A rugóhatás kezelése autóipari mélyhúzás során: 3 bevált mérnöki módszer

TL;DR

Az autóipari nyomtatásban a visszalépés megoldása több rétegű mérnöki megközelítést igényel, amely túlmutat a egyszerű túlhajlással. A leghatékonyabb stratégiák a geometriai kompenzáció (például forgási hajlító és merevítő anyagok), stressz kiegyenlítése (a terhelés utáni szálszálok használata a célzott 2%-os húzóerőt eléréséhez), és teljes ciklusú FEA-szimuláció az acél vágása előtt az elasztikus visszanyerés előrejelzése. A fejlett nagyszilárdságú acélok esetében (AHSS) a nem egyenletes feszültségeloszlás kezelése a lapvastagságon keresztül kritikus, mivel a magasabb hozamtartalom exponenciálisan növeli a oldalfal görbülésének és a szögváltozásnak a lehetőségét.

A Springback fizika: Elasztikus helyreállás és stressz gradiensek

A rugalmas visszacsapódás hatékony kezeléséhez az első lépés a mögöttes mechanizmus mennyiségi meghatározása. A rugalmas visszacsapódás alatt a sajtolt alkatrészben nem egyenletesen eloszló feszültségek rugalmas visszahajlását értjük a kialakító terhelés megszűnését követően. Hajlítás során a lemez anyaga húzófeszültségnek van kitéve a külső rádiusz mentén, és nyomófeszültségnek a belső rádiusz mentén. Amikor az eszközök elengedik az alkatrészt, ezek ellentétes erők egyensúlyi állapotba igyekeznek visszatérni, ami az alkatrész torzulását okozza.

Ez a jelenség az anyag Young-modulus (rugalmassági modulus) és Nyomás erőteljesége . Ahogy a folyáshatár növekszik – ami gyakori az AHSS minőségeknél, mint például a DP980 vagy TRIP acélok –, a rugalmas visszahajlás mértéke jelentősen megnő. Továbbá a Bauschinger-hatás és az alakváltozás során fellépő rugalmassági modulus csökkenése miatt a szabványos lineáris szimulációs modellek gyakran nem képesek pontosan előrejelezni a visszahajlás mértékét. A mérnöki feladat nem az, hogy megszüntesse a rugalmasságot, hanem hogy úgy manipulálja a feszültséggradienst, hogy a visszahajlás megjósolható vagy semlegesített legyen.

1. módszer: Folyamaton alapuló kompenzáció (Utóhúzás és rögzítőbordák)

Az egyik legerősebb módszer a oldalfal görbületének semlegesítésére – különösen csatorna alakú alkatrészek esetén – az alakváltozási eloszlás megváltoztatása utó-nyújtás . A cél az, hogy az oldalfal feszültségállapotát a teljes vastagságon átmenő vegyes húzó-nyomó gradiensről egy egységes húzó állapotra változtassuk.

Rögzítőbordák alkalmazása

A WorldAutoSteel és más iparági irányelvek azt javasolják, hogy síkbeli húzóerőt kell alkalmazni, amely legalább 2% húzóalakváltozást eredményez az oldalfalban. Ezt gyakran rögzítőbordák (vagy zárgyöngyök) a ürestartóban vagy a tömőn található. A nyomtatás végén a tömőkötőket behelyezve a folyamat lezárja a fémt, és a oldalfal meghúzódásra kényszerül. Ez a váltás a semleges tengelyet kihúzza a lemezből, hatékonyan kiegyenlítve a görbületet hajtó feszültségkülönbözetet ($Δσ$).

A karikák hatékonyak, de jelentős tonnatartalmúak és robusztusak. A szerszámhatékonyabb alternatívát a hibridgyöngy (vagy szikrázó gyöngy). A hibrid gyöngyök áthatolnak a lábmetálozáson, hogy hullámformát hozzanak létre, amely korlátozza az áramlást, és a hagyományos szögesgyöngyök felszíni területének kevesebb mint 25% -át igényli, és kisebb üres méreteket tesz lehetővé.

