Būtiskas stratēģijas augstas stiprības tērauda veidņu konstruēšanai

TL;DR

Veidņu projektēšana augstas izturības tērauda (HSS) iedziļināšanai prasa būtiski atšķirīgu pieeju salīdzinājumā ar mīksto tēraudu. HSS unikālās īpašības, piemēram, augsta stiepes izturība un samazināta formējamība, rada ievērojamas problēmas, piemēram, palielinātu atgriešanos un augstākas iedziļināšanas spēki. Panākumi ir atkarīgi no ārkārtīgi izturīgu veidņu struktūru izveides, uzlabotu nodilumizturīgu rīku materiālu un pārklājumu izvēles, kā arī veidošanas simulācijas programmatūras izmantošanas, lai paredzētu un novērstu problēmas pirms ražošanas uzsākšanas.

Pamata izaicinājumi: kāpēc HSS iedziļināšanai nepieciešams specializēts veidņu dizains

Augstas izturības tēraudi (HSS) un jaunās paaudzes augstas izturības tēraudi (AHSS) ir viena no mūsdienu ražošanas stūrakmeņiem, īpaši automašīnu rūpniecībā, vieglu, bet drošu transportlīdzekļu konstrukciju veidošanai. Tomēr to pārākās mehāniskās īpašības rada sarežģītības, kas padara parastu matricu projektēšanu nepietiekamu. Atšķirībā no mīkstajiem tēraudiem HSS raksturo ievērojami augstāka vilkmes izturība, kuras dažām markām pārsniedz 1200 MPa, kopā ar samazinātu izstiepjamību vai elastīgumu. Šī kombinācija ir galvenais iemesls, kāpēc HSS spiedformēšanā rodas unikālas grūtības.

Vissvarīgākais jautājums ir atsperošanās, tas ir, materiāla elastīgā atgriešanās pēc veidošanas. Tā kā tam ir augsta izturība, HSS tendence atgriezties sākotnējā formā ir lielāka, tādējādi sarežģinot precīzu izmēru iegūšanu gatavajā detaļā. Tas prasa speciālas matricas procesus, kas ietver pārlieci vai pēcstiepšanu kompensācijai. Turklāt HSS veidošanai nepieciešamais milzīgais spēks rada ļoti lielu slodzi matricas struktūrai, kas var izraisīt paātrinātu nolietojumu un lielāku risku, ka matrica agrīnā stadijā iziet no darba, ja tā nav izgatavota, lai izturētu šādas slodzes. Saskaņā ar High Strength Steel Stamping Design Manual , process, kas darbojas mīkstam tēraudam, ne vienmēr nodrošina pieņemamus rezultātus HSS, bieži izraisot defektus, piemēram, plaisas, trūkumus vai nopietnu izmēru nestabilitāti.

Šīs materiāla īpašību atšķirības prasa pilnībā pārvērtēt veidņu konstruēšanas procesu. Augstākais spēks ne tikai ietekmē preses izvēli, bet arī nosaka nepieciešamību pēc izturīgākas veidņu konstrukcijas. HSS zemāka formējamība nozīmē, ka detaļu projektētājiem cieši jāstrādā ar veidņu inženieriem, lai izveidotu ģeometrijas ar pakāpeniskākām pārejām un atbilstošiem liekuma rādiusiem, lai izvairītos no materiāla bojājuma žāvēšanas laikā. Bez speciālas pieejas ražotāji saskaras ar dārgiem mēģinājumu un kļūdu cikliem, zemu detaļu kvalitāti un bojātām instrumentu veidnēm.

Augststiprīga un arī augststiprīga tērauda strukturālo matricu projektēšanas pamatprincipi

Lai kompensētu milzīgās slodzes un pārvaldītu augststiprīgo tēraudu (HSS) īpašo uzvedību, matricas strukturālajam dizainam jābūt īpaši izturīgam. Šis aspekts iet tālāk par vienkāršu materiāla daudzuma palielināšanu; tas ietver stratēģisku pieeju cietībai, spēka sadalei un materiāla plūsmas kontrolei. Galvenais mērķis ir izveidot matricu, kas pretojas deformācijai slodzes iedarbībā, jo pat neliela elastība var izraisīt izmēru neprecizitāti un nestabilu kvalitāti. Bieži tas nozīmē smagākas matricu kopas, biezākas plāksnes un pastiprinātas vadīšanas sistēmas, lai nodrošinātu precīzu savienojumu starp puļķi un dobumu visā prešformas gaitā.

