Что такое коробление металла
Коробление
Смотреть что такое «Коробление» в других словарях:
КОРОБЛЕНИЕ — КОРОБЛЕНИЕ, коробления, мн. нет, ср. (спец.). Действие и состояние по гл. коробиться. Коробление досок. Коробление книжных переплетов. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
коробление — искривление, ссыхание, искореживание Словарь русских синонимов. коробление сущ., кол во синонимов: 3 • искореживание (5) • … Словарь синонимов
коробление — КОРОБИТЬСЯ ( блюсь, бишься, 1 и 2 л. не употр.), бится; несов. Кривиться, делаться согнутым. Фанера коробится. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
коробление — Ндп. прогиб Дефект в виде искажения конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении, а также в результате неправильной модели. [ГОСТ 19200 80] Недопустимые, нерекомендуемые прогиб Тематики отливки из чугуна и стали… … Справочник технического переводчика
Коробление — дефект бумаги, оттиска, картона, обложки, переплетной крышки в виде искривления плоскостности их листов с образованием вогнутых и выпуклых участков. К. является следствием резкого изменения влажности, возникает при лакировании и припрессовке… … Реклама и полиграфия
Коробление — Коробление – чередующиеся разнонаправленные выпучивания плоских частей конструкции. [Справочник проектировщика. Металлические конструкции. ЗАО ЦПИИПСК им. Мельникова, 1998 г, Москва, Издательство АВС.] Рубрика термина: Конструкции… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
коробление — 4.3 коробление (warpage): Отклонение от плоскостности. Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК 7810 2006: Карты идентификационные. Физические характеристики оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
КОРОБЛЕНИЕ — дефект в виде искажения конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении, а также в результате неправильной модели. ГОСТ 19200 80. * * * Коробление это дефект отливки в виде искажения конфигурации отливки под влиянием… … Металлургический словарь
Коробление — Distortion Коробление. Любое отклонение от первоначального размера, формы или контура, которое происходит из за приложения нагрузки или остаточных напряжений. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО… … Словарь металлургических терминов
Коробление — Varpage Коробление. (1) Деформация отливки, отличная от усадки, происходящей при затвердевании и охлаждении до комнатной температуры. (2) Искажение, которое происходит во время отжига, снятия напряжений и использования при высоких температурах.… … Словарь металлургических терминов
Причины коробления
Выявить коробление – одна из самых простых задач литья под давлением, а вот понять, почему оно возникло – уже не так легко. Рассмотрим подробно причины его появления и методы его предотвращения.
На картинке показан скриншот из программы Autodesk Mouldflow, показывающий деформированную отливку.
Любой, даже самый рядовой потребитель, может заметить, что деталь, которая должна быть изначально плоской, искривлена или изогнута сразу после изготовления. Если производство данного изделия осуществляется методом литья пластмасс под давлением, то существует вероятность уменьшения, либо даже предотвращения этого непреднамеренного коробления.
Первый шаг – понять, почему изделие коробится. Это является сложной задачей, но существенно необходимой для дальнейшего устранения дефекта. Изучение концепции пластического коробления позволяет разработать методы его уменьшения, а сопутствующие технологии, как, например, программа для моделирования процесса литья под давлением Autodesk Moldflow, помогают определить корректность этих решений еще перед началом непосредственного изготовления пресс-формы.
Для обеспечения отлаженного процесса, используйте Autodesk Moldflow Adviser на самых ранних этапах разработки проекта.
Пластическая усадка в процессе литья
Усадка материала в процессе литья и уже после изготовления играет значительную роль на деформацию изделия. Прежде чем предпринимать какие-либо меры по устранению дефекта, необходимо понять, как и почему происходит усадка полимерного материала. Чтобы сделать это, следует начать с молекулярного уровня, детально изучив, что происходит с материалом в процессе плавления и охлаждения. По большей части особенности плавления и охлаждения зависят от типа полимера и от наличия каких-либо наполнителей и армирующего волокна.
На рисунке показана усадка образца из полипропилена без стекловолокна с двумя вариантами литников: с литником в торце изделия (слева) и с литником в центре изделия (справа). (Autodesk Moldflow)
На рисунке показана усадка образца из полипропилена со стекловолокном с двумя вариантами литников: с литником в торце изделия (слева) и с литником в центре изделия (справа). (Autodesk Moldflow)
Как изменяется усадка или основная причина коробления
Основная причина коробления обманчиво проста: неравномерность усадки. Проще говоря, если изделие дает усадку совершенно равномерно во всех направлениях, то оно становится меньше по размеру, но сохраняет правильную форму. В случае же, если какой-то элемент дает усадку, отличающуюся от всех остальных частей изделия, то вот эта разница в коэффициентах создает внутреннее напряжение. Если это напряжение нарушает структурную целостность детали, то она коробится при выталкивании из пресс-формы.
