Сталь для глубокой вытяжки

Обновлено: 18.05.2024

Настоящий стандарт распространяется на тонколистовой холоднокатаный прокат из низкоуглеродистой качественной стали толщиной до 3,9 мм, предназначенный для холодной штамповки.

Дополнительные требования, соответствующие международному стандарту ИСО 3574-86 в части марок СРЗ и СР4, набраны курсивом.

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна

ГОСТ 5640-68 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты

ГОСТ 7565-81 Чугун, сталь и сплавы. Метод отбора проб для химического состава

ГОСТ 7566-81 Прокат и изделия дальнейшего передела. Правила приемки, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения

ГОСТ 9013-59 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу

ГОСТ 10510-80 Металлы. Метод испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену

ГОСТ 11701-84 Металлы. Методы испытания на растяжение тонких листов и лент

ГОСТ 19904-90 Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент

ГОСТ 21014-88 Прокат черных металлов. Термины и определения дефектов поверхности

ГОСТ 22536.0-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Общие требования к методам анализа

ГОСТ 22536.1-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения общего углерода и графита

ГОСТ 22536.2-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения серы

ГОСТ 22536.3-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения фосфора

ГОСТ 22536.4-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения кремния

ГОСТ 22536.5-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения марганца

ГОСТ 22536.10-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения алюминия

ГОСТ 22975-78 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Роквеллу при малых нагрузках (по Супер-Роквеллу)

3. СОРТАМЕНТ

3.1. Прокат подразделяют:

по видам продукции:

по нормируемым характеристикам на категории:

по качеству отделки поверхности на группы:

особо высокой отделки - I * )

высокой отделки - II,

повышенной отделки - III ( IIIa , III б);

по способности к вытяжке (прокат толщиной до 2 мм):

весьма особо сложной - ВОСВ * ) , ВОСВ-Т * *) ,

особо сложной - ОСВ,

весьма глубокой - ВГ.

* ) По требованию потребителя.

**) По требованию потребителя с повышенными технологическими свойствами.

3.2. В части сортамента прокат должен соответствовать требованиям ГОСТ 19904.

3.3. Схема условных обозначений проката приведена в приложении 1 .

4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Марки стали приведены в приложении 2 .

4.1.1.1. Марку стали устанавливает изготовитель.

4.1.1.1 a . Процессы, используемые при получении стали и изготовлении тонколистовой стали, обжатой в холодном состоянии, зависят от выбора производителя.

4.1.2. Категории проката в зависимости от нормируемых характеристик приведены в табл. 1 .

Способность к вытяжке

Толщина проката, мм

Глубина сферической лунки

ВОСВ, ВОСВ-Т, ОСВ, СВ

4.1.3. Механические свойства проката должны соответствовать требованиям табл. 2 .

Предел текучести s _т , Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не более

Временное сопротивление s _в , Н/мм 2 (кгс/мм 2 )

Относительное удлинение s ₄ , %, не менее, при толщине проката

Твердость, не более

при толщине проката

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.

*) До 01.01.99 факультативно, после чего норма уточняется.

Требования к механическим свойствам тонколистовой углеродистой стали, обжатой в холодном состоянии

Предел прочности на растяжение 1) Rm, Н/мм 2 , не более

Удлинение nocле 2) разрушения А, %, не менее, при расчетной длине образца L₀

Твердость 3) не более

80 мм

Для глубокой вытяжки

Для глубокой вытяжки особого раскисления (не стареющая)

1) Минимальный предел прочности на растяжение должен обычно составлять 270 Н/мм 2 . Все значения предела прочности на растяжение даются с точностью до ближайших 10 Н/мм 2 .

2) Для материала толщиной до 0,6 мм включительно значения удлинения, приведенные в таблице, должны быть уменьшены на 1.

Минимальные значения удлинения для расчетной длины образца ( S ₀ - начальная площадь поперечного сечения образца) могут быть особо оговорены заинтересованными сторонами.

3) Эквивалентные значения твердости по Викерсу так же допускаются к применению в случае согласования заинтересованных сторон при заключении заказа. По согласованию заинтересованных сторон требования по твердости могут не оговариваться. Твердость листа толщиной менее 0,6 мм должна измеряться только в соответствии со шкалой HR30T.

4.1.4. Глубина лунки при испытании на выдавливание должна соответствовать требованиям табл. 3 .

Глубина сферической лунки, не менее, для проката способности вытяжки

Примечание. Для проката промежуточных толщин нормы глубины сферической лунки берутся по ближайшей меньшей толщине, приведенной в табл. 3 .

