3.5. Лабораторная работа № 13 Определение диаграммы предельных деформаций испытанием образцов nakazima.

Цель работы. Построение экспериментальной диаграммы предельных деформаций листовых материалов.

1. Теоретическая справка

Одним из доминирующих технологических дефектов (отказов) операций листовой штамповки является потеря устойчивости в виде местных утонений, по которым затем происходит разрыв материала. Для прогнозирования потери устойчивости листовой заготовки в процессе пластического формообразования используют диаграмму предельных деформаций (ДПД).

Диаграмму строят в координатах: наибольшая главная деформация в плоскости листа – параметр вида деформированного состояния , где -наименьшая главная деформация в плоскости листа. На рис.33 приведена типичная ДПД алюминиевого сплава Д16АМ.

Рис.33

Для оценки предельных возможностей заготовки при штамповке на каждом этапе формообразования определяют наибольшие главные деформации в плоскости листа и рассчитывают . Если точка на координатной плоскости ДПД, соответствующая деформированному состоянию заготовки, лежит ниже диаграммы, считают, что в рассматриваемый момент времени процесс ведется бездефектно (см.рис.32).

Как видно из рисунка, минимальная предельная деформация наблюдается при плоской деформации, когда . Для построения левой ветви ДПД проводят два вида испытаний: на одноосное растяжение, рассмотренное в лабораторной работе №1, и на растяжение в условиях плоской деформации.

Один из методов построения этих диаграмм основывается на комплексной методике, применяемой для построения ДПД. Методика была разработана специалистами голландской фирмы “Хуговенс груп” (Hoogovens Groep BV). Для построения диаграммы испытывают образцы с прямоугольной рабочей частью (рис.10,а), известные в литературе как полосы Накасима (Nakazima strips). Семь партий образцов (по пять образцов в партии) вырезают из одного листа на удалении от краев не менее 100 мм. Пять партий образцов отличаются друг от друга шириной рабочей части h, равной соответственно 40, 70, 95, 100 и 105 мм. Образцы двух других партий изготавливают круглыми, с диаметром 166 мм. На каждый образец методом фотохимического травления наносят делительную сетку с круглыми, пересекающимися ячейками диаметром 23 мм (см.рис.34,а). Образец укладывают на матрицу и жестко фиксируют по периметру прижимом по схеме перетяжного порога усилием в 75 кН. Вытяжку образца цилиндрическим пунсоном с полусферическим наконечником диаметром 75 мм производят на прессе со скоростью 40 мм/мин (рис.35). Для уменьшения трения в области контакта между пуансоном и образцом помещают две тефлоновые прокладки толщиной до 1 мм со смазанными машинным маслом поверхностями.

Размеры деформированных ячеек измеряют на микроскопе с точностью не менее 0.001мм с обеих сторон трещины (рис.34). Измерения производят только на образцах, разрушенных в вершине. С каждой стороны трещины выбирают ближайшие к трещине целые ячейки в вершине образца. На рис.35 они заштрихованы. Измеряют наибольшую l₁ и наименьшую l₂ длины этих ячеек.

Рис.34

Наибольшую и наименьшую главные деформации образца в каждой ячейке, а также параметр вида деформированного состояния  вычисляют с учетом кривизны поверхности по формулам.

Рис.35

Рис.36

(94)

где R – радиус кривизны, включающий радиус пуансона и толщину образца.

Одну из партий круглых образцов испытывают со специальным прижимом, в котором имеется продольный паз шириной 75 мм и глубиной 1 мм со стороны контакта образца с инструментом. В паз вставляют дополнительную тефлоновую прокладку, обеспечивающую условия прижима, при которых реализуется деформированное состояние =0,40,6.

На рис.37 приведена ДПД углеродистой стали. Экспериментальные данные, соответствующие одной партии образцов, помечены на диаграмме одинаковыми значками. Как видно из рисунка, экспериментальные значения деформаций разрушения расположены в широком диапазоне параметра вида деформированного состояния, что позволяет описывать предельные деформационные свойства материала для большинства операций листовой штамповки: вытяжки, формовки (=0.61.0), отбортовки, гибки (= – 0.5  0.2), обтяжки (= – 0.4  – 0.1) и т.д.

Основным достоинствами этой методики являются в первую очередь возможность создания одинаковых условий деформирования во всей области изменения деформированного состояния материала, характерного для большинства операций листовой штамповки, а также возможность использования одного и того же оборудования. Поскольку предельные деформации разрушения и потери устойчивости листовых материалов зависят от условий прокатки, режимов и сочетаний исходной термообработки, скорости и температуры деформации, а также от дефектов листа структурного и геометрического характера, данный вид комплексных испытаний позволяет свести к минимуму влияние этих факторов во всем диапазоне изменения  и повысить тем самым стабильность построения ДПД.

Рис.37