Москва, Россия
Рассмотрены особенности выбора стали марки 08 для последующей листовой штамповки. Отмечено, что в расчетах технологических процессов листовой штамповки необходимо учитывать колебания механических свойств стали. Показано, что из-за большого разброса механических свойств необходимо учитывать возможные колебания силы штамповки и максимально допустимых напряжений и деформаций на параметры технологического процесса.
обработка металла давлением, листовая штамповка, выбор характеристик стали 08
В машиностроении наибольшее применение для листовой штамповки получила сталь 08. Однако для проектирования технологических процессов и расчета конструкций из стали 08 необходимо знать её механические свойства.
Для конструкторских расчетов в работе [1] приводятся следующие механические свойства холоднокатаной стали марки 08: σв = 280…400 Н/мм2 и δ5 = 25…28 %, где σв – предел прочности; δ5 ‒ относительное удлинение. Это дает широкие возможности специалистам по обработке металлов давлением в выборе стали 08 для листовой штамповки.
Длительное время основным справочником по холодной штамповке являлся написанный В.П. Романовским [2]. Механические свойства для сталей 08, 08кп, 08ю, ОСВ, СВ ‒ σв = 260…330 Н/мм2 и δ5 = 33…35 %; δ10 = 42…44 %. В большинстве справочников [3, 4] , учебниках и учебных пособиях [5, 6] приводятся данные из работы [1]. Например, в [3] для стали 08Ю ‒ σв = 323 Н/мм2 и δ10 = 46 %; для стали 08кп ‒ σв = 363 Н/мм2 и δ10 = 34 % или σв = 380 Н/мм2 и δ10 = 30 % в зависимости от ГОСТ по которому осуществляется поставка металла. В работе [5] для стали 08кп ‒ σв = 260…380 Н/мм2 и δ5 = 26…29 %; для сталей 08пс и 08 ‒ σв = 270…410 Н/мм2 и δ5 = 25…28 %.
В работе [7], о которой авторы пишут, что «справочник подготовлен взамен широко известного для производственников справочника В.П. Романовского» предлагается использовать для стали 08 ‒ σв = 360 Н/мм2 и ψ = 25 % , где ψ ‒ относительное уменьшение площади поперечного сечения.
Из приведенных данных видно, что в научно-технической литературе по листовой штамповке нет единых рекомендаций по механическим свойствам стали марки 08. Механические свойства не связывают с показателями штампуемости. Поэтому рассмотрим механические свойства стали 08 по ГОСТам, по которым сталь поставляется на предприятия.
Поставки листовой холоднокатаной стали осуществляются по трем ГОСТам:
- ГОСТ 9045-80 «Прокат тонколистовой холоднокатаный из низкоуглеродистой качественной стали для холодной штамповки. Технические условия»;
- ГОСТ 503-81 «Лента холоднокатаная из низкоуглеродистой стали. Технические условия»;
- ГОСТ 19904-90 «Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент»
По ГОСТ 9045-80 прокат подразделяют:
‒ по видам продукции: листы, рулоны;
‒ по нормируемым характеристикам на категории: 1, 2, 3, 4, 5;
‒ по качеству отделки поверхности на группы: особо высокой отделки - I*; высокой отделки – II; повышенной отделки - III (IIIа, IIIб);
‒ по способности к вытяжке (прокат толщиной до 2 мм): весьма особо сложной ‒ ВОСВ*, ВОСВ-Т**; особо сложной – ОСВ; сложной – СВ; весьма глубокой ‒ ВГ.
* По требованию потребителя. ** По требованию потребителя с повышенными технологическими свойствами.
Механические свойства для стали 08 представлены в табл.1.
