Springback reiškinio sprendimas automobilių štampavime: 3 patikrinti inžineriniai metodai

TRUMPAI

Atsitraukimo reiškinio sprendimas automobilių štampavime reikalauja daugiaaspekčio inžinerinio požiūrio, einančio toliau nei paprastas perlenkimas. Veiksmingiausi metodai apjungia geometrinė kompensacija (tokius kaip sukamasis lenkimas ir standintuvai), įtempimo išlyginimą (naudojant post-stretch stake bumbulus pasiekiant tikslinę 2 % temptinę deformaciją), ir visą ciklą apimančią BAŽ modeliavimą kad numatyti tamprųjį atsaką dar prieš pjautinant plieną. Pažangiesiems aukštos stiprybės plienams (AHSS) yra kritiškai svarbu kontroliuoti nevienodą įtempių pasiskirstymą per lakšto storį, kadangi didesnė takumo riba eksponentiškai padidina šoninių briaunų vyniojimosi ir kampų pokyčių riziką.

Atsitraukimo fizika: tamprioji atkuriamoji deformacija ir įtempių gradientai

Norint efektyviai išspręsti atsitraukimo reiškinį, inžinieriai pirmiausia turi nustatyti jį sąlygojančią mechaniką. Atsitraukimas apibrėžiamas kaip tamprioji nevienodai pasiskirsčiusių įtempimų atkūrimasis štampuotoje detalėje po formavimo apkrovos pašalinimo. Lenkiant, lakštinis metalas patiria tempiamąjį įtampą išoriniame spindulyje ir gniuždomąjį įtampą vidiniame spindulyje. Kai įrankis atlaisvinamas, šios priešingos jėgos bando grįžti į pusiausvyrą, dėl ko detalė iškraipoma.

Šį reiškinį nulemia medžiagos Jungo modulis (tamprumo modulis) ir Išsiplėtimo stipris . Didėjant takumo ribai – kas būdinga AVSS klasėms, pvz., DP980 ar TRIP plienams – tampriojo atkūrimo kiekis žymiai padidėja. Be to, Baušingerio efektas ir elastingumo modulio blogėjimas plastinės deformacijos metu reiškia, kad standartiniai tiesiniai simuliacijos modeliai dažnai nepajėgia tiksliai prognozuoti atsitraukimo dydžio. Pagrindinė inžinerinė problema nėra pašalinti tampriąją deformaciją, bet valdyti įtempimo gradientą taip, kad atsistatymas būtų numanomas arba neutralizuotas.

Metodas 1: Procesu paremta kompensacija (po ištempimo ir įtempimo juostos)

Vienas patikimiausių būdų neutralizuoti šoninio krašto lenkimąsi – ypač kanalo formos detalėse – yra keisti tamprumo tempimo pasiskirstymą per po ištempimo . Tikslas yra pakeisti šoninės sienelės tempimo-spaudimo gradiento būseną į vienodą tempimo būseną per visą storį.

Įtempimo juostų diegimas

Pramonės gairės, įskaitant WorldAutoSteel, rekomenduoja taikyti plokštumos kryptimi tempti jėgą, siekiant sukurti mažiausiai 2 % temptinį tempimą šoninėje sienelėje. Tai dažniausiai pasiekiamas naudojant įtempimo juostas (ar blokada) located in the blankholder or on the punch. By engaging these beads late in the press stroke, the process locks the metal and forces the sidewall to stretch. This shift moves the neutral axis out of the sheet metal, effectively equalizing the stress differential ($Δσ$) that drives curling.

While effective, stake beads require significant tonnage and robust die construction. A more material-efficient alternative is the hybrid bead (or stinger bead). Hybrid beads penetrate the sheet metal to create a wave shape that restricts flow, requiring less than 25% of the surface area of conventional stake beads and allowing for smaller blank sizes.