Efektīva materiālplūsmas pārvaldība ir vēl viens svarīgs strukturālā dizaina aspekts. Funkcijas, kas ir neobligātas vai mazāk svarīgas maigajam tēraudam, HSS gadījumā kļūst par būtiskiem elementiem. Piemēram, izstiepšanas rievas jāprojektē un jāizvieto rūpīgi, lai nodrošinātu precīzu pretestības spēku, novēršot nekontrolētu materiāla kustību, kas var izraisīt rievu vai plaisas. Dažos jaunākās paaudzes procesos matricai tiek pievienoti tādi elementi kā "bloķēšanas posms", lai nolūkoti izraisītu izstiepšanu detaļas sānu sienās tuvu preses gaitas beigām. Šo tehniku, ko sauc par pēcizstiepšanu vai "formaļķēšanu", izmanto, lai minimizētu paliekspriegumus un ievērojami samazinātu atspirgšanu.

Šādu sarežģītu rīku projektēšana un izgatavošana prasa dziļas zināšanas. Piemēram, nozares līderi, piemēram, Shaoyi Metal Technology specializējas pielāgotu automašīnu štancēšanas matricu izstrādē, izmantojot modernas CAE simulācijas un projektu pārvaldību, lai nodrošinātu augstas precizitātes risinājumus OEM ražotājiem. To darbs progresīvās matricas dizainā HSS materiālam, kas ietver vairākas formēšanas stacijas, rūpīgi jāplāno, ņemot vērā materiāla cietēšanu un atgriešanos katrā posmā. Vairāku staciju progresīvās matricas struktūra HSS materiālam ir daudz sarežģītāka un tā jāprojektē tā, lai tā izturētu kumulatīvos spriegumus visās operācijās.

Galveno strukturālo dizaina pārbaudes saraksts HSS matricām

• Pastiprinātas matricu komplektējuma plāksnes: Izmantojiet biezākas, augstākas klases tērauda plāksnes matricas zolenei un dēļa turētājam, lai novērstu to liekšanos.
• Uzticama vadīšanas sistēma: Izmantojiet lielākus vadpines un bukses, kā arī apsvērt spiediena eļļošanas sistēmu liela slodzes pielietojumiem.
• Komponenti ar kabatām un atslēgām: Visi veidojošie tēraudi un iekļaujumi tiek droši ievietoti kabatās un piestiprināti ar atslēgām matricas zolenē, lai novērstu jebkādu kustību vai nobīdi zem spiediena.
• Optimizēta izvelkamās lentes dizains: Izmantojiet simulāciju, lai noteiktu ideālo izspiešanas lentes formu, augstumu un novietojumu materiāla plūsmas vadībai, neizraisot materiāla plaisāšanu.
• Atlēkšanas kompensācijas funkcijas: Veidojiet formas virsmas ar aprēķinātiem pārliekuma leņķiem, lai kompensētu materiāla atlēkšanu.
• Sakausēti nodilumizturīgi paneļi: Iekļaujiet sakausētus nodilumizturīgus paneļus augsta berzes zonās, piemēram, zem cam slīdēm vai žāvēju virsmās.
• Pietiekama prešes tilpība: Pārliecinieties, ka veidne ir izstrādāta presei ar pietiekamu tilpību un gultnes izmēru, lai tā spētu izturēt lielas veidošanas slodzes, nepārslogojot mašīnu.

Veidņu materiālu izvēle un komponentu specifikācijas

Zāles, ko izmanto augstas izturības tērauda stampēšanai, veiktspēja un kalpošanas ilgums ir tieši saistīti ar materiāliem, no kuriem tā izgatavota. Augstas izturības tērauda formēšanas laikā radītie ekstremālie spiedieni un abrazīvie spēki ātri iznīcinās zāles, kas izgatavotas no parastiem instrumentu tēraudiem. Tāpēc pareizo materiālu izvēle kritiskiem komponentiem, piemēram, spiedņiem, zālēm un formēšanas iekļaujumiem, nav uzlabojums, bet gan pamatprasība ilgtspējīgam un uzticamam procesam. Izvēle ir atkarīga no konkrētā augstas izturības tērauda veida, ražošanas apjoma un formēšanas operācijas smaguma pakāpes.

