Svarbiausi aukštos stiprybės plieno formų projektavimo metodai

TRUMPAI

Konstruojant formas didelės stiprybės plieno (DSP) štampavimui, reikia visiškai kito požiūrio nei minkštam plienui. DSP unikalios savybės, tokios kaip didelis temptinis stipris ir sumažėjusi formuojamumas, sukelia didelių sunkumų, pavyzdžiui, padidėjusį atsitraukimą ir didesnes štampavimo jėgas. Sėkmė priklauso nuo itin patikimų formų konstrukcijų kūrimo, pažangių nusidėvėjimui atsparių įrankių medžiagų ir dangų parinkimo bei formavimo simuliacijos programinės įrangos naudojimo problemoms numatyti ir išspręsti dar prieš pradedant gamybą.

Pagrindiniai iššūkiai: kodėl DSP štampavimui reikalinga specializuota formų konstrukcija

Aukštos stiprybės plienai (HSS) ir pažangūs aukštos stiprybės plienai (AHSS) yra pagrindiniai šiuolaikinės gamybos, ypač automobilių pramonės, elementai, naudojami kuriant lengvus, bet saugius transporto priemonių korpusus. Tačiau jų geresnės mechaninės savybės sukelia sudėtingumų, dėl kurių tradicinė įrankių konstrukcija tampa nepakankama. Skirtingai nuo minkšto plieno, HSS pasižymi žymiai didesniu tempimo stipriu, kai kurių rūšių viršijant 1200 MPa, kartu turint mažesnį pailgėjimą arba tempiamumą. Būtent šis derinys yra pagrindinis veiksnys, lemiantis unikalias HSS formavimo sunkumus.

Pagrindinė problema yra atsitraukimas, t. y. medžiagos tamprusis grįžtamas po formavimo. Dėl didelio takumo ribos HSS linkęs labiau grįžti į pradinę formą, todėl sunku pasiekti galutinio gaminio matmenų tikslumą. Tai reikalauja specialių įrankių procesų, kuriuose taikomas perlenkimas arba postūmio ištempimas kompensuoti. Be to, HSS formavimui reikalinga didžiulė jėga sukelia ekstremalią įtampą įrankio konstrukcijai, dėl ko greitėja nusidėvėjimas ir padidėja pavojus, kad įrankis anksčiau laiko sugestų, jei jis nesukonstruotas išlaikyti šių apkrovų. Pagal Aukštos stiprybės plieno štampavimo projektavimo vadovą , procesas, kuris veikia minkštam plienui, ne visada duoda priimtinus rezultatus HSS, dažnai sukeliant defektus, tokius kaip plyšiai, įtrūkimai ar rimta matmenų nestabilumas.

Šie medžiagų savybių skirtumai reikalauja visiškai peržiūrėti įrankių konstravimo procesą. Reikalinga didesnė jėga ne tik veikia presų pasirinkimą, bet taip pat nulemia tvirtesnį įrankių konstrukciją. Didesnio stiprumo plieno mažesnis formuojamumas reiškia, kad detalių projektuotojams reikia glaudžiai bendradarbiauti su įrankių inžinieriais, kad būtų sukurtos geometrijos su laipsniškesniais pereinamaisiais ir tinkamais spinduliais, siekiant išvengti medžiagos gedimo štampuojant. Be specializuoto požiūrio gamintojai susiduria su brangiais bandymų ir klaidų ciklais, prasta detalės kokybe bei pažeistais įrankiais.

Aukštos stiprybės plienų (HSS/AHSS) formų konstravimo pagrindiniai principai

Norint kompensuoti didžiules jėgas ir kontroliuoti HSS unikalų elgseną, įformos konstrukcija turi būti išskirtinai patvari. Tai reiškia ne tik daugiau medžiagos naudojimą; čia svarbus strateginis požiūris į standumą, jėgų pasiskirstymą ir medžiagos tekėjimo kontrolę. Pagrindinis tikslas – sukurti tokį įformą, kuris atlaikytų apkrovas be linkio, nes net menkas lankstymasis gali sukelti matmenų netikslumus ir nestovų detalių kokybę. Dažnai tai reiškia sunkesnius įformų rinkinius, storesnes plokštes ir sustiprintas vedančiąsias sistemas, kad būtų užtikrintas tikslus dermės ir ertmės išdėstymas per visą presavimo eigą.