Active binder force control

For presses equipped with advanced cushion systems, active binder force control siūlo dinaminį sprendimą. Vietoje pastovaus slėgio, laikiklio jėga gali būti sureguliuota taip, kad ji padidėtų tik smaigo apatinėje dalyje. Šis vėlyvas slėgio šuolis užtikrina būtiną sienelės įtempimą, kad būtų sumažintas atšokimas, nekeliant skilimo ar pernelyg didelio plonėjimo pavojus.

Metodas 2: Geometriniai ir įrankių sprendimai (perlenkimas ir rotacinis lenkimas)

Kai vien procesų parametrai negali kompensuoti didelės stiprumo tampriosios atsitraukimo, būtina fiziškai keisti įrankius ir detalės konstrukciją. Perlenkimas yra dažniausiai naudojamas metodas, kai formavimo įrenginys suprojektuotas taip, kad detalė būtų lenkiama už tikslinį kampą (pvz., iki 92°, siekiant pasiekti 90° lenkimą), leidžiant jai atšokti į reikiamą matmenį.

Rotacinis lenkimas prieš flanšo valymo formas

Labai tikslioms AHSS detalėms, rotacinis lenkimas dažnai pranašesnis už įprastus flanšo valcavimo įrankius. Rotaciniai lenkimo įrenginiai naudoja svirtį metalui sulankstyti, kas pašalina didelį trinties ir tempiamąjį apkrovimą, susijusį su valcavimo batais. Šis metodas leidžia lengviau sureguliuoti lenkimo kampą (dažnai tiesiog naudojant ploną įdėklą svirties vietoje), kad tiksliai nustatyti kompensaciją bandymo metu.

Jei reikalingi flanšo valcavimo įrankiai, inžinieriai turėtų taikyti spaudžiamosios įtampos superpoziciją . Tai apima formos spindulio projektavimą šiek tiek mažesnį nei detalės spindulys ir ant smaigo naudojimą atgalinį atlaisvinimą. Tokia konfigūracija suspaudžia medžiagą spindulyje, sukeldama plastinę deformaciją (spaudžiamąjį takumą), kuri sumažina tamprųjį atsitraukimą. Atkreipkite dėmesį, kad šis metodas reikalauja tikslaus valdymo, kad išvengtumėte įtrūkimų aukštesnės rūšies plienų atveju.

Projektuokite standumą didinančias savybes

Geometrija pati savaime gali veikti kaip stabilizatorius. Pridėjus standumą didinančias savybes , pavyzdžiui, žingsnio skerspjūvio, šikšnosparnių ar žvakčių per išlenkimo liniją, gali "įsukti" elastines įtampas ir žymiai padidinti skersmens modulį. Pavyzdžiui, standartinės 90 laipsnių skrybėlės skerspjūvio pakeitimas šešiakampia skerspjūvio gali sumažinti šoninių sienų apvalymą, gerokai labiau paskirstant lenkiamąsias įtampas.

3 metodas: modeliavimas ir pilno ciklo FEA

Šiuolaikinis "springback" valdymas labai priklauso nuo Baigtinių elementų analizės (BEA) - Ne. Tačiau paplitusi klaida yra tik piešimo operacijos imitavimas. Tiksli prognozė reikalauja Visų ciklų modeliavimas tai apima piešimą, apdirbimą, peršūkį ir šonus.

"AutoForm" tyrimai rodo, kad antrinės operacijos labai veikia galutinį grįžimą. Pavyzdžiui, apšvietimo ir pjovimo jėgos gali sukelti naujų plastikinių deformacijų arba išlaisvinti likučių įtampą, kuri pakeičia dalelės formą. Siekiant užtikrinti modeliavimo patikimumą, inžinieriai turi:

• Naudokite pažangias medžiagų korteles, kurios atsižvelgia į kineminį kietinimą (Yoshida-Uemori modelis).
• Modeliuokite faktinį įrankio uždarymo ir spaustuvo atlaisvinimo sekas.
• Įtraukite gravitacijos poveikį (kaip detalė gulasi ant tikrinimo įrenginio).

