Menyelesaikan Masalah Springback dalam Penempaan Automotif: 3 Kaedah Kejuruteraan yang Terbukti

RINGKASAN

Menyelesaikan masalah springback dalam perengkahan automotif memerlukan pendekatan kejuruteraan berbilang lapisan yang melampaui lenturan berlebihan semata-mata. Strategi paling berkesan menggabungkan pampasan geometri (seperti lenturan putaran dan pengukuhan), penyeimbangan tekanan (menggunakan manik cucu pasca-regangan untuk mencapai sasaran 2% regangan muktamad), dan simulasi FEA kitaran penuh untuk meramal pemulihan elastik sebelum keluli dipotong. Bagi Keluli Kekuatan Tinggi Maju (AHSS), pengurusan taburan tekanan tidak seragam melalui ketebalan helaian adalah kritikal, kerana kekuatan alah yang lebih tinggi meningkatkan secara eksponen potensi bagi lengungan dinding sisi dan perubahan sudut.

Fizik Springback: Pemulihan Elastik dan Kecerunan Tekanan

Untuk menyelesaikan masalah springback dengan berkesan, jurutera mesti terlebih dahulu mengukur mekanisme yang menyebabkannya. Springback ditakrifkan sebagai pemulihan elastik bagi tegasan yang tidak sekata di dalam komponen cetakan setelah beban pembentukan dialihkan. Semasa proses lenturan, logam kepingan mengalami tegasan mampatan pada jejari luar dan tegasan mampatan pada jejari dalam. Apabila peralatan dilepaskan, daya-daya bertentangan ini cuba kembali ke keadaan keseimbangan, menyebabkan komponen menjadi hanyut.

Fenomena ini dikawal oleh bahan tersebut Modulus Kekenyalan (modulus anjal) Kekuatan Hasil dan Kesan Bauschinger dan degradasi modulus anjal semasa deformasi plastik bermaksud model simulasi linear piawai kerap gagal meramal magnitud pulangan yang sebenar. Cabaran kejuruteraan utama bukan untuk menghapuskan keanjalan tetapi untuk memanipulasi kecerunan tegasan supaya pemulihan itu boleh diramal atau dinyahaktifkan.

Kaedah 1: Pampasan Berasaskan Proses (Regangan & Kancing Selepas)

Salah satu kaedah paling kukuh untuk meneutralkan lenturan dinding sisi—terutamanya pada bahagian berbentuk saluran—ialah dengan mengubah taburan regangan anjal melalui peregangan Selepas tujuannya adalah untuk mengubah keadaan tegasan dinding sisi daripada kecerunan mampatan-regangan bercampur kepada keadaan regangan seragam merentasi seluruh ketebalan.

Melaksanakan Kancing Kukuh

Garispanduan industri, termasuk yang dikeluarkan oleh WorldAutoSteel, mencadangkan penggunaan daya regangan satah dalaman untuk menjana minimum 2% regangan tegangan pada dinding sisi. Ini biasanya dicapai menggunakan kancing timbul (atau manik kunci) yang terletak pada pemegang blangk atau pada penumbuk. Dengan melibatkan manik-manik ini pada fasa akhir langkah tekan, proses ini mengunci logam dan memaksa dinding sisi meregang. Perubahan ini mengalihkan paksi neutral keluar dari kepingan logam, secara berkesan menyamaratakan perbezaan tegasan ($Δσ$) yang menyebabkan lengkungan.

Walaupun berkesan, manik cucuk memerlukan tenaga ton besar dan pembinaan acuan yang kukuh. Alternatif yang lebih cekap dari segi bahan adalah manik hibrid (atau manik sengat). Manik hibrid menembusi kepingan logam untuk mencipta bentuk gelombang yang menghadkan aliran, memerlukan kurang daripada 25% daripada luas permukaan manik cucuk konvensional dan membolehkan saiz blangk yang lebih kecil.

Kawalan daya pengikat aktif

Bagi tekan yang dilengkapi dengan sistem kusyen lanjutan, kawalan daya pengikat aktif menawarkan penyelesaian dinamik. Alih-alih tekanan malar, daya pengikat boleh diprogramkan untuk meningkat secara khusus di bahagian bawah rentetan. lonjakan tekanan pada peringkat akhir ini memberikan ketegangan dinding yang diperlukan bagi mengurangkan kesan lompat balik tanpa menyebabkan percangkahan peringkat awal atau penipisan berlebihan.