Augstas veiktspējas aukstās deformācijas rīkļa tēraudi, piemēram, D2 vai pulverveida metāla (PM) markas, bieži ir izvēles pamats. Šie materiāli nodrošina labāku cietības, izturības un spiedes izturības kombināciju salīdzinājumā ar parastiem rīkļa tēraudiem. Vēl augstākai veiktspējai, īpaši liela nodiluma zonās, tiek pielietotas uzlabotas virsmas pārklājumu tehnoloģijas. Fizikālās tvaika nogulsnēšanas (PVD) un ķīmiskās tvaika nogulsnēšanas (CVD) pārklājumi rada ārkārtīgi cietu, berzes samazinājumu veicinošu virsmas kārtu, kas samazina berzi, novērš gallingu (materiāla pārnešanu no loksnes uz matricu) un ievērojami pagarina rīka kalpošanas laiku.

Aiz galvenajām veidošanas virsmām specializēti komponenti ir būtiski precizitātei un izturībai. Punktus jāprojektē īpaši ar pareizo materiālu, ģeometriju un pārklājumu, lai izturētu lielas triecieniekārtas un urbjspējas. Vada un atrodas komponenti, piemēram, ligzdas vadītāji un atrašanās vietu meklēšanas celiņi, arī prasa sakausēšanu un precīzu slīpēšanu, lai uzturētu precīzu заготовки pozicionēšanu, kas ir svarīgi detaļu kvalitātei progresīvajos matricēs. Katrs komponents jānorāda tā, lai izturētu paaugstinātas prasības HSS žakardam.

Simulācijas loma mūsdienu HSS matricu dizainā

Agrāk matricu dizains sarežģītiem materiāliem balstījās galvenokārt uz pieredzējušu dizaineru pieredzi un intuīciju. Tas bieži nozīmēja garu un dārgu fizisku mēģinājumu un kļūdu procesu. Šodien formasimulācijas programmatūra kļuvusi par neatņemamu rīku, risinot sarežģītus augststipruma tērauda spiedšanas uzdevumus. Kā norāda risinājumu piegādātāji, piemēram, AutoForm Engineering , simulācija ļauj inženieriem precīzi paredzēt un novērst potenciālas ražošanas problēmas vīrtuālā vidē jau iepriekš, pirms tiek apstrādāts kāds metāls veidņu izgatavošanai.

Stempļa simulācijas programmatūra, izmantojot galīgo elementu analīzi (FEA), izveido digitālo divnieku visam formēšanas procesam. Ievadot detaļas ģeometriju, HSS materiāla īpašības un veidņu procesa parametrus, programmatūra var prognozēt būtiskus rezultātus. Tā vizualizē materiāla plūsmu, identificē zonas, kas ir tendencēs pārmērīgai uzplānēšanai vai plaisāšanai, un, visbeidzot, paredz atspringshanu – tās lielumu un virzienu. Šī iespēja paredzēt notiekošo ļauj konstruktoriem iteratīvi mainīt veidņu dizainu — pielāgojot vilkmaizes, mainot rādiusus vai optimizējot заготовки formu — lai no paša sākuma izstrādātu stabili un efektīvu procesu.

Ieguldījumu atdeve simulācijā ir ievērojama. Tas ļoti samazina nepieciešamību pēc fiziskiem matricu testiem, kā rezultātā saīsinās izgatavošanas laiks un samazinās izstrādes izmaksas. Optimizējot procesu digitāli, ražotāji var uzlabot izstrādājumu kvalitāti, samazināt materiāla atkritumus un nodrošināt stabilāku ražošanu. HSS gadījumā, kad kļūdas robeža ir minimāla, simulācija pārvērš matricu dizainu no reaktīvas mākslas par prognozējošu zinātni, nodrošinot, ka sarežģīti komponenti atbilst stingrākajām prasībām drošībai un veiktspējai.

Tipisks simulācijas darba plūsmas process matricu optimizācijai

1. Sākotnējā realizējamības analīze: Process sākas, importējot izstrādājuma 3D modeli. Tiecas ātru simulāciju, lai novērtētu vispārējo formējamību ar izvēlēto HSS klasi, identificējot jebkuras acīmredzamas problēmas vietas.
2. Procesa un matricas virsmas dizains: Inženieri projektē virtuālo veidņu procesu, tostarp operāciju skaitu, fiksācijas virsmas un sākotnējās izpletņu izvietojumu. Tas veido pamatu detalizētai simulācijai.
3. Materiāla īpašību definēšana: Konkrētās mehāniskās īpašības izvēlētajam HSS (piemēram, plūstamības robeža, stiepes izturība, relatīvā garuma pieauguma) tiek ievadītas programmatūras materiālu datu bāzē. Šeit precizitāte ir būtiska uzticamiem rezultātiem.
4. Pilns procesa simulācija: Programmatūra simulē visu spiedformēšanas secību, analizējot spriegumus, deformācijas un materiāla plūsmu. Tā ģenerē detalizētus pārskatus, tostarp formējamības diagrammas, kas uzsvērt riskus plaisām, rievām vai pārmērīgam sabiezējumam.
5. Atgriezīšanās prognozēšana un kompensācija: Pēc formēšanas simulācijas tiek veikta atgriešanās analīze. Programmatūra aprēķina daļas galīgo formu pēc atgriešanās un automātiski var ģenerēt kompensētas veidņu virsmas, lai novērstu izkropļojumus.
6. Galīgā validācija: Kompensētā matricas dizains tiek pārreģistrēts, lai pārbaudītu, vai gala izspiestā detaļa atbilst visām izmēru tolerancēm, nodrošinot stabila un efektīva ražošanas procesa darbību.