4.1.5. Прокат изготовляют в термически обработанном и дрессированном состоянии. По согласованию изготовителя с потребителем прокат изготовляют в недрессированном состоянии, при этом допускаются полосы - линии скольжения, пятна слипания сварки и перегиб, а показатели по пределу текучести, глубине сферической лунки, относительному удлинению, плоскостности и шероховатости не нормируются.

4.1.6. Прокат изготовляют с необрезной и обрезной кромкой. На кромках не допускаются дефекты, глубина которых превышает половину предельного отклонения по ширине проката и выводящие его за номинальный размер по ширине.

4.1.7. Прокат не должен иметь загнутых уголков, заворотов торцов и кромок под углом более 90°, а также складок. Длина концов рулонов неполной ширины не должна превышать ширину рулона.

4.1.8. Поверхность проката должна быть без плен, сквозных разрывов, пузырей-вздутий, раскатанных пузырей, пятен слипания сварки, порезов, надрывов, вкатанной окалины, перетравов, недотравов, полос нагартовки, вкатанных металлических и инородных частиц.

Расслоения не допускаются.

Характеристика качества отделки поверхности приведена в табл. 4 .

Характеристика качества отделки поверхности

На обеих сторонах проката не допускаются дефекты, глубина которых превышает 1/2 суммы предельных отклонений по толщине и выводящие за минимальные размеры по толщине, а также цвета побежалости на расстоянии, превышающем 50 мм от кромок.

На лицевой стороне (лучшей по качеству поверхности) не допускаются риски и царапины длиной более 50 мм

На обеих сторонах не допускаются дефекты, глубина которых превышает 1/2 суммы предельных отклонений по толщине и выводящие прокат за минимальные размеры по толщине

цвета побежалости допускаются по всей поверхности проката

не допускаются на расстоянии более 200 мм от кромок

Определение расположения лицевой стороны проката приведено в приложении 3 .

4.1.8а. Состояние поверхности тонколистовой стали, обжатой в холодном состоянии, для вытяжки ( CR 3 и CR 4) может быть неодинаковым в случае закрытых и открытых деталей.

Поверхность тонколистовой стали, предназначенной для изготовления закрытых деталей, может иметь поры, незначительные выемки, слабые штрихи или царапины, а также незначительное обесцвечивание.

Поверхность тонколистовой стали, предназначенной для изготовления открытых деталей, должна быть относительно свободна от указанных выше дефектов. Если не оговорено иначе, осмотру подвергается только одна сторона листа.

Тонколистовая сталь, обжатая в холодном состоянии, обычно выпускается с матированной поверхностью, которая пригодна для последующей обычной декоративной окраски, при этом подобная сталь не рекомендуется для электрохимических покрытий.

При формоизменении тонколистовой стали, обжатой в холодном состоянии, при изготовлении из нее деталей может произойти ухудшение состояния поверхности некоторых локализованных зон, что может потребовать ручной обработки подобных участков деталей для подготовки поверхности к последующему применению изделия.

4.1.9. Для проката III группы отделки поверхности допускается удаление поверхностных дефектов зачисткой мелкозернистым наждачным или войлочным кругом с наждачной пастой. При этом на поверхности проката допускаются следы абразивной зачистки, а глубина зачистки не должна выводить прокат за минимальный размер по толщине.

4.1.10. Величина относительного удлинения и глубина сферической лунки проката весьма глубокой вытяжки, изготавливаемого в дрессированном состоянии, гарантируется изготовителем в течение 10 суток с момента отгрузки.

4.1.10а. Величины, указанные в табл. 2 а, применимы на период времени, приведенный в табл. 4 а, начиная с момента готовности стали к поставке.

Стали для глубокой и сверх глубокой вытяжки

Повышение прочности стали часто сопровождается снижением технологической пластичности, необходимой при использовании наиболее эффективных процессов металлоотходной технологии переработки металла (например, холодной и объемной штамповки), либо ухудшением характеристик разрушения, определяющих эксплуатационную надежность стальных деталей. Таким образом, задачей является не просто увеличение прочности, а поиски механизмов упрочнения, обеспечивающих одновременно высокие пластические свойства, а также повышенные характеристики статической и циклической трещиностойкости. Применительно к низколегированным и конструкционным сталям до недавнего времени структурными механизмами, удовлетворяющими этим условиям, считались только измельчение зерна, уменьшение межцементитного расстояния в перлите или создание полигонизованной субструктуры. В последние годы получены успешные результаты при использовании упрочнения низколегированных сталей за счет фазовых превращений с получением так называемого игольчатого феррита, а также в результате замены традиционного перлитного упрочнения на бейнит или мартенсит, разработки низкоуглеродистых мартенситных сталей, закаливающихся на воздухе и создания гетерогенных структур с регламентированным соотношением фаз, т.е. естественных композиционных материалов

Интерес к низколегированным двухфазным сталям с ферритно–мартенситной структурой резко усилился в связи с возможностью их применения в качестве листовых сталей для холодной штамповки – прежде всего, деталей автомобилей. Снижение пластичности (штампуемости) при использовании твердорастворного и дисперсионного упрочнения и даже измельчении зерна феррита исключает или ограничивает применение сталей повышенной прочности взамен традиционных низкоуглеродистых сталей с целью уменьшения толщины штампованных деталей.

