TL;DR

Atgriešanās pēc deformācijas ir elastīgā atgriešanās metāllapā pēc tās formēšanas, kas var izraisīt izmēru neprecizitāti gatavajos izstrādājumos. Tās novēršanai nepieciešams daudzvirzienu pieeja. Galvenās stratēģijas ietver mehāniskas kompensācijas metodes, piemēram, pārliekšanu (liekšanu aiz mērķa leņķa), kalšanu (pielietojot augstu spiedienu liekumam) un pēcstiepšanu, kas izmanto elementus, piemēram, stiprinājuma ripas, lai radītu spriedzi un stabilizētu detaļu. Uzlabotas metodes ietver instrumentu optimizēšanu, galīgo elementu analīzes (FEA) izmantošanu matricu dizainā un rūpīgu materiālu izvēli, lai samazinātu materiāla dabisko tieksmi atgriezties sākotnējā formā.

Saprast atgriešanās pēc deformācijas pamatcēloņus

Loksnes metāla stampēšanā atgriešanās ir ģeometriskā izmaiņa, ko detaļa piedzīvo pēc veidošanas spiediena noņemšanas. Šis fenomens ir saistīts ar metāla pamatīpašībām. Kad loksni liec, tā piedzīvo gan pastāvīgas (plastiskas), gan pagaidu (elastiskas) deformācijas. Ārējā virsma tiek izstiepta zem stiepes sprieguma, savukārt iekšējā virsma tiek saspiesta. Kad apstrādes rīki tiek noņemti, atbrīvojas uzkrātā elastiskā enerģija, kā rezultātā materiāls daļēji atgriežas sākotnējā formā. Šis atsitiens ir atgriešanās, kas var izraisīt būtiskas novirzes no konstrukcijas specifikācijām.

Vairāki galvenie faktori tieši ietekmē atgriešanās smagumu. Materiāla īpašības ir vispirmām kārtām svarīgas; metāli ar augstu izturības robežas un Janga moduļa attiecību, piemēram, jaunās paaudzes augstas izturības tēraudi (AHSS), uzkrāj vairāk elastiskās enerģijas un tādējādi rāda izteiktāku atgriešanos. Kā norādīts tehniskajā rokasgrāmatā, ko izdevusi ETA, Inc. , tas ir galvenais iemesls, kāpēc mūsdienu materiāli vieglošanai rada lielākas ražošanas problēmas. Arī materiāla biezums ir svarīgs faktors, jo biezāki loksnēs parasti rāda mazāku atspraudzi, tādējādi lielākam tilpumam piedzīvojot plastisku deformāciju.

Detaļas ģeometrija ir vēl viens būtisks faktors. Komponenti ar lieliem līkuma rādiusiem, sarežģītām līknēm vai asiem leņķiem ir jutīgāki pret atspraudzi. Visbeidzot, procesa parametri — tostarp spiešanas spiediens, veidņu raksturojums un smērēšana — visi ietekmē gala formu. Nepietiekami labi izstrādāta veidne vai nepietiekams spiediens var neļaut pilnībā nostiprināties materiālam, kas noved pie pārmērīgas elastiskās atgriešanās. Šo pamata cēloņu izpratne ir pirmais solis efektīvu novēršanas un kompensācijas stratēģiju ieviešanā.

Galvenās kompensācijas metodes: Pārliekšana, Kalšana un Pēcstiepe

Lai kompensētu atgriešanos, inženieri izmanto vairākas labi apstiprinātas mehāniskās metodes. Šīs metodes darbojas, kompensējot paredzētās izmēru izmaiņas vai mainot materiāla sasprieguma stāvokli, lai minimizētu elastisko atgūšanos. Katrai metodai ir specifiskas pielietošanas jomas un kompromisi.

Pārliekšana ir intuitīvākā pieeja. Tā ietver apzinātu detaļas veidošanu asākā leņķī, nekā nepieciešams, paredzot, ka tā atgriezīsies pareizajā galīgajā izmērā. Lai gan šī metode ir vienkārša pēc būtības, to bieži vien ir grūti precīzi ieviest, nepieciešams ievērojams eksperimentēšanas process. Monētizācija , ko sauc arī par apmaisīšanu vai piespiešanu, ietver ļoti lielas spiedes spēka pielietošanu lieces rādiusā. Šis intensīvais spiediens plastiski deformē materiāla struktūru, pastāvīgi fiksējot līkumu un ievērojami samazinot elastīgās deformācijas, kas izraisa atgriešanos. Tomēr monētu kalšana var padarīt materiālu plānāku un prasa augstāku preses jaudu.

