Требования к качеству поверхности тонколистовой стали, предназначенной для штамповки

Высокопроизводительные автоматические линии разделки рулонной стали на заготовки под штамповку и многопозиционные прессы-автоматы для изготовления деталей глубокой вытяжкой из листа обусловливают высокие требования к качеству металла. Под качеством подразумевают в основном высокие механические характеристики металла, определяющие его высокую штам- пуемость, высокое качество поверхности и планшетность металла, отсутствие продольной и поперечной разнотолщинности. Штампуемость — это комплексная характеристика качества металла. Она подразумевает, во-первых, высокую пластичность металла, обеспечивающую высокую степень деформации металла без разрушения, и, во-вторых, низкое усилие на штамп при операциях штамповки. Снижение усилия при штамповке можно достигнуть за счет уменьшения коэффициента трения, поэтому поверхность листа должна способствовать удержанию смазки под штампом. Кроме того, для снижения усилия при штамповке необходимо снижать предел текучести материала листа. Снижение углерода в стали до 0,1 % и ниже способствует повышению пластичности и снижению предела текучести стали, поэтому стали типа 08кп, 08пс, 08Ю, СтЮ и подобные им широко применяются для производства листовых штампованных деталей. Но, с другой стороны, низкий предел текучести стали вовсе не желателен в готовом изделии. Наоборот, необходимо всеми средствами увеличивать прочность металла после штамповки. Поэтому постоянно идет поиск технологических решений, позволяющих совместить противоречивые требования к прочностным характеристикам холоднокатаного листа.

Технические требования к холоднокатаному металлу для штамповки категорий ВГ, СВ, ОСВ, ВОСВ, ВОСВ-Т определены ГОСТ 9045-93. Для ВОСВ, ОСВ и СВ применяют в основном сталь марки 08Ю с регламентированным содержанием углерода менее 0,07 % с пределом текучести а_т= 175—185 Н/мм², для которой регламентируется также балл зерна феррита (6 или 7) и структурно-свободного цементита (2). Для категорий СВ и ВГ применяют марки стали 08пс и 08кп с содержанием углерода до 0,1 % и др.

Предъявляют высокие требования к качеству поверхности автомобильного листа. При этом различают состояние поверхности по наличию и размерам поверхностных дефектов и по степени ее отделки, включающей формирование микрорельефа (шероховатости) поверхности листа.

По наличию дефектов на поверхности и степени ее отделки тонколистовую малоуглеродистую сталь выпускают по 111 и IV группам (ГОСТ 4041—71), а для холоднокатаной тонколистовой стали для холодной штамповки по ГОСТ 9045—93 предусмотрены группы I, II и III. Для лучшей из них группы I предусмотрены три класса отделки поверхности по шероховатости: листы с глянцевой или зеркальной поверхностью; листы с матовой поверхностью;

листы с повышенной шероховатостью поверхности (называемые шероховатыми).

Необходимо подробнее остановиться на характеристике микрорельефа поверхности и методах оценки шероховатости. Реальный профиль полосы (рис. 17.1, б) получается при сечении ее реальной поверхности (рис. 17.1, а). Как видно, реальный профиль содержит неровности двух порядков малости. Неровности на макроуровне определяются характером изменения некоторой сглаженной высоты И подлине (или ширине) полосы. Колебания этой высоты относительно некоторого среднего значения характеризует разнотолщинность полосы. Абсолютная разнотолщинность измеряется десятыми и сотыми долями миллиметра, соответственно профиль кривой И учитывает только неровности такого же порядка измерения. Кривая И называется геометрическим профилем полосы. Реальный профиль отличается от геометрического тем, что на нем

Рис. 17.1. Реальная поверхность (х 100) (а) и реальный профиль листа (б)

имеются микронеровности относительно геометрического профиля, измеряемые в пределах нескольких микрометров. Геометрический профиль получается из реального, если выровнять все микровыступы и микровпадины гак, чтобы площади выступающих участков полностью компенсировались площадью участков впадин. Реальный профиль измеряют с помощью соответствующих профилографов на некоторой базовой длине / (не менее 100 высот микронеровностей). Геометрический же профиль, строго говоря, величина вычисляемая, получаемая как результат выравнивания микронеровностей.