Оказалось, что двухфазные ферритно–мартенситные стали (ДФМС) с регламентированным количеством мартенсита (обычно не более 20–30 %) обладают наиболее благоприятным сочетанием прочности и пластичности, по сравнению с другими низколегированными сталями. При этом аномально высокое их упрочнение в процессе деформации и искусственного старения позволяет получить повышенную прочность готовых штампованных деталей и снизить их толщину на 15–25 % при сравнительно невысоком значении предела текучести в исходном состоянии

Штампуемостьявляется результатом сложного взаимодействия материала, смазки; инструмента и прессового оборудования. При изменении одного из этих параметров изменяется и роль всех остальных.

Интерес к созданию и внедрению ДФМС за рубежом был обусловлен, прежде всего, стремлением к снижению расхода горючего, в том числе к уменьшению массы автомобилей в результате применения материалов повышенной прочности. В то же время большое число деталей автомобилей спроектировано с учетом требований жидкости, поэтому снижение толщины их стенки, независимо от уровня прочности сталей, требует усложнения конфигурации, т. е. может быть реализовано только при высокой штампуемости материала, которая обычно ухудшается с повышением прочности стали.

Преимуществом ДФМС является не столько высокая прочность или пластичность, сколько возможность получения наиболее высокого сочетания этих параметров, по сравнению с другими вариантами технологии получения низколегированных сталей, что позволяет изготавливать из этих сталей детали сложной формы.

Эффективность использования ДФМС для получения высокопрочных изделий методом ХОШ определяется существенным снижением энергозатрат в результате отмены термоупрочнения готовых деталей и замены длительного сфероидизирующего отжига стали, предшествующего холодной объемной штамповке, кратковременным нагревом в двухфазной области. Дополнительные преимущества связаны со значительным увеличением выхода годных изделий вследствие исключения присущего термоупрочнению брака (искривления длинномерных изделий, забоин резьбы и т. п.).

Проводятся работы по применению ДФМС при получении изделий методом холодного выдавливания, в том числе с использованием термической обработки из двухфазной области перед завершающими переходами. Сочетание высокой упрочняемости ДФМС и высокой их исходной технологической пластичности, с достижением прочности более 1000 МПа (30–34 HRC) без термоупрочнения позволяет получить при малоотходной технологии для изготовления деталей (из среднеуглеродистых сталей методом точения) существенное повышение коэффициента использования металла.

Термическая и термомеханическая обработка для получения регламентированной ферритно–мартенситной структуры стали

Основным средством получения двухфазных ферритно–мартенситных сталей (ДФМС) является термическая обработка, проводимая, как правило, издвухфазной a+ g – области.

Свойства смешанных структур в решающей степени зависят от количественного соотношения и морфологии отдельных структурных составляющих, которые формируются в процессе термической или термомеханической обработки сталей. При этом выбор конкретных режимов должен обеспечивать не только получение заданной структуры, но и минимальную ее чувствительность к неизбежным колебаниям параметров технологического процесса.

Для получения ферритно-мартенситной структуры с необходимым количеством и желательной морфологией мартенсита, определенным состоянием твердого раствора феррита и т.п., необходимо знать характер влияния различных параметров термической обработки, а также исходной структуры на количество, морфологию, взаимное расположение и свойства отдельных фаз.

Объемная доля образующегося при охлаждении из двухфазной области мартенсита определяется количеством аустенита, образовавшегося при конкретных условиях нагрева в двухфазной области, а также полнотой его превращения по бездиффузионному механизму, т. е. устойчивостью g – фазы при охлаждении ферритно-аустенитной смеси. Влияние неполной аустенизации определяет, с одной стороны, обогащение аустенита углеродом и соответствующее повышение его устойчивости (затормаживание перлитного превращения). С другой – наличие развитой межфазной поверхности облегчает развитие диффузионных превращений (выделение феррита) при охлаждении g – фазы из двухфазной области.

Важным аспектомтермической и термомеханической обработки считают возможность перераспределения элементов между фазами, которое способно влиять на устойчивость аустенита и свойства феррита, а также на количественное соотношение фаз при нагреве в a+ g – области.

