Формируемость – это способность данной металлической заготовки подвергаться пластической деформации без повреждения. Однако способность металлических материалов к пластической деформации ограничена до определенной степени, и в этот момент материал может подвергнуться разрыву или разрушению (поломке).
К процессам, на которые влияет формуемость материала, относятся: прокатка , экструзия , ковка , профилирование , штамповка и гидроформовка .
Общим параметром, который указывает на формуемость и пластичность материала, является деформация разрушения , которая определяется испытанием на одноосное растяжение (см. Также вязкость разрушения ). Деформацию, выявленную в ходе этого испытания, определяют по удлинению относительно эталонной длины. Например, длина 80 мм (3,1 дюйма) используется для стандартизированного одноосного испытания плоских образцов в соответствии с EN 10002. Важно отметить, что деформация является однородной вплоть до равномерного удлинения. В дальнейшем деформация локализуется до тех пор, пока не произойдет перелом. Деформация разрушения не является инженерной деформацией, поскольку распределение деформации неоднородно в пределах контрольной длины. Тем не менее, деформация разрушения является приблизительным показателем формуемости материала. Типичные значения деформации разрушения составляют: 7 % для сверхвысокопрочных материалов и более 50 % для низкопрочных сталей.
Один из основных видов отказов вызван разрывом материала. Это типично для приложений, формирующих листы. [1] [2] [3] На определенном этапе формирования может появиться шейка. Это является признаком локализованной пластической деформации . В то время как более или менее однородная деформация происходит внутри и вокруг последующего местоположения шейки на ранней стабильной стадии деформации, почти вся деформация концентрируется в зоне шейки во время квазистабильной и нестабильной фазы деформации. Это приводит к выходу материала из строя, проявляющемуся разрывами. Кривые предела штамповки отображают крайнюю, но все же возможную деформацию, которой может подвергнуться листовой материал на любой стадии процесса штамповки. Эти пределы зависят от режима деформации и соотношения поверхностных деформаций. Основная поверхностная деформация имеет минимальное значение, когда возникает плоская деформация, что означает, что соответствующая незначительная поверхностная деформация равна нулю. Пределы формообразования являются специфическим свойством материала. Типичные значения плоской деформации варьируются от 10% для высокопрочных марок до 50% и выше для материалов средней прочности и материалов с очень хорошей формуемостью.Диаграммы пределов штамповки часто используются для графического или математического представления формуемости. Многие авторы признают, что природа разрушения и, следовательно, диаграммы пределов формования по своей сути недетерминированы, поскольку большие изменения могут наблюдаться даже в пределах одной экспериментальной кампании. [4]
Классической формой формовки листов является глубокая вытяжка , которая осуществляется путем вытягивания листа с помощью пуансона, нажимающего на внутреннюю часть листа, тогда как боковой материал, удерживаемый держателем заготовки, может быть вытянут к центру. Было замечено, что материалы с выдающейся способностью к глубокой вытяжке ведут себя анизотропно (см.: анизотропия ). Пластическая деформация в поверхности выражена значительно сильнее, чем в толщине. Коэффициент Лэнкфорда ( r) представляет собой специфическое свойство материала, указывающее соотношение деформации по ширине и деформации по толщине при испытании на одноосное растяжение. Материалы с очень хорошей способностью к глубокой вытяжке имеют значение r 2 или ниже. Положительный аспект формуемости по отношению к предельной кривой формования ( диаграмме пределов формования ) проявляется в путях деформации материала, которые сосредоточены в крайнем левом углу диаграммы, где пределы формования становятся очень большими.
Другой вид разрушения, который может произойти без какого-либо разрыва, — это вязкий разрушение после пластической деформации ( пластичность ). Это может произойти в результате деформации изгиба или сдвига (в плоскости или по толщине). Механизм разрушения может быть обусловлен зарождением и расширением пустот на микроскопическом уровне. Микротрещины и последующие макротрещины могут появиться, когда деформация материала между пустотами превысила предел. В последние годы обширные исследования были сосредоточены на понимании и моделировании пластичного разрушения. Подход заключался в определении пределов пластичности формования с использованием различных мелкомасштабных испытаний, которые показывают различные коэффициенты деформации или трехосность напряжений. [5] [6] Эффективной мерой ограничения этого типа формовки является минимальный радиус при профилировании (половина толщины листа для материалов с хорошей формуемостью и в три раза больше толщины листа для материалов с низкой формуемостью).
Знание формуемости материала очень важно для планирования и проектирования любого процесса промышленной формовки. Моделирование с использованием метода конечных элементов и использования критериев формуемости, таких как предельная кривая формования ( диаграмма пределов формования ), улучшает и, в некоторых случаях, является незаменимым для определенных процессов проектирования инструментов (см. Также: Моделирование обработки листового металла и Анализ обработки листового металла). ).
Одной из основных задач Международной исследовательской группы по глубокой вытяжке ( IDDRG , с 1957 г.) является исследование, обмен и распространение знаний и опыта о формуемости листовых материалов.