Springspējas novēršana automašīnu stampēšanā: 3 pārbaudītas inženierijas metodes

TL;DR

Automašīnu iespiedēšanas sprungback risināšana prasa daudzslīpēju inženierijas pieeju, kas pārsniedz vienkāršo pārslīpumu. Visefektīvākās stratēģijas apvieno ģeometriskā kompensācija (piemēram, rotējošas pagriezienu un nostiprināšanas līdzekļi), stresa izlīdzināšana (izmantojot pēcstrāvas stūres gredzenus, lai sasniegtu mērķa 2% stiepes slīpumu), un pilnas ciklas FEA simulācija lai paredzētu elastiskās atgūšanas pakāpi pirms tērauda sagriešanas. Augstās stiprības tērauda (AHSS) gadījumā ir ļoti svarīgi pārvaldīt nevienlīdzīgu sprieguma sadali caur lokšņa biezumu, jo lielākas slodzes pakāpeniski palielina potenciālu sānu sienu krūtīm un leņķveida izmaiņām.

Springbakas fizika: elastīga atveseļošanās un stresa gradienti

Lai efektīvi atrisinātu atgriezīšanās problēmu, inženieriem vispirms jākvantificē tās mehānisms. Atgriezīšanās tiek definēta kā elastīgā atgriešanās no nevienmērīgi sadalītajiem spriegumiem iedobētā detaļā pēc formas veidošanas slodzes noņemšanas. Liekot metāllapu, tā piedzīvo stiepes spriegumu ārējā rādiusā un saspiešanas spriegumu iekšējā rādiusā. Kad veidņu instruments atbrīvo, šīs pretējās virsmas mēģina atgriezties līdzsvarā, izraisot detaļas deformāciju.

Šo parādību nosaka materiāla Jangas modulis (elastības modulis) un Modinājuma spēks . Jo augstāka ir plūstamības robeža — kas ir raksturīgi AHSS klases materiāliem, piemēram, DP980 vai TRIP tērauds — jo būtiskāk palielinās elastīgā atgriešanās apjoms. Turklāt Baušingera efekts un elastīguma moduļa degradācija plastiskās deformācijas laikā nozīmē, ka standarta lineāro simulācijas modeļu bieži vien neizdodas paredzēt atgriešanās precīzu apjomu. Galvenais inženierijas izaicinājums nav eliminēt elastību, bet manipulēt ar sprieguma gradientu tā, lai atgūšanās būtu prognozējama vai neitralizēta.

Metode 1: Procesa kompensācija (pēc izstiepšanas un iestiegšanas)

Viens no visefektīvākajiem sānu malu savēršanās neitralizēšanas veidiem — īpaši kanāla formas daļās — ir elastīgās deformācijas sadalījuma maiņa caur pēcstiepšana . Mērķis ir mainīt sānu sienas sprieguma stāvokli no jaukta vilkmes-spiedes gradienta uz vienmērīgu vilkmes stāvokli visā biezumā.

Iestiegšanas ieviešana

Nozares norādījumi, tostarp WorldAutoSteel, ieteic izmantot plaknē virzītu vilkmes spēku, lai radītu vismaz 2% vilkmes deformāciju sānu sienā. To parasti sasniedz, izmantojot iestiegu (vai bloķējošie izciļņi), kas atrodas materiāla noturētājā vai uz spiedforma. Iedziļinot šos izciļņus vēlā presēšanas fāzē, process fiksē metālu un piespiež sienas izstiepties. Šis pārbīdis pārvieto neitrālo asi ārpus plāksnes metāla, efektīvi izlīdzinot sprieguma starpību ($Δσ$), kas rada liekšanos.

Lai gan efektīvi, bloķējošie izciļņi prasa ievērojamu spiedienu un izturīgu veidņu konstrukciju. Materiāli efektīvāka alternatīva ir hibrīda izciļņa (vai stinger izciļņa). Hibrīdie izciļņi ielaužas plāksnē, lai izveidotu viļņveida formu, kas ierobežo materiāla plūsmu, aizņemot mazāk nekā 25% no parasto bloķējošo izciļņu virsmas laukuma un ļaujot izmantot mazākus заготовки izmērus.