Изменение усадки отлитой под давлением детали, смоделированное в Autodesk Moldflow.
В целом различают 4 варианта усадки:
Почему возникает разница в коэффициентах усадки
Очевидно, что неравномерная усадка вызывает коробление, поэтому важно понимать, что становится причиной возникновения разницы коэффициентов. Рассмотрим пять наиболее распространенных причин:
Преимущества предварительного моделирования
Устранение коробления – очень сложная задача, учитывая количество факторов, провоцирующих ее появление, и тот факт, что они могут влиять друг на друга. Программы, позволяющие моделировать процесс литья, позволяют на ранних стадиях определить возможные проблемы и устранить их уже на этапе разработки дизайна.
Используйте Autodesk Moldflow для проведения анализа охлаждения при литье под давлением с газом и многослойного литья с двумя впрысками.
Использование инструментов моделирования, таких как Autodesk Moldflow, позволяет инженерам производить анализ для визуализации ожидаемой усадки и деформации с учетом материала детали, конструкции и предполагаемых условий обработки. С помощью программ визуализации можно задавать и закреплять различные масштабы, что упрощает процесс сравнения возможных вариантов.
Моделирование различных вариантов настроек параметров литья и их влияния на коробление. (Autodesk Moldflow)
Итерирование (повторение) дизайна посредством ручных или автоматических технологических процессов позволяет инженерам изменять параметры и условия литья, либо непосредственно конструкцию изделия, для получения оптимального варианта продукта. Автоматический анализ оптимизации при помощи Moldflow отражает влияние всех факторов (дизайн, материал, настройки параметров) на коробление отливки.
Моделирование Moldflow также позволяет быстрее и проще рассмотреть широкий спектр потенциальных решений, таких как замена полимера или охлаждения пресс-формы, что более удобно, чем работа с короблением после изготовления детали.
Финальные выводы
Коробление трудно поддается диагностике, так как зачастую имеется целый ряд факторов его возникновения. В большинстве случаев эти факторы влияют друг на друга, поэтому сложно оценить степень воздействия каждого из них в отдельности. Понимание того, как и почему происходит пластическая деформация, дает инженерам возможность в процессе моделирования анализировать текущие данные и изменять их соответствующим образом, чтобы получить оптимальное решение.
Коробление
Смотреть что такое «Коробление» в других словарях:
КОРОБЛЕНИЕ — КОРОБЛЕНИЕ, коробления, мн. нет, ср. (спец.). Действие и состояние по гл. коробиться. Коробление досок. Коробление книжных переплетов. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
коробление — искривление, ссыхание, искореживание Словарь русских синонимов. коробление сущ., кол во синонимов: 3 • искореживание (5) • … Словарь синонимов
коробление — КОРОБИТЬСЯ ( блюсь, бишься, 1 и 2 л. не употр.), бится; несов. Кривиться, делаться согнутым. Фанера коробится. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
коробление — Ндп. прогиб Дефект в виде искажения конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении, а также в результате неправильной модели. [ГОСТ 19200 80] Недопустимые, нерекомендуемые прогиб Тематики отливки из чугуна и стали… … Справочник технического переводчика
Коробление — дефект бумаги, оттиска, картона, обложки, переплетной крышки в виде искривления плоскостности их листов с образованием вогнутых и выпуклых участков. К. является следствием резкого изменения влажности, возникает при лакировании и припрессовке… … Реклама и полиграфия
Коробление — Коробление – чередующиеся разнонаправленные выпучивания плоских частей конструкции. [Справочник проектировщика. Металлические конструкции. ЗАО ЦПИИПСК им. Мельникова, 1998 г, Москва, Издательство АВС.] Рубрика термина: Конструкции… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
коробление — 4.3 коробление (warpage): Отклонение от плоскостности. Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК 7810 2006: Карты идентификационные. Физические характеристики оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
КОРОБЛЕНИЕ — дефект в виде искажения конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении, а также в результате неправильной модели. ГОСТ 19200 80. * * * Коробление это дефект отливки в виде искажения конфигурации отливки под влиянием… … Металлургический словарь
Коробление — Buckling Коробление. (1) Искажение формы, характеризующееся неустойчивостью и боковым отклонением. Возникает при сжатии и структурных превращениях. (2) При деформировании металлов выпуклости, изгибы, петли или другие волнообразные дефекты,… … Словарь металлургических терминов
Коробление — Distortion Коробление. Любое отклонение от первоначального размера, формы или контура, которое происходит из за приложения нагрузки или остаточных напряжений. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО… … Словарь металлургических терминов
Причины коробления стали при закалке
Размеры изделия после закалки даже при отсутствии коробления не совпадают с исходными
Ю.М.Лахтин, Материаловедение, 1990
Эту цитату необходимо воспринимать как аксиому, ведь процесс упрочнения стальных деталей неизбежно связан с их короблением или поводками. Коробление деталей при закалке это такая же закономерность, как и замерзание воды при понижении температуры.