1. Механические свойства проката
|
|
|
|
|
Твердость, не более |
|||||
|
Способность к вытяжке |
Предел текучести, Н/мм (кгс/мм), не более |
Временное сопротивление, Н/мм (кгс/мм) |
Относительное удлинение , %, не менее, при толщине проката |
HR 15T |
HR 30T |
HRB |
|||
|
|
|
|
|
при толщине проката |
|||||
|
|
|
|
˃0,7 мм |
от 0,7 до 1,5 мм включ. |
св. 1,5 до 2,0 мм включ. |
св. 2,0 до 3,9 мм включ. |
св. 0,5 до 0,8 мм включ. |
св. 0.8 до 1,7 мм включ. |
св. 1,7 до 2,0 мм включ. |
|
ОСВ |
195(20) |
250…350(26‒36) |
34 |
36 |
40 |
42* |
76 |
51 |
46 |
|
CВ |
205(21) |
250…380(26‒39) |
32 |
34 |
38 |
40* |
78 |
53 |
48 |
|
ВГ |
‒ |
250…390(26‒40) |
26 |
28 |
29 |
30 |
- |
- |
- |
|
ВОСВ |
185(19) |
250…350(26‒36) |
38 |
40 |
42 |
|
76 |
51 |
46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* До 01.01.99 факультативно, после чего норма уточняется. |
|||||||||
При этом надо иметь в виду, что из каждой партии тонколистового материала, предназначенного для поставки, готовят один представительный образец для испытаний на растяжение (который также используется для определения твердости). Партия в данном случае представляет собой каждые 50 т или меньше тонколистового материала одинакового качества, прокатанного до одинаковой толщины и состояния. Дополнительно к этому металлурги гарантируют указанные механические свойства не более 6 месяцев с момента отгрузки. В некоторых случаях этот срок может уменьшаться до 8 дней.
По ГОСТ 5030-81 ленту изготовляют:
- По состоянию материала: особо мягкая – ОМ; мягкая – М; полунагартованная – ПН; нагартованная – Н; высоконагартованная – ВН.
- По точности изготовления: по толщине: нормальной точности; повышенной точности – Т; высокой точности – В; по ширине: нормальной точности; повышенной точности – Ш.
- По виду и качеству поверхности: группы 1, 2, 3, 4.
- По виду кромок: с обрезными кромками; с необрезными кромками – НО.
- По микроструктуре: без контроля; с контролем – К.
- По серповидности: без контроля; с контролем: класс А и Б.
- По качеству изготовления: обыкновенного качества; повышенного качества – П.
Механические свойства ленты из стали 08 представлены в табл. 2.
2. Механические свойства ленты
|
Состоя- ние материала |
Марка стали |
Временное сопротивление, Н/мм2 (кгс/мм2) |
Относительное удлинение, %, не менее |
|||||
|
|
(l0=5,65 |
|||||||
|
при толщине ленты, мм |
||||||||
|
менее 0,5 |
от 0,5 до 0,7 |
от 0,7 до 1,5 |
от 1,5 до 2 |
от 2 до 2,9 |
от 3 до 4 |
|||
|
ОМ |
08кп,08пс, 10кп |
270…390 (28-40) |
23 |
23 |
23 |
26 |
30 |
32 |
|
М |
08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10 |
310…440 (32-45) |
17 |
17 |
17 |
18 |
20 |
24 |
|
ПН |
370…510 (38-52) |
7 |
7 |
7 |
9 |
10 |
12 |
|
|
Н |
440…590 (45-60) |
|
|
|
|
4 |
4 |
|
|
ВН |
Не менее 540 (55) |
|
|
|
|
|
|
|
Анализ представленной информации показывает, что в технической литературе приводиться не полная информация по механическим свойствам стали 08. По ГОСТам основные свойства изменяются в пределах σв = 250…540 Н/мм2 и δ10 = 4…44 %.
Механические свойства зависят:
- от способа выплавки: 08, 08пс, 08кп;
- от группы штампуемости: ВГ, СВ, ОСВ, ВОСВ;
- от толщины проката.
В специализированных программах расчета процессов листовой штамповки используются FLD диаграммы, которые позволяют прогнозировать разрушение и потерю устойчивости материала. Однако для сталей, выпускаемых на металлургических предприятиях Российской Федерации, таких диаграмм нет. По химическому составу ближайшая к стали 08 – сталь DC (Drawing Cold). Поэтому часто рекомендуют заменять в расчетах сталь 08 на DC. Рассмотрим механические свойства стали DC, представленные в табл. 3.
Табл. 3
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что стали марки DC имеют лучшую штампуемость, чем сталь 08. Например, решение задачи вытяжки цилиндрического стаканчика показывает, что предельный коэффициент вытяжки для стали DC04 может быть существенно ниже, чем для стали 08ВГ.
Для расчета технологических процессов листовой штамповки используются кривые упрочнения материала. Наибольшее распространение получила аппроксимация Свифта:
σs = А εn ,
где σs – напряжение текучести; ε ‒ деформации; А и n – коэффициенты.
Для построения кривой упрочнения можно использовать данные, получаемые из испытаний на растяжения и приведенные в табл. 1 и 2, используя следующую формулу:
,
где 
; 
‒ относительное уменьшение площади поперечного сечения к моменту начала образования шейки
По табл. 1 для стали 08ВГ были построены кривые упрочнения (рис. 1).
Рис. 1
Анализ кривых упрочнения, представленных на рис. 1, показывает, что при таком диапазоне изменения напряжений и деформаций, даже для одной группы штампуемости, при расчете технологического процесса необходимо учитывать колебания напряжений. В работе [8] показано, что изменение кривой упрочнения может оказывать существенное влияние на максимальные радиальные напряжения при вытяжке.
Сегодня, в отдельных программах, разработанных для анализа процессов листовой штамповки, например AutoForm, можно учитывать изменения колебания различных факторов на выходные параметры процесса листовой штамповки.
Для решения задач листовой штамповки используются условия текучести Губера‒Мизеса или Треска‒Сен-Венана. На рис. 1 показано, как может меняться условие пластичности для стали 08ВГ, естественно для всех групп штампуемости стали 08 диапазон изменения существенно выше.
Анализ (см. рис. 1) показывает, что разница между условиями пластичности намного меньше колебаний механических свойств по ГОСТ. Это позволяет сделать вывод о том, что при анализе реальных технологических процессов при необходимости заказа конкретного материала по ГОСТ, важнее учитывать изменение механических свойств, а не форму записи условия пластичности.
Заключение
Представленные результаты показывают, что в большинстве справочников, учебных пособиях и учебниках приводиться не полная информация по механическим свойствам стали марки 08. По ГОСТам основные механические свойства могут изменяются в пределах σв = 250…540 Н/мм2 и δ10 = 4…44 %.
Механические свойства зависят от способа выплавки: 08, 08пс, 08кп; от группы штампуемости: ВГ, СВ, ОСВ, ВОСВ; от толщины проката.
Для листовой штамповки необходимо выбирать сталь 08, в первую очередь, по способу плавки, группе штампуемости и по толщине.
В расчетах нельзя заменять сталь 08 на сталь DC.
При проектировании реальных технологических процессов необходимо учитывать возможное существенное изменение механических свойств поставляемого металлургическими предприятиями металла.
1. Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Т.1. - М.: Машиностроение, 1979. - 728 с.
2. Романовский, В.П. Справочник по холодной штамповке. - Л.: Машиностроение, 1979. - 520 с.
3. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка / под общ. ред. Л.И. Рудмана. - М.: Машиностроение, 1988. - 496 с.
4. Справочник по листовой штамповке: учебное пособие/ Демин В.А., Львович К.Д., Маркин П.В., Семенов Е.И., Феофанова А.Е.; под общ. ред. В.А. Демина и Е.И. Семенова. - М.: МГИУ, 2011. - 177 с.
5. Ильин, Л.Н., Семенов, И.Е. Технология листовой штамповки: учеб. для вузов. - М.: Дрофа, 2009. - 475 с.
6. Морозов, В.В., Схиртладзе, А.Г., Жданов, А.В., Залеснов, А.И. Автоматизированное проектирование технологической оснастки для холодной штамповки: учебное пособие под ред. В.В. Морозова. - Старый Оскол: ТНТ, 2012. - 344 с.
7. Григорьев, Л.Л. Холодная штамповка: Справочник / Л.Л. Григорьев, К.М. Иванов, Э.Е. Юргенсон; под ред. Л.Л. Григорьева. - СПб.: Политехника, 2009. - 665 с.
8. Демин, В.А. Бадулин, Д.Н. Влияние отклонения характеристик заготовок на результаты расчета процессов обработки давлением // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2015. - №12(54). - С. 41-44.
