank applications and manufacturing. A State-of-the-Art Survey // The Auto/Steel Partnership Tailor Welded Blank Project Team. Town Center - Suite 320 Southfield, MI 48075-1123. June 2001.
  5. Automotive steels. Design, metallurgy, processing and applications. Radkahanta Rana, Shiv Brat Singht // Woodhead Publishing series in metals and surface engineering, Duxford, United Kingdom, 2017, 415p.
  6. Климычев С.Б., Железняков Д.Ю., Костылев А.В., Захаров Д.Г., Китаев В.А., Игошин А.Н. Разработка перспективных технологий штамповки листосварных разнотолщинных заготовок в ОАО "ГАЗ" // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - 2004. - №7. - С. 22-27.
  7. Хайруллин Т.В., Столбов В.И. Методика исследования деформационной способности металла швов разнотолщинных листовых сварных заготовок для холодной штамповки // Сварка и диагностика. - 2012. - №3. - С.42-44.
  8. Материалы металлические. Листы и полосы. Испытания на вытяжку по Эриксену. ГОСТ Р ИСО 20482-2015. М.: Изд-во Стандартинформ, 2015. 8с.
  9. Вилимок Я.А., Евдокимов А.К. Сравнительный анализ предельной штампуемости при двуосном растяжении // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула; Издательство ТулГУ. - 2014. - Вып.7. - С.71-75.
  10. Influence of anisotropy parameter on deep drawing of tailor welded blanks of low-carbon steels. Vysakh Vasudevan, Kaushik Bandyopadhyay, Sushanta K Panda // Journal of engineering manufacturing. Proc IMechE Part B. September 18. - 2016. – p. 1-10.
  11. Effect of anisotropy on the deep drawing of mild steel and dual-phase steel of tailor-welded blanks. R. Padmanabhan, A.J. Baptista, M.C. Oliveira, L.F. Menezes // Journal of Materials Processing Technology. - 2007. – №184. – р.288-293.
  12. ISO 12004-2:2008 Metallic materials - Sheet and strip - Determination of forming-limit curves - Part 2: Determination of forming-limit curves in the laboratory.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 июля по 16 июля
Осталось 11 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
БЕСПЛАТНО
Размещение электронной версии
21 июля
Загрузка в elibrary
21 июля
Рассылка печатных экземпляров
25 июля