В этой связи необходимо учитывать возможные изменения состава и морфологии этих фаз в процессе термической и термомеханической обработки из МКИ и последующего отпуска. Определенное воздействие на свойства отдельных фаз ДФМС в целом могут оказывать процессы выделения или коагуляции дисперсных частиц, рекристаллизации и роста зерен феррита, протекающие при горячей деформации или нагреве стали в двухфазной области, а также эффекты наследования исходной структуры, проявление которых зависит от скорости и продолжительности нагрева. Некоторое влияние на свойства "двухфазной" стали может оказывать присутствие остаточного аустенита, количество которого, помимо состава стали, также зависит от режимов термической обработки.

В целом, получение смешанной структуры с регламентированным соотношением структурных составляющих определенной морфологии зависит от условий нагрева и охлаждения, состава стали, типа исходной структуры, деформации аустенита и т. д.

Металл для листовой штамповки

На этом стане дрессируется тонколистовая отожженная сталь или жесть толщиной 0,18—0,6 мм. Вес рулонов достигает 15 т при ширине полосы 500—1000 мм. Скорость дрессировки достигает 32 м/сек.

На дрессировочном стане тандем наряду с деформацией, сообщаемой полосе рабочими валками прокатных клетей, полоса деформируется растяжением между двумя парами специальных роликов, установленных с передней и задней сторон стана, а также между клетями.

В таблице 22 приведены характеристики современных зарубежных дрессировочных станов.

Переход на высокие скорости дрессировки привел к необходимости оснащения станов мощными электроприводами, так как ускорения достигают больших величин (порядка 1,5 м/сек 2 ).

Несмотря на небольшие обжатия при дрессировке, наблюдаются большие давления металла на валки, что объясняется относительно высокими значениями удельного давления и большой долей упругих деформаций.

В результате неравномерной по ширине металла вытяжки при прокатке получаются коробоватые или волнистые листы. Штамповка деталей из таких листов затруднительна. Для устранения этих дефектов применяется правка, которая может производиться на роликовых листоправильных машинах или на растяжных машинах.

Правка на роликовой машине основана на знакопеременном пластическом изгибе обрабатываемого листа при его движении между вращающимися роликами (рис. 25).

Листоправильные машины могут быть различных конструкций. Общим в большинстве из них является то, что правка производится между большим количеством (до 29 и более) рабочих роликов малого диаметра (50—150 мм). Для предотвращения прогиба роликов применяются опорные ролики, часто большего диаметра.

Машина настраивается таким образом, что при входе лист получает максимальный изгиб. По мере продвижения в валках изгиб становится все меньше и меньше, и из последних валков лист выходит полностью выпрямленным.

Обычно такой операции подвергаются все листы, так как правильные машины устанавливаются сразу же за дрессировочными станами. Если правка после дрессировки окажется недостаточной, листы правятся дополнительно.

Обычно правка после дрессировки сопровождается промасливанием листов для предупреждения их коррозии во время транспортировки и хранения. На рисунке 25, в показана схема

листоправильной роликовой машины с перегибающим роликом, применяемым для правки тонкой полосовой стали. Иногда для правки тонких (до 0,6 мм) листов применяются растяжные машины гидравлического или механического действия (рис. 25,г). Сущность правки на растяжной машине состоит в растяжении листа до удлинения, несколько превышающего предел пропорциональности.

Резка и упаковка

После дрессировки рулоны конструкционного металла и жести передаются в пролет отделки и сортировки.

В зависимости от условий поставки рулоны конструкционной стали режутся на нужный размер на агрегате продольной и поперечной резки. Затем листы сортируются и упаковываются в стопы для отправки потребителю. В тех случаях, когда

прессовые цехи заводов-потребителей приспособлены для штамповки деталей из рулонов, им отгружается продукция в рулонах.

Рулонная дрессированная жесть режется на карточки на агрегатах поперечной и продольной резки в тех случаях, когда горячее лужение производится карточками.

§ 4. ТРЕБОВАНИЯ К ХОЛОДНОКАТАНОМУ ЛИСТОВОМУ МЕТАЛЛУ Требования к химическому составу

Малоуглеродистая сталь, из которой производятся листы для глубокой вытяжки, содержит в небольших количествах наряду с углеродом другие элементы: кремний, фосфор, серу, марганец, азот, кислород и др. Кроме того, в малоуглеродистую сталь с шихтой могут попадать хром, никель, медь и другие элементы, которые в данном случае являются не легирующими, а сопутствующими. Сложное влияние на свойства малоуглеродистой стали совокупности отдельных элементов зависит в основном от того, в какой связи с железом они находятся: в виде твердого раствора или же химического соединения.