Modernas matricu konstruēšanas principu integrēšana

Augststipruma tērauda štampēšanas matricu konstruēšanas attīstība ir iezīmējusi būtisku pāreju no tradicionālām, uz pieredzi balstītām metodēm uz sarežģītu, inženierzinātnēm balstītu disciplīnu. Augststipruma tērauda radītie pamatizmēgi — īpaši ekstremālas spēki, liels atsprings un palielināta nodiluma pakāpe — padara vecās metodes par neuzticamām un neefektīvām. Panākumi šajā prasīgajā jomā tagad ir atkarīgi no stabila strukturālā inženierijas, modernās materiālu zinātnes un prediktīvās simulācijas tehnoloģijas integrēšanas.

HSS matricu dizaina apguve vairs nav tikai par stiprāka rīka izveidi; tā ir par gudrāka procesa radīšanu. Saprotot materiālu uzvedību un izmantojot digitālos rīkus, lai optimizētu katru matricas aspektu — sākot no tās vispārējās struktūras līdz trieciena plākšņu pārklājumam — ražotāji var pārvarēt šo jaunāko materiālu formēšanas iedzimtās grūtības. Šis integrētais pieeja ne tikai ļauj ražot sarežģītas, augstas kvalitātes detaļas, bet arī nodrošina pašas instrumentu uzticamību un ilgmūžību. Tā kā pieprasījums pēc vieglsvaru un drošām sastāvdaļām turpina augt, šie jaunākie dizaina principi paliks būtiski konkurētspējīgai un veiksmīgai ražošanai.

Bieži uzdotie jautājumi par HSS matricu dizainu

1. Kas ir lielākais izaicinājums, veidojot augstas izturības tēraudu?

Nozīmīgākais un ilgstošākais izaicinājums ir atgriešanās pēc deformācijas kontrole. Tā kā HSS (augsta stiprības tērauds) īpašības ietver augstu izturības robežu, materiālam ir spēcīga tendence elastiski atgriezties vai izkropļoties pēc veidošanas spiediena noņemšanas. Šīs kustības paredzēšana un kompensēšana ir būtiska, lai sasniegtu nepieciešamo izmēru precizitāti gala daļā, un bieži prasa sarežģītas simulācijas un matricu kompensācijas stratēģijas.

2. Kā veidgabala atstarpe atšķiras HSS gadījumā salīdzinājumā ar mīksto tēraudu?

Veidgabala atstarpe—attālums starp spiedni un veidgabala dobumu—parasti ir lielāka un svarīgāka HSS gadījumā. Tādējādi mīksto tēraudu var veidot ar lielākām atstarpēm, HSS bieži prasa atstarpi, kas ir precīzs procentuāls daudzums no materiāla biezuma, lai nodrošinātu tīru griešanu apgriešanas laikā un precīzi kontrolētu materiālu veidošanas procesā. Nepareiza atstarpe var izraisīt pārmērīgus uzkalus, paaugstinātu slodzi griešanas malās un veidgabalu pāragru.

3. Vai var izmantot vienus un tos pašus smērvielas HSS un mīkstā tērauda iededzināšanai?

Nē, HSS iededzināšanai nepieciešamas speciālas smērvielas. Ekstrēmas spiediena un temperatūras apstākļos, kas rodas veidņu virsmā HSS formēšanas laikā, standarta smērvielas var sadalīties, izraisot berzi, nodilumu un rīku bojājumus. Nepieciešamas augstas veiktspējas ekstrēma spiediena (EP) smērvielas, tostarp sintētiskās eļļas, sausās plēves smērvielas vai speciālas pārklājuma materiāli, lai nodrošinātu stabilu barjeru starp veidni un заготовку, nodrošinot gludu materiāla plūsmu un aizsargājot rīkus.