Также используются и уникальные схемы, позволяющие термообрабатывать детали в полуфабрикатах (листы, уголки, полосы). Это более трудоёмкий процесс с точки зрения конструкторских расчётов, т.к. должны быть учтены такие факторы, как прокаливаемость стали при разных параметрах закалки, возможные проблемы с анизотропией механических свойств по сечению детали и многие другие.
Еще, на появление короблений деталей влияет неравномерность нагрева в макроскопических объёмах, т.е в пределах размера детали. Эта неравномерность вызвана прежде всего устройством печи, плотностью и расположением нагревательных элементов, расположением деталей в садке. Если деталь будет с одной стороны нагреваться быстрее, чем с другой, то это вызовет разнонаправленные напряжения, которые также могут превысить предел текучести и даже предел прочности.
Два последних фактора устраняются использованием качественного термического оборудования и отработанными режимами термообработки для конкретных марок стали. Конечно, большим плюсом в борьбе с термическими короблениями будет являться применение вакуумного оборудования. Не зря производители вакуумных печей говорят о минимальных короблениях деталей при использовании их оборудования. При вакуумном нагреве, степень искажения размеров минимизируется за счёт очень плавного разогрева деталей вместе с печью и за счёт однородности температурного поля как при конвекционном нагреве, так и в вакууме. Но повторимся, высокотехнологичные вакуумные печи не смогут подавить физико-химические закономерности изменения удельного веса при мартенситном превращении.
Недавно, на каком-то сайте, зарубежные коллеги рассказывали о короблении изделий в аустенитном состоянии под собственным весом или весом других деталей, в неправильно сформированной садке. Как вариант, можно рассмотреть и этот случай. Действительно, аустенит обладает очень низкими механическими свойствами: низким пределом текучести и прочности. Например его твердость составляет всего 160-200 HB. Соответственно, если нагрузка на деталь в аустенитном состоянии превысит допустимую (предел текучести), то это приведет к точечной или объемной пластической деформации.
В статье мы рассмотрели основные причины коробления сталей при закалке. Конечно, существует еще множество причин поводок и отклонения геометрических размеров. Это могут быть такие факторы, как: дисперсионное твердение, повышенная прокаливаемость, сложная геометрия детали и многие другие. Но все эти факторы являются очень явными и останавливаться на них нет смысла.
Коробление алюминиевых деталей
Коробление – это то, что нередко случается при механической обработке деталей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов. Причина коробления этих деталей – остаточные напряжения, которые образовались при их закалке в процессе термического упрочнения.
Кстати, знаменитые алюминиевые цельные корпусы аппаратов iPhone 5 и iPhone 6 компании Apple изготавливаются именно так. Цельную алюминиевую прессованную заготовку подвергают многочисленным фрезерным операциям на хитроумном станке с компьютерным управлением с постоянным мощным охлаждением, чтобы избежать ее коробления.
Закалка алюминиевых сплавов
Операция закалки алюминиевых сплавов состоит из двух этапов:
Необходимая для полной закалки скорость охлаждения значительно различается для различных алюминиевых сплавов, например:
Цель закалки – удержать в твердом растворе алюминия растворенные легирующие элементы – для разных сплавов разные. Вслед за закалкой следует стадия старения – естественного или искусственного (при повышенной температуре). В ходе старения за счет выделения из твердого раствора упрочняющих компонентов, содержащих легирующие элементы, происходит повышение прочности алюминиевого сплава.