В таблице 23 приведено содержание отдельных основных элементов, присутствующих в малоуглеродистых сталях, применяемых для производства листов.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ

При выборе листового материала, и в частности, тонколистовой стали для холодной штамповки различных машиностроительных деталей необходимо иметь в виду следующие основные факторы:

- является ли деталь наружной (лицевой), определяющей внешний вид и дизайн изделия или она является скрытой и выполняет чисто технические функции;

- какая степень деформации в формообразующих операциях применяется при её холодной штамповке;

- каково состояние поставки с точки зрения термической обработки листа поставщиком;

- какие требования предъявляются в отношении химического состава, макро- и микроструктуры при поставке штампуемого металла;

- каков уровень механических и технологических свойств и величина показателей анизотропии данного материала?

Материал для листовой штамповки должен удовлетворять не только назначению и условиям работы штампованной детали, но и технологическим требованиям, вытекающим из характера производимой деформации. Следует учесть, что на технологию холодной штамповки оказывает влияние качество поверхности листа, допуски его по толщине, направление проката листа, его раскрой, конструктивная форма штампов, точность их установки, число переходов при штамповке, межоперационная термообработка, скорость деформирования, применяемый смазочный материал, вид производства (массовый, серийный, мелкосерийный и единичный). При выборе материала необходимо учитывать последующую обработку и отделку (травление, полирование, нанесение антикоррозионных покрытий), а также пригодность для механических соединений (клёпка, сварка и др. виды соединений).

Таблица 1. Назначение и общая характеристика деталей и узлов, изготовляемых в холодноштамповочном производстве

Марка стали/Назначение

Ст1,Ст2

Для деталей неответственного назначения, высокой вязкости и низкой твёрдости, малонагруженных элементов сварных конструкций, изделия типа кожухов, обшивок.

СтЗ,Ст4

Несущ ие элементы сварных и несварных конструкций, фасонные гнутые профили, ёмкости, не подвергающиеся воздействию коррозии, детали типа обечаек, кожухов, обшивок, изделия бытового назначения.

05кп, 08кп,08, 08пс,08Ю,08Фкп,10кп,10,10пс

Без термической обработки - шайбы, плоские детали в операциях вырубки-пробивки. Гнутые детали, панели капота и багажника, корпуса фильтров, крышки различной формы, двери, детали кабин, кузова, кожухи, детали бытовой техники с разной степенью вытяжки. После цементации или цианирования - коромысла, ушки, втулки тонкостенные и др.детали, от которых требуется высокая твёрдость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины при её повышенной вязкости.

15кп,15пс,15,20кп,18кп,20,20сп,25,30,35,40

Без термической обработки и после нормализации - диски колёс автотранспорта, различные тонкостенные втулки (стаканы), патрубки, бамперы, детали плоских рычагов, различные кронштейны, гнутые детали, корпуса аппаратов котлотурбостроения и химического машиностроения, малонагруженные звёздочки, регулировочные прокладки, косынки, сварные подмоторные рамы. После цементации или цианирования - детали, от которых требуется высокая твёрдость поверхности и допускается умеренная прочность и достаточная пластичность сердцевины.

08ГСЮТ, 08СЮФ,10ЮА

Являются более прочными и заменяют сталь типа 08, 08кп, 08Ю , что позволяет снижать массу автотранспортного средства. Толщина деталей из стали 08ГСЮ Т(Ф) на 10-15% меньше, чем из стали 08кп. Для многих деталей, в том числе для дисковых колёс (10Ю А); обода колеса, лонжеронов рамы, различных кузовных деталей. Поставляется в листах толщ иной 0,7-2,5 мм.

18ЮТ

Для штампосварных и несварных металлоконструкций, замкнутых сварных профилей и труб с малым радиусом гибки. Применяется в автостроении, сельхозмашиностроении, в том числе для лонжеронов. Обладает повышенным сопротивлением усталости. Поставляется в листах толщиной 2,5-8,0 мм.

Штампуемые стали (общие данные)

Для холодной штамповки востребованы низкоуглеродистые стали, содержание C (углерода) в которых не превышает 0,2%, марганца – 0,4%, количество азота, кислорода и водорода минимально. Наиболее популярная марка – 08 кп/сп/пс. Также применяются «черные» углеродистые стали – 05 кп, 10, 15, 20, Ст 1, Ст 3.

Для изготовления высокопрочных изделий применяют низколегированные стали – 03ХГЮ, 06ХГСЮ, 12ХМ, 06Г2СЮ. В качестве легирующих элементов они содержат марганец, кремний, хром, небольшие добавки алюминия и вольфрама.