Aktīva materiāla noturētāja spēka regulēšana

Presēm, kuras aprīkotas ar modernām spilvena sistēmām, aktīva materiāla noturētāja spēka regulēšana nodrošina dinamisku risinājumu. Vietā no pastāvīga spiediena, starptīkla spēku var regulēt, lai to konkrēti palielinātu stroke apakšā. Šis laikā apstādīts spiediena pieaugums nodrošina nepieciešamo sienu spriegumu, lai samazinātu atpakaļlēcēnu, neizraisot agrīnu plaisu vai pārmērīgu plākšķa biezuma samazinājumu.

Metode 2: Ģeometriski un rīkojuma risinājumi (pārliekt un rotācijas liekšana)

Kad procesa parametriem vieniem pašiem nav iespējams kompensēt lielu elastīgu atgriešanos, ir nepieciešamas fiziskas izmaiņas rīkojumā un daļas dizainā. Pārliekšana ir visbiežāk lietota tehnika, kurā veidni konstruē, lai liektu daļu pāri mērķa leņķim (piemēram, uz 92°, lai iegūt 90° liektu), ļaujot tai atpakaļlēkties pareizās dimensijās.

Rotācijas liekšana salīdzābā ar flanča slīpēšanas veidnēm

Priekš augstprecīziem AHSS daļām, rotācijas liekšana bieži ir labāks par konvencionālām flanģu pārvilkšanas matricām. Rotējošie liecēji izmanto rokeri, lai saliektu metālu, kas novērš augsto berzi un stiepes slodzi, kas saistīta ar pārvilkšanas kurpīti. Šī metode ļauj vieglāk regulēt liekšanas leņķi (bieži vienkārši, izmantojot rokera distancierīķus), lai precīzi iestatītu kompensāciju pārbaudes laikā.

Ja tiešām nepieciešamas flanģu pārvilkšanas matricas, inženieriem vajadzētu izmantot spiedes sprieguma superpozīciju . Tas ietver matricas rādiusa projektēšanu nedaudz mazāku par detaļas rādiusu un izpletnes izmantošanu uz puņķa. Šāda konfigurācija saspiež materiālu pie rādiusa, izraisot plastisko deformāciju (spiedes izturību), kas samazina elastīgo atgriešanos. Jāatzīmē, ka šai metodei nepieciešams precīzs kontrole, lai izvairītos no plaisām augstākas klases tēraošos.

Projektēt stingrinātājus

Ģeometrija pati par sevi var darboties kā stabilizators. Pievienojot stingrinātājus , piemēram, pakāpiena flanči, izgriezumi vai rievas līkuma līnijā, var "fiksēt" elastīgās deformācijas un ievērojami palielināt šķērsgriezuma moduli. Piemēram, aizstājot standarta 90 grādu cepures formu ar sešstūra šķērsgriezumu, iekšēji tiek samazināta sānu malas savērpšanās, jo lieces spriegumi tiek sadalīti labvēlīgāk.

Metode 3: Simulācija un pilna cikla FEM

Mūsdienu atsprūšanas pārvaldība lielā mērā balstās uz Bezonsho elementu analīzi (BEA) . Tomēr bieža kļūda ir simulēt tikai dziļās vilkšanas operāciju. Precīza prognozēšana prasa Pilnas cikla simulāciju , kas ietver vilkšanu, griešanu, perforēšanu un flanģēšanu.

AutoForm pētījumi parāda, ka sekundārās operācijas ievērojami ietekmē galīgo atsprūšanu. Piemēram, fiksēšanas un griešanas spēki griešanas laikā var izraisīt jaunas plastiskās deformācijas vai atbrīvot paliekspriegumus, kas maina detaļas formu. Lai sasniegtu simulācijas uzticamību, inženieriem jā:

• Izmanto avanzētus materiālu parametrus, kas ņem vērā kinemātisko cietēšanu (Josiда-Uemori modelis).
• Izmodelējiet faktisko rīka aizvēršanos un fiksācijas atbrīvošanas secības.
• Iekļaut gravitācijas efektus (kā daļa atrodas pārbaudes ierīcē).

