Leikkauspalautuma ongelman ratkaiseminen autoteollisuuden muokkauksessa: 3 todistetut tekniikan menetelmää

TL;DR

Kimmoisan palautumisen ratkaiseminen autoteollisuuden muovauksessa edellyttää monitasoista teknistä lähestymistapaa, joka ylittää yksinkertaisen liiallisen taivutuksen. Tehokkaimmat strategiat yhdistävät geometrinen kompensointi (kuten pyörivä taivutus ja jäykisteet), jännitystasapainotus (käyttämällä jälkijännitystehosteita tavoitteen saavuttamiseksi 2 %:n vetojännityksellä), ja täysikierroksen FEA-simulointi ennustaa kimmoista palautumista ennen kuin terästä leikataan. Edistyneille korkean lujuuden teräksille (AHSS) on kriittistä hallita epätasainen jännitysjakauma levyn paksuussuunnassa, koska korkeammat myötölujuudet lisäävät eksponentiaalisesti sivuseinän kaareutumisen ja kulmanmuutoksen riskiä.

Kimmoisen palautumisen fysiikka: Kimmoisa palautuminen ja jännitysgradientit

Jotta palautuminen voidaan tehokkaasti ratkaista, on insinöörien ensin määritettävä sen aiheuttavan mekanismin suuruus. Palautuminen määritellään jännitysten epätasaisesta joustavasta palautumisesta muovatun osan sisällä, kun muovauskuorma poistetaan. Taivutuksen aikana levyt metalli kokee vetojännityksen ulomman säteen alueella ja puristusjännityksen sisemmän säteen alueella. Kun työkalut vapautetaan, nämä vastakkaiset voimat pyrkivät palaamaan tasapainotilaan, mikä aiheuttaa osan vääristymisen.

Tätä ilmiötä hallitsee materiaalin Youngin moduuli (kimmoisuusmoduuli) ja Taivutuslujuus . Kun myötölujuus kasvaa—mikä on yleistä AHSS-luokan teräksissä, kuten DP980:ssa tai TRIP-teräksissä—joustavan palautumisen määrä kasvaa merkittävästi. Lisäksi Bauschingerin ilmiö ja elastisen moduulien heikkeneminen muovisen muodonmuutoksen aikana tarkoittavat, että vakiomallien lineaarisissa simulointimalle ei usein onnistu ennustamaan tarkkaa palautumisen suuruutta. Tärkein insinöörin haaste ei ole heikentää elastisuutta vaan manipuloida stressitasoa niin, että palautuminen on ennustettavissa tai neutralisoitu.

Menetelmä 1: Prosessipohjainen korvaus (poltto- ja pino-korut)

Yksi tehokkaimmista keinoista puolustaa sivupäärien kihartoa erityisesti kanava-muotoisissa osissa on muuttaa elastisen rasituksen jakautumista jälkivenytys - Mitä? Tavoitteena on muuttaa sivusuunnan jännitystila sekoitetusta vetovoima- ja puristuskiihtyvyydestä tasaiseen vetovoima-otioihin koko paksuuden kautta.

Puun korujen käyttö

Toiminnan suuntaviivat, mukaan lukien WorldAutoSteelin suuntaviivat, suosittelevat, että 2 prosentin vetovoima - Sivuväylässä. Tämä saavutetaan usein käyttämällä pölykorut (tai lukkohelmat), jotka sijaitsevat työkalun liukupenkissä tai iskussa. Näiden helmojen aktivointi myöhässä puristusiskussa lukitsee metallin ja pakottaa sivuseinän venymään. Tämä siirtää neutraaliakselin pois levymetallista, tasaamalla tehokkaasti jännityseron ($Δσ$), joka aiheuttaa taipumisen.

Vaikka tehokkaita, lukkohelmat edellyttävät merkittävää voimatasoa ja vahvaa muottirakennetta. Materiaalitehokkaampi vaihtoehto on hybridihammas (tai piikkihammas). Hybridihammashelmat tunkeutuvat levymetalliin luodakseen aaltomaisen muodon, joka rajoittaa materiaalin virtausta, vaaditen alle 25 % perinteisten lukkohelmien pinta-alasta ja mahdollistaen pienemmät levin koot.