Medžiagų srauto valdymas yra dar vienas svarbus konstrukcinio dizaino aspektas. Savybės, kurios yra neprivalomos ar mažiau svarbios minkštam plienui, tampa būtinos HSS atveju. Pavyzdžiui, traukimo juostelės turi būti kruopščiai suprojektuotos ir tinkamai išdėstytos, kad tiksliai reguliuotų medžiagos judėjimą, užkirstų kelią raukšlėms ar plyšiams. Kai kuriuose pažangiuose procesuose į formą pridedamos tokios savybės kaip „lockstep“, siekiant sąmoningai ištempti detalės šonines sienas beveik pasiekus presavimo eigos pabaigą. Ši technika, vadinama post-stretching arba „shape-setting“, padeda sumažinti liekanines įtempius ir žymiai sumažinti atsitraukimą.

Šių sudėtingų įrankių projektavimas ir gamyba reikalauja gilio ekspertinio žinio. Pavyzdžiui, lyderiai šioje srityje, tokie kaip Shaoyi Metal Technology specializuojasi pritaikytų automobilių štampavimo formų kūrimu, naudodami pažangias CAE simuliacijas ir projekto valdymą, kad teiktų aukštos tikslumo sprendimus OEM gamintojams. Jų darbas, kuriant progresyvias formas HSS, įtraukiant daugelio formavimo stotelių dizainą, turi būti kruopščiai suplanuotas, atsižvelgiant į darbo sukietėjimą ir atsitraukimą kiekviename etape. Daugiastotelės progresyvios formos struktūra HSS yra žymiai sudėtingesnė ir turi būti suprojektuota taip, kad išlaikytų kaupiamąsias apkrovas visose operacijose.

Pagrindinis HSS formų konstrukcijos patikros sąrašas

• Stiprinti formų rinkiniai: Naudoti storesnes, aukštesnės kokybės plieno plokštes formos padui ir smeigiams, kad būtų išvengta lenkimosi.
• Patikima vedimo sistema: Taikyti didesnius vedimo strypus ir įvoręs, o didelėms apkrovoms svarstyti slėgiu tepamas sistemas.
• Įleisti ir užfiksuoti komponentus: Visi formavimo plienai ir įterpimai turi būti tvirtai įleisti ir užfiksuoti į formos padą, kad nejudėtų ar neslystų esant slėgiui.
• Optimizuotas ištraukimo juostelių dizainas: Naudokite modeliavimą, kad nustatytumėte idealią ištraukų formą, aukštį ir išdėstymą medžiagos srautui valdyti, nekeliant lūžio rizikos.
• Atsitraukimo kompensavimo funkcijos: Suprojektuokite formavimo paviršius su apskaičiuotais perlenkimo kampais, kad atsižvelgtumėte į medžiagos atsitraukimą.
• Pakietintos dėvėjimosi plokštės: Įterpkite pakietintas dėvėjimosi plokštes aukšto trinties plotuose, pvz., po kamštinių slydimų arba spaustuvų paviršiuose.
• Pakankamas preso tonažas: Užtikrinkite, kad įranga būtų suprojektuota presui su pakankamu tonože ir lovąsčio dydžiu, kad galėtų išlaikyti didelius formavimo apkrovimus, nekenkiant mašinai.

Įrangos medžiagos parinkimas ir komponentų specifikacijos

Kietos plieno štampavimui naudojamos formos našumas ir ilgaamžiškumas tiesiogiai priklauso nuo jos gamybai naudojamų medžiagų. Aukštos stiprybės plieno formavimo metu atsirandantys ekstremalūs slėgiai ir abrazyvūs jėgų veiksmai greitai sugadins formas, pagamintas iš įprastų įrankių plienų. Todėl tinkamų medžiagų parinkimas kritinėms detalėms, tokioms kaip smeigės, formos ir formavimo įstatuliai, nėra patobulinimas, bet būtina sąlyga patikinamam ir ilgaamžiškam procesui. Pasirinkimas priklauso nuo konkretaus aukštos stiprybės plieno tipo, gamybos apimties ir formavimo operacijos sudėtingumo.

Aukšto našumo šaltai apdirbtiame įrankių plienai, tokie kaip D2 arba miltelių metalurgijos (PM) rūšys, dažnai yra pradinė medžiaga. Šios medžiagos siūlo geresnį kietumo, atsparumo ir stiprumo suspaudžiant derinį, palyginti su įprastais įrankių plienais. Dar didesniems reikalavimams, ypač dėvėjimosi zonose, taikomos pažangios paviršiaus dangos. Fizinio garų nusodinimo (PVD) ir cheminio garų nusodinimo (CVD) dangos sukuria labai kietą, slystantį paviršių, kuris sumažina trintį, neleidžia įgilėjimui (medžiagos perkėlimui iš lakšto į formą) ir ženkliai pailgina įrankio tarnavimo laiką.

