Упругость и пластичность листовой стали

При изготовлении кузова легкового автомобиля сваривают множество деталей из листовой стали. Одни из них, например панели крыши или дверей, мало изогнуты, другие, такие как пороги дверей или лонжероны, имеют гораздо более сложную конфигурацию. Если рукой нажать на середину панели крыши, она прогнется без особо большого усилия, но лишь до определенной  глубины. После прекращения нажатия произойдет упругое восстановление первоначальной формы крыши. Ее края, напротив, деформировать таким способом не удастся.

Каковы причины, лежащие в основе разного поведения одного и того же материала? Листовая сталь кузова сохраняет приданную ей форму благодаря наличию в ней внутренних напряжений. До тех пор пока эти напряжения будут превышать приложенное извне усилие, всегда будет наблюдаться упругое восстановление первоначальной формы: следовательно, материал – в данном случае панели крыши – обладает упругостью. Приложение более высокого усилия, превышающего величину внутренних напряжений, вызовет необратимую деформацию материала, и после прекращения воздействия силы лист сохранит новую форму. Впрочем, материал при этом не разрушится, а новая форма также будет обладать упругостью. Теперь, правда, будет не так легко изменить эту вновь приобретенную форму или вернуть листу прежнюю конфигурацию, поскольку внутренние напряжения стали выше. Таким образом, за счет придания листовой стали той или иной формы ее жесткость повышается. Именно по этой причине края панели крыши невозможно деформировать рукой. Способность листа деформироваться и связанное с ней повышение жесткости имеют допустимые пределы. Если часто или слишком сильно деформировать материал, произойдет его разрушение.

Вышеизложенное можно резюмировать следующим образом:

·                     листовая сталь кузова сохраняет упругость до тех пор, пока прилагаемое к ней усилие не превысит допустимой величины;

·                     листовая сталь после превышения предела упругого сопротивления начинает деформироваться пластично;

·                     любое пластическое деформирование приводит к увеличению в нем дополнительных внутренних напряжений;

·                     часто повторяемое пластическое деформирование приводит к разрушению материала.

Каким образом эти свойства связаны с поведением листовой стали при деформировании кузова и последующем восстановлении первоначальной формы? Когда на поверхности листовой стали в результате удара происходит образование вмятины, на границе перехода от нее к сохранившейся без изменения поверхности возникает зона сжатия (накопления материала), в то время как в остальной части вмятины образуются зоны растяжения.

Если отбить вмятину посередине, листовой материал в зонах растяжения немедленно покоробится. Это означает, что в результате каждого удара молотка будет происходить образование новых зон растяжения и сжатия. Чем больше возникнет таких зон, тем менее контролируемо будет происходить выравнивание поверхности. Поэтому при рихтовке поверхности нужно стремиться к тому, чтобы имеющиеся зоны растяжения/сжатия разрушились, а новые не могли образоваться, то есть рихтовку всегда следует осуществлять от краев вмятины к ее середине. Чтобы обеспечить выравнивание напряжений в материале, ударам рихтовочного молотка всегда следует подвергать большую поверхность.

В определенных ситуациях не удается восстановить первоначальную форму с помощью только молотка. Например, стальной лист на большой площади вокруг вмятины может настолько сильно пружинить, что удары молотком окажутся неэффективны, а увеличение силы этих ударов приведет лишь к образованию дополнительных неровностей. В подобных случаях говорят: молоток «не вытягивает». Ограниченные по силе и эффективные удары можно наносить, лишь подставив с обратной стороны листа опору. В связи с этим для выравнивания кузова почти всегда используют два инструмента: рихтовочный молоток и контропору.

Итак, рихтовка листовой стали имеет следующие принципиальные особенности:

·                     деформация листового материала сопровождается образованием зон растяжения и сжатия;

·                     при устранении вмятин следует избегать образования дополнительных зон напряжения, поэтому рихтовку следует осуществлять от краев вмятины к ее центру;

·                     чтобы рихтовочным молотком можно было наносить ограниченные по силе удары по нежестким поверхностям панелей кузова, используется контропора.

◄Вернуться в раздел статьи