Накратко

Отскокът е еластичното възстановяване на листовия метал след формоването, което може да доведе до размерни неточности в готовите части. Предотвратяването му изисква комплексен подход. Основни стратегии включват механични компенсационни техники като прекалено огъване (огъване зад целевия ъгъл), коване (прилагане на високо налягане върху огъваната част) и последващо разтегляне, което използва елементи като напречни гребени за създаване на напрежение и стабилизиране на детайла. Напреднали методи включват оптимизиране на инструментите, използване на метода на крайните елементи (FEA) при проектирането на матрици и внимателен подбор на материала, за да се намали естествената склонност на материала да се връща в първоначалната си форма.

Разбиране на основните причини за отскока

При штамповането на листови метали, пружинен ефект е геометричната промяна, която детайл претърпява след освобождаване на формовъчното налягане. Това явление произлиза от основните свойства на метала. Когато се огъне лист, той изпитва както постоянна (пластична), така и временна (еластична) деформация. Външната повърхност се разтяга под напрежение на опън, докато вътрешната повърхност е компресирана. След като инструментът бъде премахнат, запазената еластична енергия се освобождава, което кара материала частично да се върне към първоначалната си форма. Този отскок е пружинният ефект, който може да доведе до значителни отклонения от проектните спецификации.

Няколко ключови фактора директно влияят върху тежестта на пружинния ефект. От първостепенно значение са свойствата на материала; метали с високо отношение на граница на пластичност към модул на Юнг, като напредналите високопрочни стомани (AHSS), съхраняват повече еластична енергия и следователно проявяват по-изразен пружинен ефект. Както се посочва в техническия наръчник на ETA, Inc. , това е основната причина, поради която съвременните материали за облекчаване на теглото създават по-големи производствени предизвикателства. Дебелината на материала също има значение, тъй като по-дебелите листове обикновено показват по-малко остатъчно разгъване поради по-големия обем, претърпяващ пластична деформация.

Геометрията на детайла е друг важен фактор. Компонентите с големи радиуси на огъване, сложни криви или остри ъгли са по-податливи на остатъчно разгъване. Накрая, параметрите на процеса – включително налягането при штамповка, характеристиките на матрицата и смазването – всички допринасят за окончателната форма. Лошо проектирана матрица или недостатъчно налягане могат да попречат напълно да се оформи материала, което води до прекомерно еластично възстановяване. Разбирането на тези първоначални причини е първата стъпка към внедряването на ефективни стратегии за предотвратяване и компенсация.

Основни техники за компенсация: Преогъване, Калибриране и Последващо разтегляне

За да се противодейства на еластичното възвръщане, инженерите прилагат няколко добре установени механични метода. Тези методи работят или чрез компенсиране на очакваната промяна в размерите, или чрез промяна на напрегнатото състояние в материала, за да се минимизира еластичното възстановяване. Всеки метод има специфични приложения и компромиси.

Преогъване е най-интуитивният подход. Заключава се в преднамерено оформяне на детайла под по-остър ъгъл от необходимия, като се предвижда, че той ще се върне до правилния крайни размер. Макар и прост по концепция, често изисква значителен опит и проби за постигане на съвършенство. Монетарен , известно още като дънообразуване или заклепване, включва прилагането на много висока компресионна сила в радиуса на огъване. Това интензивно налягане пластично деформира зърнестата структура на материала, закрепвайки завинаги огъва и рязко намалявайки еластичните деформации, които причиняват еластично възвръщане. Въпреки това, класоването може да разреди материала и изисква по-висока мощност на пресата.

Пост-изтегляне е изключително ефективен метод за контролиране на ъгловите промени и огъването на страничната стена, особено при сложни части, изработени от AHSS. Както е описано от AHSS Guidelines , тази техника прилага напрежение в равнината към детайла след основната операция по формоване. Това често се постига чрез елементи, наречени stake beads в матрицата, които заключват фланеца и разтеглят страничната стена на детайла поне с 2%. Това действие променя разпределението на напреженията от смес от опънни и компресионни сили до почти изцяло опънни, което значително намалява механичните сили, предизвикващи спрингбек. Резултатът е по-стабилна детайл по отношение на размерите.

Сравнение на основните методи за компенсиране на спрингбек

Напреднали стратегии: проектиране на инструменти и оптимизация на процеса

Освен методите за директна компенсация, важна е и превантивната предпазливост чрез интелигентно проектиране на инструменти и процеси за управление на възвръщането след деформация, особено при трудни материали като AHSS. Конструкцията на матрицата сама по себе си е мощен инструмент. Параметри като разстояние между матрици, радиус на пуансона и използването на тегловни гребени трябва да бъдат внимателно оптимизирани. Например, по-малкото разстояние между матрици може да ограничи нежеланото огъване и разгъване, което помага за минимизиране на възвръщането след деформация. Въпреки това, прекалено остри радиуси на пуансона могат да увеличат риска от срязващи пукнатини при високопрочните материали.