Modeliuodami kompensuotą paviršių prieš apdirbant formą, gamintojai gali sumažinti fizinio perkarpimo ciklų skaičių nuo 5–7 iki 2–3.

Tarpininkavimas tarp modeliavimo ir gamybos

Kol kas modeliavimas suteikia veiksmų planą, fizine patvirtinimas lieka paskutinis barjeras. Perėjimas nuo skaitmeninio modelio prie fizinio presavimo – ypač didinant mastelį nuo prototipo iki masinės gamybos – reikalauja gamybos partnerio, gebančio įgyvendinti šias sudėtingas kompensavimo strategijas. Tokios įmonės kaip Shaoyi Metal Technology specializuojasi šioje srityje. Turėdamos IATF 16949 sertifikatą ir presų pajėgumą iki 600 tonų, jos gali patvirtinti įrankių konstrukcijas kritinėms detalėms, tokioms kaip valdymo svirtys ir rėmai, užtikrindamos, kad teorinė kompensacija atitiktų realybę gamyklos aikštelėje.

Kompensavimo strategijų palyginimas

Tinkamo metodo pasirinkimas priklauso nuo detalės geometrijos, medžiagos rūšies ir gamybos apimties. Žemiau pateiktoje lentelėje palyginami pagrindiniai metodai.

Išvada

Springback risšesė nėra eliminuoti fizikos įstatymų, bet ovladėti jimi. Kombinuojant geometrinį overbending'ą su proceso-driven post-stretching'ais ir rezultatų verifikacija per rigoroušką full-cycle simulaciją, automobilių inžinerai galės sasiek tight tolerancijas net su neprognozūžk AHSS klasėmis. Ključiška yra address'oti stresa equalizaciją early design phase'ė, ne tik rely'oti tryout corrections.

DUK

1. Kādēļ springback'as īstī ēškā AHSS pret mild steel?

Atsitraukimas tiesiogiai proporcingas medžiagos takumo ribai. AHSS rūšys turi žymiai didesnę takumo ribą (dažnai nuo 590 MPa iki daugiau nei 1000 MPa) lyginant su minkštuoju plienu. Tai reiškia, kad deformuojantis jos gali sukaupti daugiau tamprumo energijos, todėl pašalinus įrankio apkrovą, atkuriamasis poslinkis (atsitraukimas) yra didesnis. Be to, AHSS dažnai pasižymi didesniu grįžtamu kietėjimu, kas dar labiau apsunkina įtempimų pasiskirstymą.

2. Kuo skiriasi kampo pokytis ir šoninės sienelės lenkimas?

Kampinis pokytis reikšminga lankstymo kampo nukrypimą (pvz., 90° lankstymas, atsidarantis iki 95°), kurį sukelia paprastas tampriojo atsitraukimo poveikis lankstymo spindulyje. Šoninės sienelės lenkimas yra plokščios šoninės sienelės išlinkimas, kurį sukelia likutinių įtempių skirtumas tarp lakštinio metalo sluoksnių storio. Tuo tarpu kampo pokytį dažnai galima ištaisyti perlenkiant, šoninės sienelės lenkimui paprastai reikia įtempimo baziuotų sprendimų, pvz., po tempimo (kuoliukų įtempimo).

3. Ar padidinus spaustuvės jėgą galima pašalinti atsitraukimą?

Paprasčiausias visuminis spaustuvės jėgos padidinimas retai kada pakanka, kad būtų pašalintas atsitraukimas aukštos stiprybės medžiagose, ir gali sukelti plyšimus arba pernelyg didelį storio sumažėjimą. Tačiau active binder force control —kai slėgis yra padidinamas tik smūgio pabaigoje—galima efektyviai sukurti būtiną šoninės sienelės temptį (papildomą ištempimą), kad būtų sumažintas atsitraukimas, neprarandant formuojamumo pradinio ištraukimo metu.