FLC и модели ее построения

FLC. Общие сведения

При проектировании технологических процессов листовой штамповки одной из важных технологических задач является прогнозирование разрушения заготовки. В настоящее время в качестве критериев разрушения, позволяющих учесть точный вид деформированного состояния, широко применяются кривые предельных деформаций FLC (от англ. forming limit curve). Они показывают начало критического утонения для различных направлений деформации и позволяют устанавливать границы предельных деформаций, действующих в плоскости листа. Точки для построения FLC получают как экспериментальным путем, так и при помощи вычислений на базе специализированного программного обеспечения.

Кривая предельных деформаций (FLC) строится в осях главных деформаций ε1 и ε2, действующих в плоскости листа. По оси ординат диаграммы отложена максимальная главная деформация ε1 а по оси абсцисс — наименьшая главная деформация ε2 (см. рисунок 1). При ε1 = ε2 имеет место двухосное равномерное растяжение, при ε2 =0 — плоское деформированное состояние. Деформированное состояние в границах от ε2 = 0 до ε2 = ε1 наблюдается в операциях формовки и осуществляется за счет утонения толщины листа. При ε1 = -2ε2 возникает линейное растяжение. В области (ε1 = -ε2)… (ε1 = 2ε2) происходит значительное растяжение в направлении ε1 и сжатие в направлении ε2, что присуще таким операциям, как вытяжка, раздача, отбортовка, и в некоторых сечениях при деформировании деталей кузова.

Рис. 1 — Кривая Forming Limit Curve (FLC) и физический смысл различных областей диаграммы (по справочным материалам AutoForm)

На рисунке 1 видно, как изменится нарисованная на стальной заготовке окружность, после процесса деформации. Соотношение деформаций в каждой области детали может быть описано графически через положение точки в осях ε1 и ε2 и будет соответствовать одной из зон:

Рис. 2 — Зоны по риску образования дефектов (по справочным материалам AutoForm)

При одноосной деформации разрушение начинается после достижения предела прочности материала. В общем виде в ходе штамповки в металле возникает трехосное напряженно-деформированное состояние, но, принимая во внимание сравнительно низкое значение толщины проката, можно его упростить до двухосного. Начало разрушения зависит от уровня деформаций в двух направлениях. Современные программные комплексы позволяют с высокой точностью воспроизвести в виртуальной среде процесс штамповки детали, оценить степень деформаций в каждой точке. Для определения вероятности разрушения необходимо сравнить степень деформации в двух направлениях со свойствами конкретного материала — его способностью выдержать без разрушения максимальную главную деформацию в зависимости от уровня наименьшей главной деформации. Для описания и использования этой зависимости используется FLС.

Пример показан на рисунке 3. При моделировании процесса штамповки, каждая точка детали вносится на диаграмму в зависимости от ее положения в координатах ε1 — ε2. Данная диаграмма показывает вероятность образования дефектов в различных областях детали.

Рис. 3 — Определение вероятности образования дефектов в различных областях детали с использованием FLC (по материалам построения детали в ПО AutoForm)

Как правило, для построения FLC проводят несколько испытаний для каждого направления и берут наихудшие результаты. Это связано с неоднородностью механических свойств внутри одного рулона и позволяет предупредить возможные проблемы. Также необходимо учитывать, что существует несколько стандартов на испытание механических свойств и, соответственно, различные образцы и параметры испытаний. Сравнение размеров образцов по двум самым распространенным стандартам:

Для сравнения результатов испытаний образцов, подготовленных по ISO 9862 и JIS Z2241, а также сравнения FLC, построенных на этих данных, были проведены сравнительные испытания. Различие механических свойств при испытаниях указанных типов образцов представлено в Таблице 2. Проведены испытания холоднокатаного проката марки SPCC толщиной 0.7 мм и оцинкованного высокопрочного проката марки HDT590X толщиной 1.2 мм по обоим стандартам. Результаты показывают, что образцы, испытанные по стандарту JIS имеют большее удлинение, примерно, на 10% при равном пределе текучести и пределе прочности, что соответствует пересчетам свойств из JIS в ISO, принятым в автомобильных компаниях.

SPCC

Имея такие данные, можно провести сравнение моделей ArcelorV9 и модели Tata Steel при испытаниях образцов по стандартам ISO 9862 и JIS Z 2241, результаты представлены на Рис. 4 и Рис. 5. Приведены сравнения FLC для марки стали SPCC, на второй исследуемой марке HCT590X сходимость результатов аналогична.

Рис. 5 — Сравнение результатов расчета FLC по разным моделям и для разных методов испытаний образцов на примере холоднокатаного проката марки SPCC

Основные выводы по итогам проведенной работы:

• В модели построения FLC Arcelor V9 не используется относительное удлинение, результат не зависит от типа образца по стандартам A80 (ISO 9862) и Sample #5 (JIS Z 2241).
• При использовании модели Tata Steel необходимо проводить испытания образцов по стандарту ISO 9862.
• Использование модели Tata Steel приводит к получению более низких предельных деформаций, чем при использовании модели ArcelorV9.
• Насколько критично различие модели FLC по Tata Steel и модели FLC по Arcelor V9 зависит от конкретного процесса штамповки, и рекомендуется придерживаться инструкций разработчиков программного обеспечения.

Данные исследования мы проводим для предоставления качественных карточек материалов Северстали. Наши клиенты могут скачать карточки для компьютерного моделирования на нашем инжиниринговом портале.