Нержавеющие стали по процентному соотношению хрома и никеля делят на следующие группы:

Хром – 16-18%, никель – 6-8%. Эти стали применяют при производстве высоконагруженных изделий. Для изготовления штампованной продукции не рекомендуются.

Хром – 17-18%, никель – 10-12%. Для этой стали характерна высокая пластичность, поэтому она может применяться для глубокой вытяжки.

При добавлении титана и ниобия снижается пластичность, для компенсации этого явления повышают содержание никеля.

Согласно п. 3.1 ГОСТ 9045-93 стальной 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.

3.2 В части сортамента прокат должен соответствовать требованиям ГОСТ 19904-90 «Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент».

3.3 Схема условных обозначений проката приведена в приложении 1 (ГОСТ 9045-93) .

Согласно п. 4.2.1 прокат с регламентированным химическим составом изготовляют из низкоуглеродистых качественных сталей марок:
- 08Ю - способность к вытяжке ВОСВ, ВОСВ-Т, ОСВ, СВ;
- 08кп, 08пс - способность к вытяжке ВГ.
Допускается изготовление проката способности к вытяжке ВГ из стали марки 08Ю.

Марки стали согласно п. 4 ГОСТ 10702-2016:

Согласно п. 4.1 ГОСТ 10702-2016 п рокат изготовляют из стали:
- нелегированной марок: 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 15Г, 20кп, 20пс, 20, 20Г, 20Г2, 25, 30, 35, 35Г2, 40, 40Г, 40Г2, 45, 45Г, 50;
- легированной марок: 12ХН, 12ХН3А, 15Х, 15ХМ, 15ХФ, 15ХГНМ, 16ХСН, 18Х2Н4МА, 19ХГН, 20Х, 20ХГСА, 20ХГНМ, 25Х2Н4МА (25Х2Н4ВА), 30Х, 30ХМА, 30ХГСА, 30ХН2МФА, 35Х, 35ХГСА, 38ХА, 38ХС, 38ХГНМ, 40Х, 40ХН, 40ХН2МА, 45Х, 50ХН;
- легированной борсодержащей марок: 12Г1РА (12Г1Р), 20Г1Р, 20Г1РА (20Г2Р), 30Г1РА (30Г1Р).

4.2 Химический состав стали должен соответствовать:
- марок 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 15Г, 20кп, 20пс, 20, 20Г, 25, 30, 35, 35Г2, 40, 40Г, 40Г2, 45, 45Г, 50 — требованиям ГОСТ 1050-2013 «Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия (с Поправкой)» со следующими изменениями.
Массовая доля кремния (Si) должна быть, %, не более:
0,03 - для стали марки 10кп;
0,20 - для стали марок 25, 30, 35, 40 и 45;
0,10 - для стали марок 08пс, 10пс, 15пс и 20пс.
Массовая доля марганца (Mn) в стали марок 25, 30, 35, 40 и 45 должна быть не более 0,60%.
В стали марок 10, 15, 20 допускается снижение нижнего предела массовой доли марганца (Mn) до 0,20%;
Для марок 12ХН3А, 15Х, 15ХМ, 15ХФ, 18Х2Н4МА, 20Х, 20ХГСА, 20ХГНМ, 25Х2Н4МА (25Х2Н4ВА), 30Х, 30ХМА, 30ХГСА, 30ХН2МФА, 35Х, 35ХГСА, 38ХА, 38ХС, 40Х, 40ХН, 40ХН2МА, 45Х, 50ХН — требованиям ГОСТ 4543-2016 «Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия» со следующими изменениями.
Массовая доля кремния (Si) в стали марок 15Х, 15ХФ, 20Х, 30Х, 30ХМА, 35Х, 40Х, 40ХН, 45Х должна быть не более 0,20%.
Массовая доля марганца (Mn) в стали марок 15Х, 20Х и 30Х должна быть не более 0,60%;
- марок 12ХН, 15ХГНМ, 16ХСН, 19ХГН, 20Г2, 38ХГНМ - таблице 1 ГОСТ 10702-2016 ;
- борсодержащей марок 12Г1РА (12Г1Р), 20Г1Р, 20Г1РА (20Г2Р), 30Г1РА (30Г1Р) - таблице 2 ГОСТ 10702-2016 .

