Tvarovatelnost - Formability

Tvařitelnost je schopnost daného kovového obrobku podstoupit plastickou deformaci bez poškození. Plastická deformační schopnost kovových materiálů je však do určité míry omezená, kdy by mohlo dojít k roztržení nebo zlomení materiálu.

Procesy ovlivněné tvářitelnosti materiálu zahrnují: válcování , protlačování , kování , profilovací , lisování , a hydraulického tváření .

Zlomenina

Obecným parametrem, který udává tvarovatelnost a tažnost materiálu, je lomová deformace, která je určena jednoosým tahovým testem (viz také lomová houževnatost ). Kmen identifikovaný touto zkouškou je definován prodloužením vzhledem k referenční délce. Například pro standardizovaný jednoosý test plochých vzorků podle EN 10002 se používá délka 80 mm (3,1 palce) . Je důležité si uvědomit, že deformace je homogenní až do rovnoměrného prodloužení. Kmen se následně lokalizuje, dokud nenastane zlomenina. Lomové přetvoření není technické napětí, protože distribuce deformace je v referenční délce nehomogenní. Deformace lomu je nicméně hrubým ukazatelem tvárnosti materiálu. Typické hodnoty lomového namáhání jsou: 7% pro materiál s velmi vysokou pevností a více než 50% pro ocel s nízkou pevností.

Formovací limity pro tváření plechů

Jeden hlavní režim poruchy je způsoben trháním materiálu. To je typické pro aplikace tváření plechů. V určitém stadiu formování se může objevit krk. To je známka lokalizované plastické deformace . Zatímco více či méně homogenní deformace probíhá v a kolem následujícího umístění krku v počáteční fázi stabilní deformace, téměř veškerá deformace se koncentruje v oblasti krku během fáze kvazistabilní a nestabilní deformace. To vede k selhání materiálu, které se projevuje trháním. Křivky meze tváření zobrazují extrémní, ale stále možnou deformaci, kterou může listový materiál projít během kterékoli fáze procesu lisování. Tyto limity závisí na režimu deformace a poměru povrchových napětí. Hlavní povrchové napětí má minimální hodnotu, když dojde k deformaci rovinného napětí, což znamená, že odpovídající malé povrchové napětí je nulové. Limity formování jsou specifickou vlastností materiálu. Typické hodnoty rovinného přetvoření se pohybují od 10% pro vysoce pevné třídy a 50% nebo vyšší pro materiály s nízkou pevností a materiály s velmi dobrou tvářitelností. Tvarové mezní diagramy se často používají ke grafickému nebo matematickému znázornění tvárnosti. Mnoho autorů uznává, že povaha zlomeniny, a proto jsou formovací mezní diagramy skutečně nedeterministické, protože velké odchylky lze pozorovat i v rámci jedné experimentální kampaně.

Hluboká tažnost

Klasickou formou formování archů je hluboké tažení , které se provádí tažením listu pomocí děrovacího nástroje, který tlačí na vnitřní oblast listu, zatímco boční materiál držený držákem polotovaru lze táhnout směrem ke středu. Bylo pozorováno, že materiály s vynikající hlubokou tažností se chovají anizotropicky (viz: anizotropie ). Plastická deformace v povrchu je mnohem výraznější než v tloušťce. Koeficient Lankford (r) je specifická vlastnost materiálu udává poměr mezi šířkou a tloušťkou deformace deformace v jednoosého tahové zkoušky. Materiály s velmi dobrou hlubokou tažností mají hodnotu r 2 nebo nižší. Pozitivní aspekt tvárnosti s ohledem na mezní křivku tváření ( diagram mezního tváření ) je vidět v deformačních drahách materiálu, které jsou soustředěny v krajní levé části diagramu, kde jsou meze tváření velmi velké.

Kujnost

Dalším poruchovým režimem, který může nastat bez roztržení, je tvárná zlomenina po plastické deformaci ( tažnost ). K tomu může dojít v důsledku ohybu nebo smykové deformace (v rovině nebo přes tloušťku). Mechanismus selhání může být způsoben nukleací dutin a expanzí na mikroskopické úrovni. Když deformace materiálu mezi dutinami překročí limit, mohou se objevit mikrotrhliny a následné makrotrhliny . Rozsáhlý výzkum se v posledních letech zaměřil na porozumění a modelování tvárné zlomeniny. Přístupem byla identifikace mezí tvárného tváření pomocí různých testů v malém měřítku, které ukazují různé poměry deformace nebo triaxiality napětí. Účinným měřítkem tohoto typu meze tváření je minimální poloměr v aplikacích tváření válcem (poloviční tloušťka plechu pro materiály s dobrou a trojnásobek tloušťky plechu pro materiály s nízkou tvarovatelností).

Použití parametrů tvárnosti

Znalost tvarovatelnosti materiálu je velmi důležitá pro uspořádání a design jakéhokoli procesu průmyslového tváření. Simulace využívající metodu konečných prvků a použití kritérií tvárnosti, jako je křivka meze tváření ( diagram meze tváření ), zlepšují a v některých případech jsou nepostradatelné pro určité procesy návrhu nástroje (viz také: Simulace tváření plechů a analýza tváření plechů) ).

IDDRG

Jedním z hlavních cílů Mezinárodní výzkumné skupiny pro hluboké kreslení ( IDDRG , od roku 1957) je vyšetřování, výměna a šíření znalostí a zkušeností o tvarovatelnosti listových materiálů.

Reference

  1. ^ Pearce, R .: „Tváření plechu“, Adam Hilger, 1991, ISBN  0-7503-0101-5 .
  2. ^ Koistinen, DP; Wang, N.-M. red .: „Mechanika tváření plechů - analýza chování a deformace materiálu“, Plenum Press, 1978, ISBN  0-306-40068-5 .
  3. ^ Marciniak, Z .; Duncan, J .: „Mechanika tváření plechu“, Edward Arnold, 1992, ISBN  0-340-56405-9 .
  4. ^ Strano, M .; Colosimo, BM (30. dubna 2006). "Logistická regresní analýza pro experimentální stanovení tvarových mezních diagramů". International Journal of Machine Tools and Manufacture . 46 (6): 673–682. doi : 10.1016 / j.ijmachtools.2005.07.005 .
  5. ^ Hooputra, H .; Gese, H .; Dell, H .; Werner, H .: „Komplexní model selhání pro simulaci odolnosti proti nárazům hliníkových výlisků“, IJ Crash 2004, svazek 9, č. 5, str. 449-463.
  6. ^ Wierzbicki, T .; Bao, Y .; Lee, Y.-W .; Bai, Y .: „Kalibrace a hodnocení sedmi modelů zlomenin“, Int. J. Mech. Sci., Sv. 47, 719 - 743, 2005.