Aktív kötőerő-szabályozás

A fejlett párnás rendszerrel felszerelt nyomógépek esetében: aktív kötőerő-szabályozás dinamikus megoldást kínál. A folyamatos nyomás helyett a kötőerő profilja a stroke alján kifejezetten növekedhet. Ez a késő stádiumi nyomáscsúcs biztosítja a szükséges falfeszültséget a nyár visszaállásának csökkentéséhez, anélkül, hogy a korai stádiumban feloszlást vagy túlzott vékonyságot okozna.

2. módszer: Geometriai és szerszámkészítési megoldások (túlhajítás és forgási hajlítás)

Ha a folyamatparaméterek önmagukban nem tudják kompenzálni a nagy szilárdságú rugalmas visszanyerést, a szerszám és a alkatrész tervezésének fizikai módosítása szükséges. Túlhajlítás a leggyakoribb módszer, amikor a matricát úgy tervezték, hogy a részt a célszögön túlra hajtsák (pl. 90°-os görbítés esetén 92°-ra), így visszaálljon a megfelelő méretre.

A rotációs hajlítás és a flánc törölőszemcsék

A nagy pontosságú AHSS alkatrészek esetében forgó hajlítás a szűrő gyakran jobb, mint a hagyományos szűrő. A forgógörbülők egy hintászárat használnak a fém összehajtására, ami megszünteti a magas súrlódást és a húzóterhelést, ami a törlőcipőhöz kapcsolódik. Ez a módszer lehetővé teszi a görbükről való könnyebb beállítást (gyakran egyszerűen a hintóval) a kompenzáció beállítására a kipróbálás során.

Ha a flánc törölő öltözködési szükség van, mérnökök alkalmazni kell tömörítő feszültség-tárgyalás - Nem. Ez magában foglalja a formázás sugárterületének egy kicsit kisebbnek tervezését, mint a alkatrész sugárterülete, és a nyomás hátralevő felszerelését. Ez a konfiguráció a fényt a sugárban szorítja, ami műanyag deformációt (összeomlót) okoz, ami elhalványítja az elasztikus helyreállítást. Megjegyzendő, hogy ez a módszer pontos ellenőrzést igényel a magasabb minőségű acélok repedésének elkerülése érdekében.

Tervezési merevítők

A geometria stabilizátorként működik. Hozzáadás keményítő , mint például lépéscsíkok, dartok vagy gyöngyszemek a görbüvényvonalon át, "megzárhatják" az elasztikus töredékeket, és jelentősen növelhetik a vágási modulust. Például egy standard 90 fokos sapka szekció hesszögletű keresztmetszettel történő cseréje eredendően csökkentheti a oldalfal görbületét a hajlítási feszültségek kedvezőbb elosztásával.

3. módszer: Szimuláció és teljes ciklusú FEA

A modern springback menedzsment nagymértékben a Véges elemes analízissel (FEA) - Nem. A leggyakoribb hiba azonban csak a rajz műveletének szimulálása. A pontos előrejelzéshez Teljes ciklus szimulációja ez magában foglalja a rajzolást, a vágást, a lyukat és a fülbecsapást.

Az AutoForm kutatásai rámutatnak, hogy a másodlagos műveletek jelentősen befolyásolják a végső visszahúzódást. Például a vágás során a szorító és vágó erők új műanyag deformációkat okozhatnak, vagy olyan maradék feszültségeket bocsátanak ki, amelyek megváltoztatják a alkatrész alakját. A szimuláció megbízhatóságának elérése érdekében a mérnököknek:

• Használjon olyan fejlett anyagkártyákat, amelyek figyelembe veszik a kinematikus keményedést (Yoshida-Uemori modell).
• A szimuláció a szerszám bezárásának és a kötőanyag felszabadításának szekvenciáit mutatja be.
• A vizsgálatot a következők alapján kell elvégezni:

A mérőműszer megmunkálása előtt a kompenzált felület szimulálásával a gyártók 5-7-ről 2-3-ra csökkenthetik a fizikai visszavágási hurok számát.