Таблица 4 ( ГОСТ 10702-20160) - Твердость проката, поставляемого без термической обработки или в нагартованном состоянии

Твердость НВ, не более

Прокат горячекатаный, горячекатаный со специальной отделкой поверхности и горячекалиброванный

Прокат нагартованный калиброванный и калиброванный со специальной отделкой поверхности

Процесс вытяжки листового материала

Вытяжка - это процесс превращения плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие, осуществляемый при помощи вытяжных штампов. Исходя из формы и технологических особенностей листовой штамповки, полые детали, получаемые вытяжкой, можно разделить на несколько основных групп:

1) детали, имеющие форму тела вращения;

2) детали коробчатой формы;

3) детали сложной формы.

Рис. 1. Полые детали различной формы (а-л), получаемые вытяжкой

Детали, имеющие форму тела вращения, могут быть с фланцем или без фланца, с плоским или с фасонным дном (рис. 1, а-д).

Детали коробчатой формы могут иметь квадратные, прямоугольные, криволинейные боковые стенки с фланцем или без фланца; дно у них может быть плоское или фасонное (рис. 1, е-з).

Детали сложной формы могут быть полусимметричные, имеющие только одну плоскость симметрии (корпус и крыша кабины автомобиля, рис. 1, и), и несимметричные (крыло автомобиля, рис. 1, к).

В зависимости от формы детали заготовка подвергается либо вытяжке в чистом виде, либо вытяжке в сочетании с формовкой, гибкой и обжимом или с отбортовкой.

Вытяжку производят на кривошипных прессах двойного и тройного действий, кулисных прессах двойного действия с подвижным нижним столом, кривошипных прессах простого действия (одноходовых) с пневматическим или гидропневматическим устройством (подушкой), а также на гидропрессах простого и двойного действий.

Рис. 2. Схема процесса вытяжки: d₁ - диаметр полой заго-товки после

первой операции; d₂ - диаметр полой заготовки после второй операции

Особую группу составляют операции обтяжки - получение полых деталей криволинейной формы путем растяжения материала и обтягивания его вокруг специального обтяжного шаблона- болвана (рис. 1, л). Обтяжка производится на специальных обтяжных гидропрессах.

По характеру и степени деформации различают: 1) вытяжку без утонения стенок; 2) вытяжку с утонением стенок (протяжку) и 3) комбинированную вытяжку.

В первом случае вытяжка происходит без заранее обусловленного изменения толщины материала стенки изделия, но при значительном уменьшении диаметра заготовки; во втором - вытяжка осуществляется за счет заранее предусмотренного уменьшения толщины стенки вытягиваемого полуфабриката при незначительном уменьшении его диаметра. Комбинированная вытяжка характеризуется одновременным значительным уменьшением диаметра и толщины стенки вытягиваемого полуфабриката.

В зависимости от относительной толщины заготовки или полуфабриката вытяжку производят с применением или без применения прижима. Так как при вытяжке происходит втягивание материала заготовки 3 пуансоном 2 с закруглением r_п большего диаметра D в матрицу 1 с закруглением r_м, имеющую меньший диаметр d (рис. 2, а), то естественно, что по краю вытянутого колпака образуются складки (гофры) за счет наличия избыточного материала или так называемых характеристичных треугольников b, b₁, b₂, . b_n (рис. 2, б), ибо для образования полого колпака диаметром d и высотой h достаточно было бы иметь заготовку диаметром D' без заштрихованных участков. Наличие избыточных треугольников приводит к необходимости вытеснения и перемещения металла при вытяжке вверх. На рис. 2, в показана вытяжка на второй операции из полой заготовки 4.

Рис. 3. Вытяжка с прижимом материала

Образование складок вызывается напряженно-деформированным состоянием металла, приводящим при определенных геометрических соотношениях к потере устойчивости заготовки (рис. 2, а).

Для предотвращения образования складок применяют прижимное кольцо или складкодержатель 3, который прижимает фланец заготовки к матрице 1 таким образом, что материал не имеет возможности образовать складки, а вынужден перемещаться под давлением пуансона 2 в радиальном направлении. Прижим материала применяется как для первой операции вытяжки, т. е. при вытяжке детали из плоской заготовки (рис. 3, а), так и при последующих операциях вытяжки из полой заготовки (рис. 3, б).

Вытяжка без прижима применяется при изготовлении неглубоких сосудов или изделий из толстых материалов, когда складки почти не образуются или выглаживаются при прохождении через вытяжную матрицу.

Напряженно-деформированное состояние металла при вытяжке полых тел

При вытяжке плоская заготовка диаметром D (рис. 4), перемещаясь во время вытяжки, изменяет свои размеры и занимает ряд промежуточных положений. При этом материал деформированной заготовки в различных ее частях находится в разных условиях. В случае вытяжки с прижимом без утонения материала и с зазором, большим толщины заготовки (для случая осесимметричного деформирования в полярной системе координат), можно принять следующую схему напряженно-деформированного состояния (рис. 4).