Be pagrindinių formavimo paviršių, tikslumui ir ilgaamžiškumui užtikrinti būtini specialūs komponentai. Įspaudai turi būti specialiai suprojektuoti iš tinkamos medžiagos, su tinkama geometrija ir danga, kad atlaikytų didelę smūginę jėgą ir vertimo apkrovas. Vedantys ir fiksuojantys komponentai, tokie kaip lizdų vedžtuvai ir fiksuojantys zondai, taip pat turi būti sukietinti ir tiksliai apdirbti šlifuojant, kad išlaikytų tikslų заготовės padėtį, kas yra labai svarbu detalių kokybei progresyviose štampuose. Kiekvienas komponentas turi būti parinktas taip, kad atlaikytų padidėjusias HSS štampavimo sąlygas.

Modeliavimo vaidmuo šiuolaikiniame HSS įrankių projektavime

Ankstesniais laikais sunkiems medžiagoms projektuojant įrankius, labai priklausoma nuo patyrusių konstruktorių patirties ir intuicijos. Dažnai tai reikšdavo ilgą ir brangią fizinio bandomojo darbo procedūrą. Šiandien formavimo modeliavimo programinė įranga tapo nepakeičiamu įrankiu, leidžiančiu susidoroti su didelės stiprybės plienų štampavimo sudėtingumu. Kaip pabrėžia sprendimų teikėjai tokie kaip AutoForm Engineering , simuliacija leidžia inžinieriams tiksliai numatyti ir išspręsti galimas gamybos problemas virtualioje aplinkoje, ilgai iki kol bus pjaunamas koks nors plienas formai.

Kalibravimo simuliacijos programinė įranga, naudodama baigtinių elementų analizę (FEA), sukuria viso formavimo proceso skaitmeninį atitikmenį. Įvedus detalės geometriją, HSS medžiagos savybes ir formos technologinius parametrus, programa gali prognozuoti svarbius rezultatus. Ji vizualizuoja medžiagos tekėjimą, nustato vietas, kurios linkusios pernelyg subliuokštėti ar plyšti, ir svarbiausia – numato atsitraukimo dydį bei kryptį. Šis įžvalgumas leidžia dizaineriams kartotinai keisti formos konstrukciją – reguliuoti ištraukimo juostas, keisti spindulius ar optimizuoti заготовės formą – siekiant nuo pat pradžių sukurti stabilų ir pajėgų procesą.

Investicijų grąža dėl modeliavimo yra didelė. Tai labai sumažina poreikį fiziniams formos bandymams, dėl ko sutrumpėja pristatymo laikas ir mažėja kūrimo išlaidos. Optimizuodami procesą skaitmeniškai, gamintojai gali pagerinti detalės kokybę, sumažinti medžiagos atliekas ir užtikrinti patikimesnį gamybos ciklą. Aukštos stiprybės plienui (HSS), kai klaidos riba yra labai maža, modeliavimas paverčia formos projektavimą iš reaktyvaus meno į prognozuojančią mokslą, užtikrindamas, kad sudėtingos detalės atitiktų griežčiausius reikalavimus saugumui ir našumui.

Tipiškas modeliavimo darbo procesas formos optimizavimui

1. Pradinė realizuojamumo analizė: Procesas prasideda importuojant detalės 3D modelį. Atliekamas greitas modeliavimas, siekiant įvertinti bendrą formuojamumą su pasirinkta HSS rūšimi, nustatant bet kokias akivaizdžias problemų vietas.
2. Proceso ir formos paviršiaus projektavimas: Inžinieriai projektuoja virtualų formavimo procesą, įskaitant operacijų skaičių, spaustuvų paviršius ir pradinius ištraukų išdėstymą. Tai sudaro pagrindą išsamiems modeliavimui.
3. Medžiagos savybių apibrėžimas: Pasirinktos aukštos stiprumo plieno (HSS) specifinės mechaninės savybės (pvz., takumo riba, tempimo stipris, ilgėjimas) įvedamos į programinės įrangos medžiagų duomenų bazę. Tikslumas čia yra būtinas patikimams rezultatams.
4. Viso proceso modeliavimas: Programinė įranga modeliuoja visą žymėjimo seką, analizuodama įtempius, deformacijas ir medžiagos tekėjimą. Ji generuoja išsamią ataskaitą, įskaitant formuojamumo diagramas, kurios paryškina plyšimų, raukšlių ar pernelyg didelio storio sumažėjimo riziką.
5. Atsitraukimo po formavimo prognozavimas ir kompensavimas: Po formavimo modeliavimo atliekamas atsitraukimo po apkrovos nutraukimo (springback) analizė. Programinė įranga apskaičiuoja detalės galutinę formą po atsitraukimo ir gali automatiškai sugeneruoti kompensuotus formos paviršius, kad būtų pašalintas iškraipymas.
6. Galutinė patvirtinimo procedūra: Kompensuotas įrankio dizainas yra iš naujo imituojamas, kad būtų patvirtinta, jog galutinis išspaudžiamas detalės gabalas atitiks visas matmenų tarpines, užtikrinant patikimą ir pajėgų gamybos procesą.