Aktiivinen liukupenkki-voiman säätö

Puristimille, joissa on edistyneet tyynyjärjestelmät, aktiivinen liukupenkki-voiman säätö tarjoaa dynaamisen ratkaisun. Paineen ollessa vakio, sitomusvoimaa voidaan säätää siten, että se kasvaa erityisesti iskun alaosassa. Tämä myöhäisvaiheen painehuippu tarjoaa tarvittavan seinämän jännitteen, joka vähentää kimpoamista aiheuttamatta kuitenkaan varhaisvaiheen pirstoutumista tai liiallista ohentumista.

Menetelmä 2: Geometriset ja työkaluratkaisut (ylitäyty ja pyörivä taonti)

Kun prosessiparametrit eivät yksinään pysty kompensoimaan korkean lujuuden omaavaa kimpoamista, on välttämätöntä tehdä fyysisiä muutoksia työkaluun ja osan suunnitteluun. Ylitauttaminen on yleisin menetelmä, jossa kuviota suunnitellaan siten, että osa taivutetaan tavoitekulman yli (esimerkiksi 92° 90° taivutusta varten), jolloin se kimpoaa takaisin oikeaan mittoihin.

Pyörivä taonti vs. liepeenpyyhkäisytyökalut

Erittäin tarkkojen AHSS-osien kohdalla, pyörähdyskaari on usein parempi kuin perinteiset rei'itönpoistomuotit. Pyörivät taivutuslaitteet käyttävät heiluria metallin taittamiseen, mikä eliminointaa suuren kitkan ja vetovoiman, jotka liittyvät pyyheliitteen. Tällä menetelmällä taivutuskulman säätö on helpompaa (usein vain heilurin shimmauksella), mikä mahdollistaa kompensoinnin tarkan säädön kokeilulla.

Jos rei'itönpoistomuotit ovat tarpeen, insinöörien tulisi käyttää puristevaa jännityksen superpositiota . Tämä tarkoittaa muotin säteen suunnittelua hieman pienemmäksi kuin osan säde, ja nokan takareliefiä käyttämistä. Tämä konfiguraatio nipottaa materiaalia säteen kohdalla, aiheuttaen muovisen muodonmuutoksen (puristevan myötämisen), joka hiljentää kimmoisen palautumisen. Huomaa, että tämä menetelmä vaatii tarkan säädön, jotta vältetään halkeamat korkealuokkaisissa teräksissä.

Suunnittele jäykisteet

Geometria itsessään voi toimia stabiloimena. Lisää jäykisteitä , kuten askelletut liitokset, neulat tai saumat taivutusviivan yli, voivat lukita kimmoiset muodonmuutokset ja merkittävästi lisätä poikkileikkauksen vastusmomenttia. Esimerkiksi standardin 90 asteen hatun poikkileikkauksen korvaaminen kuusikulmaisella poikkileikkauksella voi luonnostaan vähentää sivuseinän kiepahdusta jakamalla taivutusjännitykset suotuisammin.

Menetelmä 3: Simulointi ja täydellinen syklin FEA

Nykyajan ponnahtamisen hallinta perustuu voimakkaasti Äärellisen elementtianalyysiä (FEA) . Kuitenkin yleinen virhe on simuloida vain vetämistoiminto. Tarkka ennustaminen edellyttää Täydellistä syklin simulointia , joka sisältää vetämisen, leikkaamisen, rei'ittämisen ja taivutuksen.

AutoFormin tutkimus osoittaa, että toissijaiset toiminnot vaikuttavat merkittävästi lopulliseen ponnahtamiseen. Esimerkiksi leikkausvaiheessa niveltävät ja leikkaavat voimat voivat aiheuttaa uusia plastisia muodonmuutoksia tai vapauttaa jäännösjännityksiä, jotka muuttavat osan muotoa. Simuloinnin luotettavuuden saavuttamiseksi insinöörien on:

• Käytettävä edistyneitä materiaalikortteja, jotka ottavat huomioon kinemaattisen kovettumisen (Yoshida-Uemori -malli).
• Simuloi työkalun sulkeminen ja kiinnikkeiden vapautumisjärjestys.
• Huomioi painovoiman vaikutukset (kuinka osa asettuu tarkastusjäädykkeeseen).