Рис. 4. Схема напряженно-деформированного состояния отдельных

участков заготовки при вытяжке (σ - напряжения, ε - деформации)

1. Дно частично образованного полого цилиндра - колпака (элемент а) находится в плоско-напряженном и объемно-деформированном состоянии. Так как деформация металла - двустороннее равномерное растяжение в плоскости дна и осевое сжатие составляют на первой операции всего 1-3%, то практически ими можно пренебречь. При многооперационном процессе вытяжки уже после второй-третьей операции толщина дна заметно уменьшается, так как металл со дна постепенно поступает в зону максимального утонения (у донного закругления); интенсивность утонения Дна особенно проявляется у латуни, имеющей небольшую сосредоточенную деформацию сужения (по сравнению со сталью).

2. Цилиндрическую часть полого тела, находящуюся в зазоре между матрицей и пуансоном (элемент b), можно считать находящейся в линейно-напряженном и объемно-деформированном состоянии. Непосредственно у донного закругления изделия (элемент с) в металле возникают напряжения ввиде двухосного растяжения и одноосного сжатия, приводящие к значительному растяжению и утонению стенок в этом месте. Вследствие этого поперечное сечение тела здесь является наименее прочным и наиболее опасным с точки зрения отрыва дна от стенок изделия. Это опасное сечение и ограничивает возможность максимального использования пластических свойств штампуемого металла.

3. Часть, находящаяся на закруглении рабочих кромок матрицы (элемент d), испытывает сложную деформацию, вызванную одновременным изгибом и распрямлением заготовки, наибольшим традиальным (меридиональным) растяжением и незначительным тангенциальным (окружным) сжатием.

4. Часть заготовки, находящаяся под прижимным кольцом (элемент ё), находится в объемно-напряженном и объемно-деформированном состоянии. Однако при достаточно сильном прижиме можно считать ε_п (ε_z) = 0. В плоскостях фланца заготовки возникают радиальные (меридиональные) растягивающие σ_р и тангенциальные (окружные) сжимающие σ_θ напряжения, а в перпендикулярном к ней направлении - осевые сжимающие напряжения σ_n (σ_z), причем ввиду небольшой величины σ_n на практике им часто пренебрегают (при образовании явного клинового сечения во фланце σ_n = 0).

Рис. 5. Кривая изменения толщины стенки в различных частях колпака при вытяжке

Меридиональные растягивающие напряжения σ_p, вызываемые давлением пуансона у края заготовки, равны нулю; по мере удаления от края заготовки к центру матрицы они возрастают, достигая наибольшей величины на входной кромке матрицы. Тангенциальные сжимающие напряжения σ_θ, наоборот, у наружного края имеют наибольшую величину, а по мере удаления от края заготовки значения их уменьшаются. В тот момент, когда край заготовки переместится на величину, составляющую 39% от радиуса заготовки (0,39 R), σ_θ становится равным σ_p. Под действием напряжений тангенциального сжатия ст₀ фланец заготовки утолщается (образуя иногда как бы клиновое сечение) и упрочняется; при недостаточном прижиме и тонком материале [(s/D) 100 < 2], это приводит, вследствие потери устойчивости, к образованию складок.

При вытяжке без прижима меняется лишь схема напряженного состояния во фланце, она характеризуется отсутствием осевого сжимающего напряжения σ_n (σ_z). Вследствие разноименной схемы напряженно-деформированного состояния толщина стенок вытянутых изделий будет различна по всему продольному их сечению. На рис. 5 приведена кривая, показывающая, что наибольшее утонение (10-18%) происходит в месте перехода вертикальной стенки в дно колпака. В некоторых случаях (при отрыве дна) это утонение достигает 30% и более. По мере приближения к верхней кромке толщина материала непрерывно увеличивается, достигая максимальной величины на краях сосуда. Это утолщение обычно составляет 15-25% от исходной толщины материала, доходящей иногда до 30% и более (на рис. 5 по оси абсцисс отложены соответствующие точки на боковой поверхности изделия в развернутом виде, а по оси ординат - соответствующие отклонения от начальной толщины материала в процентах).

Максимальное значение толщины края заготовки s_кp приблизительно определяют из следующих зависимостей:

для деталей без фланца

для деталей с фланцем диаметром D

Для получения более наглядного представления о характере деформации металла при вытяжке и возможности определения их величины на отдельных участках вытягиваемого изделия применяют так называемый метод координатной сетки, который заключается в том, что на исходной заготовке наносится координатная сетка, а затем на вытянутом изделии получаются ее искажения, по которым и судят о характере течения металла и величине деформации.

Читайте также: