Свойства материалов. Термины и определения
Для листовой штамповки применяют черные и цветные металлы и сплавы, а также неметаллические материалы. Черные металлы и сплавы: сталь (углеродистая обыкновенного качества, углеродистая качественная конструкционная, легированная конструкционная, высоколегированная) и деформируемые сплавы с особыми свойствами (коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные, магнитные и другие). Цветные металлы и сплавы: медь, никель, алюминий, магний, титан и деформируемые сплавы на их основе (латуни, бронзы, дуралюмины и др.). Неметаллические материалы для листовой штамповки: пресс, шпан, гетинакс, текстолит, фибра, картон, бумага, пергамент, кожа, резина, сукно и т. п. Наибольшее применение имеют металлы и сплавы, позволяющие штамповать детали с заданными свойствами, различных форм и размеров. В автомобилестроении большую часть деталей штампуют из углеродистых сталей. Цветные металлы и сплавы применяют, если использование стали и неметаллических материалов не обеспечивает заданных эксплуатационных свойств. Однако предполагают, что в перспективе для листовой штамповки автомобильных, в том числе кузовных, деталей возможно более широкое применение сплавов легких цветных металлов (алюминия, а также титана). Тяжелые металлы (медь, никель) и их сплавы необходимо заменять, если это допустимо по условиям эксплуатации детали, на менее дорогие и дефицитные сплавы или на неметаллические материалы.
Металлы и сплавы для листовой штамповки поступают на машиностроительный завод в виде проката (листов, полос и лент).
Выбор марки металла или сплава, вида проката, требования к их качеству должны соответствовать условиям эксплуатации детали и требованиям технологии листовой штамповки, т. е. необходимо, чтобы материал удовлетворял заданному комплексу эксплуатационных и технологических свойств. Чем в большей степени конструкция детали удовлетворяет требованиям технологии, тем выше технологичность ее изготовления. Основные параметры, определяющие технологичность конструкции, — материал, форма и размеры детали, требования к ней по точности размеров, шероховатости поверхности и качеству в целом.
При выборе материала и технологии штамповки необходимо учитывать также технологичность конструкции штампованной заготовки (т. е. после штамповки) при последующей обработке и отделке: обработке резанием, клепке, пайке, сварке, нанесении соответствующих покрытий химическим или электрохимическим путем. Технологические свойства. Главной характеристикой технологичности конструкции детали является физическая природа материала, от которой зависят его технологические свойства. Основные технологические свойства материала при листовой штамповке: пластичность, сопротивление деформации, интенсивность деформационного упрочнения. Значительное влияние на процесс листовой штамповки полых и других сложных по форме деталей оказывает анизотропия. Пластичность — свойство металлов и сплавов необратимо изменять форму и размеры под действием внешней силы без макро-разрушения. Макро-разрушение — процесс частичного или полного нарушения целостности тела путем зарождения и движения макротрещины или системы макротрещин. Например, при осаживании цилиндрического образца из стали 25 на боковой поверхности появилась трещина, видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении, т. е. произошло частичное разрушение. Если растягивать образец из серого чугуна, то при достижении некоторого усилия произойдет весьма незначительная пластическая деформация, после чего образуется макротрещина и за счет ее движения образец практически мгновенно разделяется на две части, т. е. произойдет полное нарушение целостности тела. При растяжении образца из свинца с незначительным количеством примесей в средней части образца образуется шейка, в области которой по мере растяжения сечение уменьшается и в некоторый момент времени становится равным нулю, и из одного тела образуются два. Однако в этом случае трещина не образуется, сечение по мере растяжения уменьшилось до нуля, т. е. материал идеально пластичен в противоположность серому чугуну — хрупкому материалу, у которого разрушению предшествовала весьма незначительная пластическая деформация.
Пластичность измеряется величиной пластической деформации, предшествующей разрушению. Степень деформации — вся накопленная частицей тела пластическая деформация в течение некоторого отрезка времени от 0 до t, которую подсчитывают вдоль траектории движения рассматриваемой частицы тела.
При технических расчетах для оценки величины деформации обычно применяют логарифмическую деформацию е и относительную деформацию е. В общем случае где F0 и Ft — площадь сечения тела или его части до и после деформации.