Simuloimalla kompensoitu pinta ennen muottien konepitoa valmistajat voivat vähentää fyysisten uusintakierrosten määrää 5–7:stä 2–3:een.

Yhdistämällä simulointi ja tuotanto

Vaikka simulointi tarjoaa suunnitelman, fyysinen validointi säilyy viimeisenä esteenä. Siirtymisessä digitaalisesta mallista fyysiseen vaivatukseen – erityisesti skaalatessa protosta massatuotantoon – vaaditaan valmistajakumppania, joka pystyy toteuttamaan näitä monimutkaisia kompensointistrategioita. Yritykset kuten Shaoyi Metal Technology erikoistuvat tämän aukon sulkemiseen. IATF 16949 -sertifioiduilla ja 600 tonniin asti ulottuvilla painovoimakapasiteeteillaan ne voivat validoida työkaluratkaisut kriittisiin komponentteihin kuten ohjausvarsissa ja aliohjaimissa, takaamalla että teoreettinen kompensointi vastaa todellista tuotantolattian tilannetta.

Vertailu kompensointistrategioista

Oikean menetelmän valinta riippuu osan geometriasta, materiaalilaadusta ja tuotantomäärästä. Alla oleva taulukko vertailee ensisijaisia lähestymistapoja.

Johtopäätös

Jousieffektin ratkaiseminen ei tarkoita fysiikan lakien poistamista, vaan niiden hallitsemista. Yhdistämällä geometrista ylikäyntiä prosessipohjaiseen jälkivenytysvaiheeseen ja varmentamalla tulokset tiukalla täyden syklin simuloinnilla autoteollisuuden insinöörit voivat saavuttaa tiukat toleranssit, myös ennustamattomilla AHSS-laatuluokilla. Avain on jännitystasapainon huomioimisessa jo suunnittelun alkuvaiheessa eikä tukeutumisessa pelkästään koekäyttökorjauksiin.

UKK

1. Miksi jousieffekti on voimakkaampaa kehittyneissä korkean lujuuden teräksissä (AHSS) verrattuna pehmeään teräkseen?

Springback on suoraan verrannollinen materiaalin myötölujuuteen. AHSS-luokat omaavat merkittävästi korkeampia myötölujuuksia (usein 590 MPa:sta yli 1000 MPa:aan) verrattuna pehmeään teräkseen. Tämä tarkoittaa, että ne voivat varastoida enemmän kimmoenergiaa muodonmuutoksen aikana, mikä johtaa suurempaan palautumisen määrään (springback) kun työkalusta poistetaan kuormitus. Lisäksi AHSS usein osoittaa suurempaa kovettumista muovauksessa, mikä entistä vaikeuttaa jännitysjakaumaa.

2. Mikä on ero kulmanmuutoksen ja sivuseinän kiepahduksen välillä?

Kulmanmuutos viittaa taivutuskulman poikkeamaan (esimerkiksi 90° taivutus avautuu 95°) aiheutuen yksinkertaisesta kimmoisesta palautumisesta taivutussäteellä. Sivuseinän kaartuminen on tasaisen sivuseinän kaarevuutta itse asiassa, joka johtuu jäännösjännityserosta levyjen kerrosten välillä. Vaikka kulmanmuutoksen usein voidaan korjata ylitaivuttamalla, sivuseinän kiepahdusta tyypillisesti vaatii jännityspohjaisia ratkaisuja kuten jälkijännitystä (tukipalkit) korjatakseen.

3. Voiko sidurin voiman lisääminen poistaa kimpoamisen?

Sidurin voiman yleinen lisääminen harvoin riittää eliminoimaan kimpoamisen korkealujuusmateriaaleissa, ja se voi johtaa puhkeamiseen tai liialliseen ohentumiseen. Kuitenkin aktiivinen liukupenkki-voiman säätö —jossa painetta lisätään erityisesti iskun lopussa—voi tehokkaasti luoda tarvittavan sivuseinän jännitteen (jälkivenytys) vähentääkseen kimpoamista muovautuvuuden heikkenemättä alkuperäisessä syvävetossa.