A szimuláció és a gyártás összekapcsolása

Míg a szimuláció nyújt utat, a fizikai validáció továbbra is a végső akadály. A digitális modellből a fizikai nyomtatásba való átállás - különösen a prototípusból a tömeggyártásba való méretezés során - olyan gyártási partnerre van szükség, aki képes végrehajtani ezeket a bonyolult kompenzációs stratégiákat. A vállalatok, mint Shaoyi Metal Technology specializálódott a szakadék áthidalására. Az IATF 16949 tanúsítással és a 600 tonnáig terjedő nyomtatási kapacitással a gyártók hitelesíthetik a kritikus alkatrészekhez kapcsolódó szerszámtervezéseket, mint például a vezérlőkarok és alkeret, biztosítva, hogy az elméleti kompenzáció megfeleljen a valóságnak a gyárban.

A kompenzációs stratégiák összehasonlítása

A megfelelő módszer kiválasztása a alkatrész geometriájáról, anyagminőségéről és gyártási mennyiségétől függ. Az alábbi táblázat összehasonlítja az elsődleges megközelítéseket.

Összegzés

A Springback megoldása nem a fizika törvényeinek megszüntetéséről szól, hanem a megbirkózásukról. A geometriai túlhajlás kombinálásával a folyamat által vezérelt kiterjesztés utáni és a szigorú teljes ciklusú szimulációval történő eredményellenőrzéssel az autóipari mérnökök még kiszámíthatatlan AHSS minősítéssel is szoros tűrést érhetnek el. A kulcs az, hogy a tervezési fázisban már a stressz kiegyenlítése kezelhető, ahelyett, hogy kizárólag a kipróbálási korrekciókra támaszkodnánk.

GYIK

1. A Miért súlyosabb a nyers visszaütés a fejlett nagyszilárdságú acélban (AHSS) a enyhe acélhoz képest?

A visszahúzódás közvetlenül arányos az anyag szilárdságával. Az AHSS-minőségek jelentősen nagyobb szilárdságúak (gyakran 590 MPa-tól 1000 MPa-ig) a lágy acélhoz képest. Ez azt jelenti, hogy a deformáció során nagyobb rugalmas energiát tudnak tárolni, ami nagyobb mértékű visszanyerést eredményez (springback), amikor a szerszámterhelés felszabadul. Ezenkívül az AHSS gyakran nagyobb munka keményedést mutat, ami tovább bonyolítja a feszültségeloszlást.

2. A Mi a különbség a szögváltozás és a oldalfal görbülése között?

Szögeltérés a görbület szögének eltérésére utal (pl. 90°-os görbület 95°-ig nyitva) a görbület sugáránál történő egyszerű rugalmas visszaállítással. Oldalfal görbülés a sík oldalfal saját görbülése, amelyet a lemez vastagságának rétegei közötti maradékfeszültség különbség okoz. Míg a szögváltozás gyakran meg lehet javítani az áthajolással, a oldalfal-görbület általában feszültség-alapú megoldásokat igényel, mint például a meghúzás utáni (szálgyöngyök) megoldása.

3. A A kötőerő növelése kiküszöbölheti a visszaugrást?

A kötőanyagok teljes erősségének növelése ritkán elég ahhoz, hogy a nagy szilárdságú anyagokból kivonják a visszacsapást, és a szétválasztáshoz vagy a túlzott vékonysághoz vezethet. De... aktív kötőerő-szabályozás ha a nyomás kifejezetten a csapás végén növekszikhatékonyan alkalmazhatja a szükséges oldalsó feszültséget (post-stretch), hogy csökkentse a tapadást, anélkül, hogy a kezdeti húzás során veszélyeztetné a formálhatóságot.