Существует другое определение геометрического профиля. Обозначим А_(с и А_/и высоту микровыступов и микровпадин в /'-х точках, взятых на базовой длине. Пусть число таких точек по выступам равно п, а по впадинам — т. Геометрическим профилем называется плавная линия, относительно которой равны среднеквадратичные высоты выступов и впадин:

Среднеквадратическая высота выступов (и впадин) в некоторых зарубежных стандартах используется как характеристика шероховатости поверхности листа (например, в американском стандарте). В российском стандарте основной характеристикой шероховатости является показатель Я_а, который определяется как средняя высота неровностей на базовой длине:

Наряду с этим используется показатель /С который характеризует максимальную высоту неровностей. Для его определения на базовой длине выбирают пять самых крупных выступов и пять самых глубоких впадин и складывают их средние значения (по абсолютной величине):

Параметры шероховатости Я_а и Я включены в российский стандарт 2789— 59 на шероховатость поверхности, и по этим показателям чистота поверхности (шероховатость) машиностроительных деталей подразделяется на 14 классов.

Для холоднокатаного листа гостированы три класса шероховатости поверхности. Классу “глянцевый” соответствует показатель Я_а не выше 0,6 мкм (по ГОСТ 2789—59 класс 8 и выше), матовый лист имеет показатель Я_а < 1,6 мкм, лист класса “шероховатый” имеет среднюю высоту неровностей до Я_а < 3,6 мкм.

Надо заметить, что высота неровностей имеет большое значение при штамповке листа. Чем она выше (до определенных пределов), тем больше смазки удерживается во впадинах микрорельефа, тем ниже коэффициент трения. При покраске листа краска также прочнее удерживается на шероховатой поверхности, чем на зеркальной. Наиболее качественным листом для штамповки считается лист шероховатый, причем такой, у которого показатель Я_а одинаков в продольном и поперечном направлении, так как эго обеспечивает одинаковые условия трения в обоих направлениях при штамповке. Матовый лист менее качественный, к тому же к такому листу не предъявляют требований по изотропии шероховатости (по равенству шероховатости по длине и ширине). Наименее ценен для штамповки и окраски лист с зеркальной поверхностью.

С другой стороны, лист с зеркальной поверхностью имеет более высокую отражательную способность, лучший товарный вид, меньшую склонность к коррозии и загрязнению, чем шероховатый. При производстве некоторых видов листа, например трансформаторного, кинескопного и др., стремятся получить зеркальный лист с полным отсутствием шероховатости. Каждый вид листа имеет свою область применения.

Для оценки коэффициента трения и прочности сцепления краски с поверхностью показателей Я_а и Я, недостаточно, хотя в ГОСТах оговариваются только

Рис. 17.2. Различные виды шероховатости регулярных поверхностей

эти показатели. Можно представить несколько различных теоретических профилей микронеровностей, имеющих одинаковые значения обоих показателей (рис. 17.2). Такие регулярные профили встречаются при резании металла. В машиностроении уже стандартизованы шесть показателей шероховатости, хотя установлено, что и этого мало. При одинаковых значениях Я_а и Я. може т быть разной плотность заполнения профиля, которую определяют коэффициентом Я_р.

Здесь Р_с — суммарная площадь (на какой-то длине) от линии выступов до профиля и Р— суммарная площадь между линиями выступов и впадин. Если выступы и впадины одинаковы (см. рис. 17.2, а, б), то Я = 0,5Я.. Дчя профиля, представленного на рис. 17, в, Яр/Я,> 0,5, а на рис. 17, г Я_р/Я.< 0,5. В зарубежных стандартах применяют аналогичный показатель Rsk, который больше О, если R_p > 0,5R_v и меньше 0, если R_p < 0,5R_z.

Очевидно, для удержания смазки при штамповке важен также шаг неровностей 1, вычисляемый как отношение базовой длины / к количеству выступов и впадин (т+п) на этой длине: t — 1/(т + п). В некоторых зарубежных стандартах шаг неровностей обозначается как показатель Sm, а число пиков на длине 1 см — как показатель Рс. Важна также равномерность (регулярность) повторения выступов и впадин. При производстве листа таких регулярных поверхностей, которые представлены на рис. 17.2, не бывает, поэтому необходим еще показатель нерегулярности микрорельефа. Все перечисленные показатели шероховатости очень важны для оценки штампуемых сталей, но пока не ставится вопрос об их внедрении в ГОСТ на листовую продукцию.