Съвременното производство все повече разчита на симулации, за да предотвратява проблемите с възстановяването на формата. Компенсацията при проектиране на матрици, базирана на метода с крайни елементи (FEA), е сложен подход, при който се симулира целият процес на штамповане, за да се предвиди с точност възстановяването на крайната форма на детайла. Тези данни след това се използват за модифициране на геометрията на матрицата, като се създава компенсирана работна повърхност. Матрицата умишлено формира „неправилна“ форма, която след отрязването се възстановява в точно желаната геометрия. Този базиран на симулация подход значително намалява скъпата и отнемаща време фаза на физически проби. Водещи производители на персонализирани инструменти, като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , използват напреднали CAE симулации, за да предлагат високоточни автомобилни штампи, които от самото начало отчитат тези сложни поведения на материалите.

Друга напреднала стратегия е оптимизацията на процеса. Горещото щанцоване, или пресово закаляване, е трансформиращ процес, който по принцип елиминира отскока при деформиране. При този метод стоманена заготовка се нагрява до над 900°C, оформя се и след това бързо се охлажда в матрицата. Този процес създава напълно закалена мартенситна микроструктура, резултираща в ултра високопрочна детайл с практически нулев отскок. Въпреки че е изключително ефективен, горещото щанцоване изисква специализирано оборудване и има по-дълги цикли в сравнение със студеното щанцоване. Други корекции в процеса, като активен контрол на силата на прищипа, позволяват променливо налагане на налягане по време на хода на пресата, създавайки ефект на последващо разтегляне за стабилизиране на детайла без нужда от физически ограничители.

Ролята на продуктовото проектиране и избора на материали

Борбата срещу еластичното възвръщане започва още преди изработването на матрицата — тя започва с проектирането на продукта и избора на материала. Геометрията на самата детайл може да бъде проектирана така, че да осигурява съпротивление срещу освобождаването на еластични напрежения. Както пояснява EMD Stamping, избягването на рязките промени във формата може да намали склонността към откат. Освен това, включването на засилващи елементи като дартове, вертикални гребени или стъпаловидни фланци може механично да „заключи“ еластичните деформации в детайла, предотвратявайки деформирането му след оформянето. Тези елементи добавят огъваемост и помагат за запазване на желаната форма.

Например, добавянето на вертикални ребра към страничните стени на U-образна част може значително да намали както ъгловите промени, така и огъването, като усилва конструкцията. Указанията за AHSS предоставят примери за това при автомобилни компоненти като стойки B и усилване на предни релси. Въпреки това, проектиращите трябва да имат предвид компромисите. Докато тези елементи фиксират еластичните деформации, те също създават остатъчни напрежения в детайла. Тези напрежения могат да се освободят по време на последващи операции като рязане или заваряване, което потенциално може да причини нови деформации. Поради това е от съществено значение да се симулира целият производствен процес, за да се предвидят тези последващи ефекти.

Изборът на материал е първоначалната стъпка. Избирането на материал с по-ниска еластичност или по-висока формируемост по своята същност може да намали проблемите с възвръщането след деформация. Въпреки че стремежът към намаляване на теглото често изисква използването на високопрочни стомани, разбирането на свойствата на различните класове е от съществено значение. Сътрудничеството с доставчици на материали и използването на данни за формируемост могат да помогнат на инженерите да изберат материал, който балансира изискванията за якост с възможностите за производство, като така се осигури по-предсказуем и контролируем процес на штамповка.

Често задавани въпроси

1. Как да се избегне ефектът на връщане при листов метал?

За да се избегне ефектът на връщане, могат да се използват няколко техники. Подлагането на радиуса на огъване на високо компресионно напрежение чрез коване или дънене пластично деформира материала, за да се минимизира еластичното възстановяване. Други методи включват преогъване, прилагане на следформуващо напрежение (следващо разтегляне), оптимизиране на дизайна на матрицата с подходящи междинни пространства и радиуси и в някои случаи използване на топлина по време на процеса на формоване.

2. Как може да се минимизира връщането?

Връщането може да се минимизира чрез избор на подходящи материали с по-ниска граница на овластване, проектиране на детайли с елементи, които увеличават твърдостта (като гофрирания или фланци) и оптимизиране на процеса на щанцоване. Основни корекции в процеса включват използването на техники като преогъване, коване и осигуряване пълното оформяне на детайла. Напреднали методи като активен контрол на силата на прихващане и използване на симулации за създаване на компенсирани инструменти също са изключително ефективни.

3. Какво причинява връщането?

Възстановяването по еластичност се дължи на еластичното възстановяване на материала след операция по формоване. Когато металът се огъва, той претърпява както пластична (постоянна), така и еластична (временно) деформация. Вътрешните напрежения, възникнали по време на формоването — опън от външната повърхност и натиск от вътрешната повърхност — не се отстраняват напълно. Когато инструментът за формоване бъде премахнат, тези остатъчни еластични напрежения причиняват материалът частично да се върне към първоначалната си форма.

4. Какво представлява правилото 4T за ламарина?

Правилото 4T е насоки за проектиране, използвани за предотвратяване на деформации или пукнатини в близост до огъванията. Според него всеки елемент, като отвор или процеп, трябва да бъде разположен на разстояние най-малко четири пъти по-голямо от дебелината на материала (4T) от линията на огъване. Това гарантира, че материала около елемента няма да бъде ослабен или деформиран от напреженията при операцията по огъване.