Pēcstiepšana ir ļoti efektīva metode leņķa izmaiņu un sānu sienu saviešanas kontrolei, īpaši sarežģītām detaļām, kas izgatavotas no AHSS. Kā detalizēti aprakstīts AHSS Norādījumiem , šī tehnika pielieto iepriekšējās deformācijas operācijas beigās spriegumu detaļas plaknē. To bieži sasniedz, izmantojot veidņos tā saucamos fiksācijas rievu elementus, kas nostiprina malu un izstiepj detaļas sānu sienu vismaz par 2%. Šis process maina sprieguma sadalījumu no kombinētiem vilkšanas un spiedes spēkiem gandrīz tikai uz vilkšanas spēkiem, kas ievērojami samazina mehāniskos spēkus, kas izraisa atspirgšanu. Rezultātā detaļa ir dimensiju ziņā stabīlāka.

Primāro atspirgšanas kompensācijas metožu salīdzinājums

Uzlabotas stratēģijas: instrumentu dizains un procesa optimizācija

Pāri tiešajām kompensācijas metodēm, aktīva novēršana, izmantojot gudru instrumentu un procesa dizainu, ir būtiska, lai kontrolētu atspirgšanu, īpaši ar grūti apstrādājamiem materiāliem, piemēram, AHSS. Matricas dizains pats par sevi ir spēcīgs rīks. Tādi parametri kā matricas sprauga, spiedīļa rādiuss un velmēšanas ripu izmantošana ir rūpīgi jāoptimizē. Piemēram, mazāka matricas sprauga var ierobežot nevēlamu liekšanu un atliekšanu, kas palīdz minimizēt atspirgšanu. Tomēr pārāk asiem spiedīļa rādiusiem var palielināties šķēluma plaisāšanas risks augstas izturības materiālos.

Mūsdienu ražošana arvien vairāk balstās uz simulāciju, lai preventīvi atrisinātu atgrieziena problēmas. Formas dizaina kompensācija, ko virza galīgo elementu analīze (FEA), ir sofistikēts pieeja, kurā tiek simulēts viss spiedformēšanas process, lai precīzi paredzētu gala daļas atgriezenu. Šie dati pēc tam tiek izmantoti, lai modificētu formas ģeometriju, izveidojot kompensētu rīka virsmu. Forma speciāli izveido "nepareizu" formu, kas atgriežas precīzā, vēlamajā ģeometrijā. Šī simulācijai balstītā stratēģija ievērojami samazina dārgo un laikietilpīgo fizisko pārbaudījumu fāzi. Vadošie pasūtījuma rīku ražotāji, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , izmanto avanzētas CAE simulācijas, lai nodrošinātu augstas precizitātes automašīnu spiedformes, kas jau sākotnēji ņem vērā šādas sarežģītas materiālu īpašības.

Vēl viena progresīva stratēģija ir procesa optimizācija. Karstā štamponēšana, vai spiedizmocīšana, ir pārveidojošs process, kas konstrukcijas līmenī novērš atgriešanās efektu. Šajā metodē tērauda заготовку silda virs 900 °C, veido un pēc tam ātri dzesē formas iekšienē. Šis process rada pilnībā izmocītu martensīta mikrostruktūru, rezultātā iegūstot ultraaugstas stiprības detaļu ar gandrīz pilnīgi novērstu atgriešanās efektu. Lai gan šī metode ir ļoti efektīva, karstai štamponēšanai nepieciešama speciāla aprīkojuma bāze un tā prasa ilgāku ciklu laiku salīdzinājumā ar auksto štamponēšanu. Citas procesa korekcijas, piemēram, aktīva matricas spiediena regulēšana, ļauj mainīt spiedienu pārspiediena gaitā, radot pēcstiepuma efektu, lai stabilizētu detaļu, neizmantojot fiziskus fiksācijas spraudus.

