TRUMPAI

Aukštos stiprybės plieno štampavimas kelia tris pagrindinius inžinerijos iššūkius: stiprų grįžtis dėl didelio takumo ribos, greitą įrankių nubrozdinimas dėl ekstremalių kontaktinių slėgių ir pavojingą atvirkštinę tonąžą („snap-through“), kuris gali pažeisti preso vidaus dalis. Šiems iššūkiams įveikti reikia atsisakyti tradicinių minkšto plieno praktikų ir taikyti pažangias mažinimo strategijas, įskaitant įtempimo pagrįstą simuliaciją kompensavimui, specialiais dangomis apdorotus metalurgijos miltelių (PM) įrankių plienus bei servopreso technologiją energijai valdyti žemesniais greičiais. Sėkminga gamyba priklauso nuo viso proceso optimizavimo – nuo formos konstrukcijos iki tepimo – siekiant išlaikyti matmeninį tikslumą, nesumažinant įrangos tarnavimo laiko.

Iššūkis 1: Atsitraukimas ir matmenų valdymas

Dažniausiai pasitaikantis defektas, formuojant didelės stiprumo plieną (AHSS) ir didelio stiprumo mažaanglių (HSLA) medžiagas, yra atsitraukimas – tamprus metalo atkūrimas po formavimo apkrovos pašalinimo. Skirtingai nei minkštas plienas, kuris santykinai gerai išlaiko savo formą, AHSS turi žymiai didesnį takumo ribos stiprį, dėl ko jis stipriai „atsitraukia“. Šis geometrinis nukrypimas nėra tiesioginis grįžimas; dažnai jis pasireiškia šoninių sienelių lenkimusi ir sukimosi forma, dėl ko tikslieji komponentai tampa itin sunkiai kontroliuojami matmeniškai.

Tradiciniai bandymų ir klaidų metodai yra neefektyvūs AHSS atveju. Vietoj to inžinieriai turi remtis pažangiais baigtinių elementų analizės (BEA) kurie naudoja įtempimo pagrindu sukurtus prognozavimo modelius, o ne paprastus deformacijos kriterijus. Simuliavimas leidžia įrankių konstruktoriams taikyti geometrinę kompensaciją – sąmoningai perlenkti ar iškraipyti įrankio paviršių, kad detalė atsitrauktų į tinkamą galutinę formą. Tačiau vien simuliavimas dažnai būna nepakankamas be mechaninės intervencijos.

Praktiniai proceso reguliavimai taip pat yra labai svarbūs. Tokios technikos kaip rotacinis lenkimas ir fiksavimo žingsniai arba „monetės briaunos“ naudojimas gali padėti įtvirtinti įtempius medžiagoje. Pagal Gaminantis įmonė , naudojant servospaudos technologiją ir programuojant „pabūvimą“ stogo gale, leidžia medžiagai atsipalaiduoti esant apkrovai, žymiai sumažinant tamprųjį atsitraukimą. Šis „formos nustatymo“ metodas yra kur kas veiksmingesnis nei paprastas avarinis formavimas, kuriam reikia pernelyg didelės jėgos ir kuris pagreitina įrankių dėvėjimąsi.

Iššūkis 2: Įrankių dėvėjimasis ir matricų gedimas

Didelis AVSS medžiagų takumo stipris – dažnai viršijantis 600 MPa ar net 1000 MPa – sukelia didžiulį kontaktinį slėgį štampavimo įrankiuose. Tokia aplinka sukuria didelę galimybę kibirkščiavimui, skalavimuisi ir katastrofiškam įrankių sugedimui. Standartinės įrankių plieno rūšys, tokios kaip D2 ar M2, kurios pakankamai gerai veikia minkštam plienui, dažnai anksti sugenda apdorojant AVSS dėl medžiagos abrazyviškumo ir didelės energijos, reikalingos jos formavimui.

Norint tai įveikti, gamintojams reikia atnaujinti į Miltelių metalurgijos (PM) įrankių plienai . Tokios rūšys kaip PM-M4 užtikrina geresnį dilimo atsparumą didelės apimties leidiniams, o PM-3V suteikia pakankamai atsparumo, kad būtų išvengta subraižymo aukšto poveikio taikymo atvejais. Už medžiagos pasirinkimą svarbus yra ir paviršiaus paruošimas. Wilson Tool rekomenduoja pereiti nuo cilindrinio šlifavimo prie tiesiaeigio šlifavimo smeigtuose. Ši išilginė tekstūra sumažina nulupimo trintį ir mažina galimybę atsirasti įbrėžimams atgalinio judesio metu.

Paviršiaus danga yra paskutinė apsaugos linija. Pažangios Fizinio Garų Nusodinimo (PVD) ir Šiluminio Difuzijos (TD) dangos, tokios kaip Titanio Karbonitridas (TiCN) ar Vanadžio Karbidas (VC), gali pratęsti įrankių tarnavimo laiką iki 700 % lyginant su neapdorotais įrankiais. Šios dangos sukuria kietą, slystamą barjerą, kuris atlaiko labai aukštą temperatūrą, kurią sukelia didelės stiprybės plieno deformacijos energija.

Iššūkis 3: Preso talpa ir staigūs perkrovos apkrovos

Slepiama pavojinga aukštos stiprybės plieno štampavimo dalis yra poveikis pačiam presui, konkrečiai energijos talpa ir atvirkštinę tonąžą („snap-through“). Mechaniniai presai turi tonų normą arti ėjimo apatinės padėties, tačiau formuojant AHSS reikia didelės energijos žymiai anksčiau ėjimo metu. Be to, kai medžiaga sulūžta (pralaužia), staigus sukauptos potencialios energijos išsiskyrimas siunčia smūginę bangą atgal per preso konstrukciją. Šis „snap-through“ apkrovos tipas gali sunaikinti guolius, jungiamąsias rankoves ir net patį presą, jei jis viršija įrangos leistiną atvirkštinę tonų talpą (paprastai tik 10–20 % nuo tiesioginės talpos).