Izmodelējot kompensētu virsmu pirms veidņu apstrādes, ražotāji var samazināt fizisko pēcāpstrādes ciklu skaitu no 5-7 uz 2-3.

Savienojot simulāciju ar ražošanu

Kaut simulācija nodrošina ceļu, fiziskā validācija paliek pēdējais šķērslis. Pāreja no digitālā modeļa uz fizisko stampingu—īpaši, palielinot apjomu no prototipa līdz masveida ražošanai—prasa ražošanas partneri, kurš spēj īstenot šīs sarežģītās kompensācijas stratības. Uzņēmumi kā Shaoyi Metal Technology specializējas šajā jomā. Ar IATF 16949 sertifikāciju un preses iespējām līdz 600 tonnām, tie var validēt veidņu dizainus kritiskām sastāvdaļām, piemēram, kontroles rokām un apakšrāmjiem, nodrošinot, ka teorētiskā kompensācija atbilst realitātei ražošanas telpā.

Kompensācijas stratību salīdzinājums

Pareizās metodes izvēle ir atkarīga no daļas ģeometrijas, materiāla klases un ražošanas apjoma. Zemāk esošajā tabulā salīdzinātas galvenās pieejas.

Secinājums

Springspēka risināšana nav par fizikas likumu novēršanu, bet par to apguvi. Kombinējot ģeometrisku pārliekšanu ar procesa vadītu pēcstiepšanu un rezultātu verifikāciju, izmantojot rūpīgu pilna cikla simulāciju, automašīnu inženieri var sasniegt šaurus pieļaujamās novirzes robežas pat ar prognozējamiem AHSS pakāpēm. Galvenais ir nodrošināt sprieguma izlīdzināšanu jau projektēšanas fāzes sākumā, nevis paļauties tikai uz pārbaudes korekcijām.

BUJ

1. Kādēļ springspēks ir izteiktāks Augstas stiprības tēraudos (AHSS) salīdzinājumā ar mīksto tēraudu?

Atgriešanās ir tieši proporcionāla materiāla plūstamības robežai. AHSS klases ir ievērojami augstākas plūstamības robežas (bieži 590 MPa līdz vairāk nekā 1000 MPa) salīdzība ar vieglo tēraudu. Tas nozīmē, ka tie var uzkrāt vairāk elastīgās enerģijas deformācijas laikā, rezultējot lielākā atgriešanās (atgriešanās) apmērā, kad tiek noņemts instrumentu slodze. Papildus AHSS bieži parāda lielāku materiāla cietēšanu, kas vēl vairāk sarežģī sprieguma sadalījumu.

2. Kāda ir atšķirība starp leņķa izmaiņu un sānu sienas savērpu?

Leņķa izmaiņa attiecas uz liekuma leņķa novirzi (piemēram, 90° liekums atveras uz 95°), ko izraisa vienkārša elastīga atgriešanās pie liekuma rādiusa. Sānu sienas ieliekums ir plakano sānu sienas pašas izliekums, ko izraisa atlikušo spriegumu starpība starp loksnes metāla biezuma slāņiem. Savukārt leņķa izmaiņu bieži var labot ar pārliekošanu, sānu sienas savērpu parasti nepieciešam atrisinājumus, kas balstīti uz spriegumu, piemēram, pēcstiepšanu (stake beads).

3. Vai saistvielas spēka palielināšana var novērst atspraudzi?

Saistvielas spēka palielināšana visā veidnē reti kad ir pietiekama, lai novērstu atspraudzi augstas izturības materiālos, un tā var izraisīt plaisāšanu vai pārmērīgu plātināšanos. Tomēr aktīva materiāla noturētāja spēka regulēšana —kur spiediens tiek palielināts tieši kustības beigās—efektīvi var piemērot nepieciešamo sānu sienas spriegumu (pēcstiepšanu), lai samazinātu atspraudzi, nekompromitējot formējamību sākotnējā dziļumā.