Pažangių principų integravimas moderniam įrankių konstravimui

Įrankių konstravimo raida aukštos stiprybės plieno spaudimui žymi reikšmingą poslinkį nuo tradicinių, pagrįstų patirtimi praktikų link sofistiktuoto, inžinerijos valdomo proceso. Pagrindinės HSS keliamos problemos – tai ekstremalios jėgos, didelis atšokimas ir padidėjęs dėvėjimasis – padarė senesnes metodes nepatikimas ir neefektyvias. Sėkmė šioje reikalaujančioje srityje dabar priklauso nuo patikimos konstrukcinės inžinerijos, pažangios medžiagų mokslo ir prognozuojančios imitacijos technologijos integravimo.

Valdant HSS įrankių konstrukciją, jau nebegalima tik pasikliauti patvaresniu įrankiu; svarbu kurti protingesnį procesą. Suprantant medžiagų elgseną ir naudojant skaitmenines priemones, kad būtų optimizuojamas kiekvienas įrankio aspektas – nuo bendros konstrukcijos iki plieno skardos dėžės dangalo – gamintojai gali įveikti pažangių medžiagų formavimo būdingas problemas. Šis integruotas požiūris ne tik leidžia gaminti sudėtingus, aukštos kokybės detalių, bet ir užtikrina pačios įrangos patikimumą bei ilgą tarnavimo laiką. Didėjant poreikiui lengvosioms ir saugioms detalėms, šios pažangios projektavimo principai liks būtini konkurencingai ir sėkmingai gamybai.

Dažniausiai užduodami klausimai apie HSS įrankių projektavimą

1. Koks vienintelis didžiausias iššūkis spaudžiant aukštos stiprybės plieną?

Svarbiausias ir ilgalaikis iššūkis yra atgalinio lenkimo valdymas. Dėl didelio HSS takumo stiprio, medžiaga turi ryškią linkį tampriai atsistatyti arba išsikreipti po formavimo slėgio panaikinimo. Šio poslinkio prognozavimas ir kompensavimas yra būtinas norint pasiekti reikalaujamą galutinio gaminio matmeninį tikslumą, o dažnai reikia naudoti sudėtingas imitacijos ir įrankių kompensavimo strategijas.

2. Kaip skiriasi įrankių tarpas HSS lyginant su minkštuoju plienu?

Įrankių tarpas—tarpelis tarp stempio ir įspaudos ertmės—paprastai yra didesnis ir svarbesnis HSS atveju. Kol kas minkštasis plienas gali būti formuojamas turint didesnį tarpą, HSS dažnai reikalauja tikslios procentinės dalies nuo medžiagos storio, kad užtikrintų švarų pjovimą apkarpymo metu ir tiksliai kontroliuotų medžiagą formuojant. Netinkamas tarpas gali sukelti per didelius nukalus, didelę apkrovą pjovimo kraštams ir ankstyvą įrankių dėvėjimąsi.

3. Ar tą pačią tepalą galima naudoti HSS ir minkštojo plieno formavimui?

Ne, HSS formavimui reikalinga specializuota tepalų rūšis. Dėl ekstremalių slėgių ir temperatūrų, atsirandančių formos paviršiuje per HSS formavimą, standartinės tepalų rūšys gali suskilti, dėl to atsiranda trintis, įbrėžimai ir įrankių pažeidimai. Būtina naudoti aukštos kokybės ekstremalaus slėgio (EP) tepalus, įskaitant sintetinius aliejus, sausąsias tepimo dangas ar specializuotas dengimo medžiagas, kad būtų užtikrinta stabilioji barjero funkcija tarp formos ir ruošinio, užtikrinant sklandų medžiagos tekėjimą ir apsaugant įrankius.