Коробление – бич механической обработки алюминия
Это неприятное явление – коробление – особенно «неприятно» тем, что делает трудным или невозможным выдерживать жесткие размерные допуски алюминиевых изделий, которые получают механической обработкой, например, фрезерованием. Особенно это касается больших и/или сложных по форме изделий. Поэтому высокий уровень отбраковки фрезерованных алюминиевых деталей из термически упрочняемых сплавов из-за отклонений от заданных размеров по причине коробления является обычным делом.
На рисунке ниже показано коробление, которое возникло в листе из сплава 7075 в состоянии Т6 (закалка и искусственное старение) толщиной 25 мм и длиной 250 мм после разрезания на электро-эррозионном станке по центральной плоскости на две половинки. Максимальная величина образовавшейся щели достигла 4,3 мм.
Рисунок 1 – Коробление листа из сплава 7075-Т6
после разрезания вдоль центральной плоскости
Остаточные напряжения в алюминии – какие они?
Уровень остаточных напряжений в закаленном алюминиевом изделии, например в том же толстом листе, возрастает с увеличением его толщины, пока, наконец, не достигает предела текучести алюминиевого сплава в закаленном состоянии.
Знаменитый – аэрокосмический – сплав 7075 имеет значительно более высокий предел текучести в закаленном состоянии по сравнению с другими сплавами, в том числе, с таким популярным в промышленности, как сплав 6061. Поэтому сплав 7075 является наиболее склонным к образованию остаточных напряжений и, следовательно, короблению при механической обработке. Остаточные напряжения в закаленных листах из сплава 7075 толщиной более 33 мм могут достигать 230 МПа. В закаленных листах из сплава 6061 толщиной свыше 15 мм остаточные напряжения могут достигать «всего лишь» 90 МПа.
Почему возникают остаточные напряжения?
Остаточные напряжения возникают из-за неоднородного охлаждения изделия при закалке и связанного с этим неоднородного сокращения его размеров, что и вызывает коробление. Когда относительно толстые изделия погружают в закалочную водяную ванну, то поверхностные слои изделия охлаждаются первыми и поэтому сокращаются в размерах намного быстрее, чем его сердцевина. В то же время в начале охлаждения горячая сердцевина оказывает мало сопротивления сокращению размеров поверхностных слоев – мягкая сердцевина пластически деформируется под воздействием сжатия наружных слоев. Позднее в ходе закалки, однако, сердцевина тоже охлаждается и тоже «хочет» сократить свои размеры. Однако этому сокращению препятствуют уже холодные и относительно прочные наружные слои изделия.
Таким образом, внутри изделия образуются растягивающие остаточные напряжения потому что, материал здесь хочет сократить свои размеры, но не может этого сделать из-за сопротивления наружных слоев. Эти растягивающие напряжения во внутренних слоях изделия уравновешиваются сжимающими напряжениями вблизи его поверхности.
Остаточные напряжения в алюминиевых листах
На рисунке 2 показано распределение уравновешенных остаточных напряжений по толщине закаленного листа. Максимум сжимающих (отрицательных) напряжений достигается на обеих наружных поверхностях листа, а максимальные растягивающие остаточные напряжения возникают внутри листа – по центральной плоскости. Такое распределение остаточных напряжений характерно для простого случая полубесконечного листа (плиты). Для деталей менее правильной формы распределение остаточных напряжений будет намного более сложным.
Рисунок 2 – Пример уравновешенных остаточных напряжений
в алюминиевом толстом листе
Величины пиковых сжимающих и растягивающих остаточных напряжений в закаленном алюминиевом листе зависит от интенсивности закалки, толщины листа и уровня предела текучести сплава в закаленном состоянии. Обычно остаточные напряжения являются весьма не высокими в относительно тонких листах, но увеличиваются с ростом толщины и достигают предела текучести в закаленном состоянии алюминиевого сплава, из которого они сделаны, в очень толстых листах. Это происходит потому, что с увеличением толщины возрастает различие между температурой на поверхности листа и температурой в его сердцевине. Это приводит к более высоким остаточным напряжениям.
Если в ходе последующей механической обработки закаленного и состаренного листа материал удаляется асимметрично по отношению к распределению остаточных напряжений, то возникает коробление листа в виде его самопроизвольного прогиба.
Как избежать коробления?
Для снижения уровня остаточных напряжений в алюминиевых изделиях и предотвращения коробления деталей при их механической обработке могут в различной степени применяться четыре подхода.