Šių jėgų mažinimui reikia atidžiai parinkti įrangą ir formos konstrukciją. Grėblių ilgio skirtinginimas ir pjovimo kraštams taikyti pjūkliniai kampai gali paskirstyti pralaužimo apkrovą laike, sumažinant didžiausią smūginę apkrovą. Tačiau sunkiasvoriams konstrukciniams komponentams dažnai svarbiausias apribojantis veiksnys yra pats preso pajėgumas. Siekiant saugiai išlaikyti šias apkrovas, dažnai būtina bendradarbiauti su specializuotu gamintoju. Pavyzdžiui, Shaoyi Metal Technology visapusiškos spaustukų sprendimai įtraukia presų pajėgumą iki 600 tonų, leidžiant stabiliai gaminti stambias automobilių dalis, tokius kaip valdymo svirtis ir rėmai, kurie perkrautų mažesnius standartinius presus.

Energetikos valdymas yra dar vienas svarbus veiksnys. Lėtinant tradicinį mechaninį presą, siekiant sumažinti smūgio apkrovas, nejučia sumažėja turima skriemulio energija (kuri yra proporcinga greičio kvadratui), dėl ko gali įvykti sustojimas. Servo presai šią problemą išsprendžia, išlaikydami visą energijos prieinamumą net ir esant žemiems greičiams, leisdami lėtą, kontroliuojamą perplėšimą, kuris apsaugo tiek įrankį, tiek preso pavara.

Iššūkis 4: Formuojamumo ribos ir kraštų įtrūkimai

Kai plieno stiprumas didėja, mažėja jo plastiškumas. Šis kompromisas pasireiškia kaip briaunos įtrūkimai , ypač vykdant lenkimo arba skylių išplėtimo operacijas. Mikrostruktūrinių fazių, suteikiančių AHSS plienui stiprumą (pvz., martensitas), pjovimo metu gali tapti įtrūkimų pradžios vietomis. Standartinis 10 % pjovimo tarpas nuo medžiagos storio, dažnai naudojamas minkštam plienui, dažnai sukelia blogą pjūvio kokybę ir vėlesnį gedimą formuojant.

Įrankio tarpo optimizavimas yra pagrindinis prevencinis priemonė. Pagal MetalForming Magazine , austenitinėms nerūdijančiosioms rūšims gali reikėti tarpų, siekiančių net 35–40 % medžiagos storio, o feritinėms ir dvifazėms plieno rūšims paprastai reikia 10–15 % arba optimizuotų „projektuojamų tarpų“, kad būtų sumažinta darbo sukietinta zona pjovimo krašte. Lazerinis apkarpymas yra alternatyva prototipavimui, tačiau masinei gamybai inžinieriai dažnai naudoja apkarpymo operaciją – antrinį pjovimą, kuriuo pašalinamas darbo sukietintas krašto sluoksnis prieš galutinį formavimą – kad būtų atkurta krašto plastiškumas ir išvengta įtrūkimų.

Išvada

Sėkmingai išpjaustant aukštos tvirtumo plieną reikia ne tik daugiau jėgos, bet ir iš esmės perprasti gamybos procesą. Iš simulacijos grindžiamos atšalinimo nuo atšalinimo kompensacijos iki PM įrankių plieno ir didelio tūrio servo presų naudojimo, gamintojai turi laikyti AHSS atskira medžiaga. Praktiškai sprendžiant elastinio atkūrimo, dėvėjimo ir lūžių mechanikos fiziką, gamintojai gali gaminti lengvesnius ir tvirtesnius komponentus, nesukeldami didelių šroto normų ar įrangos pažeidimų.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Koks didžiausias iššūkis, kai stumpuojamas aukštos tvirtumo plienas?

Svarbiausias iššūkis paprastai yra grįžtis , kai medžiaga elastingai atgauna savo formą, kai išjungiama formuojančioji jėga. Dėl to sunku pasiekti griežtus matmenų nuokrypius ir reikia pažangių modeliavimo ir statybos kompensavimo strategijų, kad būtų galima juos koreguoti.

2. Išmokyti Kaip sumažinti įrankių nuodavimą spausdinant AHSS?

Įrankių dėvėjimą sumažina miltelių metalurgija (PM) pagaminti įrankių plienai (pvz., PM-M4 ar PM-3V), kurie pasižymi didesniu atsparumu ir ilgaamžiškumu. Be to, svarbūs įrankio tarnavimo trukmės pailginimui yra pažangios dangos, tokios kaip PVD ar TD (šiluminė difuzija), taikymas bei smeigių šlifavimo krypties (išilginė arba cilindrinė) optimizavimas.

3. Kodėl atbulinė tonaza pavojinga presams?

Atbulinė tonaza, arba staigus pertrūkis, atsiranda tada, kai medžiaga sulūžta ir preso rėme sukaupta energija netikėtai išsiveržia. Ši smūginė banga sukuria atgalinę jėgą sąjungos taškuose. Jei ši jėga viršija preso apkrovos normą (paprastai 10–20 % tiesioginės galios), tai gali sukelti katastrofiškus pažeidimus guoliams, rankenoms ir preso konstrukcijai.