Produkta dizaina un materiālu izvēles loma

Cīņa pret atgriešanās tendenci sākas ilgi pirms formas izgatavošanas — tā sākas ar produkta dizaina un materiāla izvēli. Paša detaļas ģeometrija var tikt projektēta tā, lai pretosies elastīgo spriegumu atbrīvošanai. Kā skaidro EMD Stamping, izvairīšanās no pēkšņām formas izmaiņām var samazināt atsitiena rašanās tendenci. Turklāt, iekļaujot stingrināšanas elementus, piemēram, vārpu, vertikālas apmales vai pakāpiena flančus, elastīgie deformācijas paliek mehāniski fiksēti detaļā, novēršot tās izkropļošanos pēc formēšanas. Šie elementi pievieno stingrumu un palīdz saglabāt vēlamo formu.

Piemēram, vertikālu ribu pievienošana U-profila sānu sienām var ievērojami samazināt gan leņķiskās izmaiņas, gan liekšanos, pastiprinot struktūru. AHSS norādēs ir minēti piemēri no automašīnu sastāvdaļām, piemēram, B-stabi un priekšējo raiļu pastiprinājumi. Tomēr projektētājiem jābūt informētiem par kompromisiem. Lai gan šīs funkcijas fiksē elastīgās deformācijas, tās arī rada atlikušos spriegumus detaļā. Šie spriegumi var tikt atbrīvoti turpmākās operācijās, piemēram, griežot vai metinot, potenciāli izraisot jaunas deformācijas. Tāpēc ir ļoti svarīgi simulēt visu ražošanas procesu, lai paredzētu šos sekas izraisošos efektus.

Materiāla izvēle ir pamata solis. Materiāla izvēle ar zemāku elastību vai augstāku formējamību principā var samazināt atgriezīšanās problēmas. Lai gan tieksme uz vieglāku konstrukciju bieži prasa izmantot augstas izturības tērausus, dažādu klāšu īpašību izpratne ir būtiska. Sadarbojoties ar materiālu piegādātājiem un izmantojot formējamības datus, inženieri var izvēlēties materiālu, kas līdzsvaro izturības prasības ar ražošanas iespējamībām, tādējādi nodrošinot prognozējamāku un labāk kontrolējamu spiedšanas procesu.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kā izvairīties no atgriezīšanās efekta plāksnēs?

Lai izvairītos no atgrieziena efekta, var izmantot vairākas tehnikas. Lietojot monētu vai apakšējo liekšanu, liekuma rādiusam tiek pakļauts liels kompresijas spriegums, kas plastiski deformē materiālu, lai minimizētu elastisko atgriešanos. Citas metodes ietver pārliekšanu, pēcformēšanas stiepšanu (pēcstiepšanu), matricas dizaina optimizēšanu ar atbilstošiem spraugām un rādiusiem, kā arī dažos gadījumos siltuma izmantošanu veidošanas procesā.

2. Kā var minimizēt atgrieziena efektu?

Atgrieziena efektu var minimizēt, izvēloties atbilstošus materiālus ar zemāku izturības robežu, projektējot detaļas ar elementiem, kas palielina stingrumu (piemēram, ribas vai malas), kā arī optimizējot spiešanas procesu. Galvenie procesa pielāgojumi ietver tehniku izmantošanu, piemēram, pārliekšanu, monētu, kā arī nodrošinot, ka detaļa ir pilnībā izveidota. Arī avanzētas metodes, piemēram, aktīva vāka spēka regulēšana un simulācijas izmantošana kompensētas rīkojuma izveidei, ir ļoti efektīvas.

3. Kas izraisa atgrieziena efektu?

Atgriešanās izraisīta ar materiāla elastisko atjaunošanos pēc veidošanas operācijas. Kad metāls tiek saliekts, tas piedzīvo gan plastisku (pastāvīgu), gan elastisku (pagaidu) deformāciju. Veidošanas laikā radušās iekšējās sprieguma saspiešanās — stiepē uz ārējās virsmas un saspiešanā uz iekšējās virsmas — netiek pilnībā novērstas. Kad veidošanas rīks tiek noņemts, šie atlikušie elastiskie spriegumi liek materiālam daļēji atgriezties sākotnējā formā.

4. Kas ir 4T likums loksnes metālam?

4T likums ir projektēšanas vadlīnija, ko izmanto, lai novērstu deformācijas vai plaisas tuvu lūzieniem. Tajā teikts, ka jebkuram elementam, piemēram, caurumam vai spraišļa formas atverei, jāatrodas vismaz četru reižu lielā attālumā no līkuma līnijas (4T), kas atbilst materiāla biezumam. Tas nodrošina, ka materiāls ap šo elementu netiek vājināts vai izkropļots no liekšanas operācijas radītajiem spriegumiem.