Kaedah 2: Penyelesaian Geometri & Peralatan (Pembengkokan Melebihi Sudut & Pembengkokan Rotary)

Apabila parameter proses sahaja tidak dapat mengimbangi pemulihan elastik yang tinggi, perubahan fizikal terhadap rekabentuk peralatan dan bahagian adalah perlu. Melentur melebihi sudut sasaran adalah teknik yang paling biasa digunakan, di mana acuan direkabentuk untuk membengkokkan bahagian melebihi sudut sasaran (contohnya, kepada 92° untuk pembengkokan 90°), membolehkannya kembali secara lompat kepada ukuran yang betul.

Pembengkokan Rotary berbanding Acuan Lapik Flens

Untuk bahagian AHSS yang memerlukan ketepatan tinggi, pembengkokan putaran sering kali lebih unggul berbanding acuan lapik flens konvensional. Pembengkok putar menggunakan pengayun untuk melipat logam, yang menghilangkan geseran tinggi dan beban tegangan berkaitan dengan kasut lapik. Kaedah ini membolehkan pelarasan sudut lenturan yang lebih mudah (kerap kali hanya dengan menambah lapis nipis pada pengayun) untuk menetapkan pampasan semasa percubaan.

Jika acuan lapik flens diperlukan, jurutera harus menggunakan superposisi tegasan mampatan . Ini melibatkan rekabentuk jejari acuan yang sedikit lebih kecil daripada jejari komponen dan menggunakan alas belakang pada penumbuk. Konfigurasi ini mencengkam bahan pada bahagian jejari, menyebabkan ubah bentuk plastik (hasil mampatan) yang meredakan pemulihan elastik. Perlu diingat bahawa kaedah ini memerlukan kawalan tepat untuk mengelakkan retakan pada keluli gred tinggi.

Reka Bentuk Penegar

Geometri itu sendiri boleh bertindak sebagai peredam. Menambah penegar , seperti flens langkah, anak panah, atau bebibir merentasi garis lentur, boleh "mengunci" regangan elastik dan secara ketara meningkatkan modulus keratan. Sebagai contoh, menggantikan keratan pelindung 90 darjah piawai dengan keratan rentas heksagon secara semula jadi dapat mengurangkan lengkungan dinding sisi dengan mengagihkan tegasan lentur secara lebih menguntungkan.

Kaedah 3: Simulasi & FEA Kitaran Penuh

Pengurusan springback moden sangat bergantung kepada Analisis elemen terhingga (FEA) . Walau bagaimanapun, ralat biasa ialah hanya mensimulasikan operasi penarikan. Ramalan yang tepat memerlukan Simulasi Kitaran Penuh yang merangkumi penarikan, pemotongan, penusukan, dan penggelegar.

Kajian dari AutoForm menunjukkan bahawa operasi sekunder memberi pengaruh besar terhadap springback akhir. Sebagai contoh, daya pengapit dan pemotongan semasa pemotongan boleh menyebabkan deformasi plastik baharu atau melepaskan tegasan reja yang mengubah bentuk komponen. Untuk mencapai kebolehpercayaan simulasi, jurutera mesti:

• Gunakan kad bahan lanjutan yang mengambil kira pengerasan kinematik (model Yoshida-Uemori).
• Simulasi penutupan alat sebenar dan urutan pelepasan pengikat.
• Memasukkan kesan graviti (bagaimana bahagian itu duduk di perlengkapan pemeriksaan).

Dengan mensimulasikan permukaan pampasan sebelum pemesinan mati, pengeluar boleh mengurangkan bilangan gelung recuts fizikal dari 5-7 ke bawah kepada 2-3.

Jambatan Simulasi dan Pengeluaran

Walaupun simulasi menyediakan peta jalan, pengesahan fizikal tetap menjadi halangan terakhir. Perpindahan dari model digital ke pencetakan fizikal, terutamanya apabila skala dari prototaip ke pengeluaran besar-besaran, memerlukan rakan pengeluar yang mampu melaksanakan strategi pampasan yang kompleks ini. Syarikat seperti Shaoyi Metal Technology mengkhususkan diri dalam merapatkan jurang ini. Dengan pensijilan IATF 16949 dan keupayaan pencetakan sehingga 600 tan, mereka dapat mengesahkan reka bentuk alat untuk komponen kritikal seperti lengan kawalan dan subframes, memastikan bahawa pampasan teori sejajar dengan realiti di lantai kilang.

Perbandingan Strategi Pembalasan

Memilih kaedah yang betul bergantung kepada geometri bahagian, gred bahan, dan jumlah pengeluaran. Jadual di bawah membandingkan pendekatan utama.

Kesimpulan

Menyelesaikan springback bukan tentang menghapuskan hukum fizik tetapi menguasainya. Dengan menggabungkan lenturan geometri berlebihan bersama peregangan selepas proses dan mengesahkan keputusan melalui simulasi kitaran penuh yang ketat, jurutera automotif boleh mencapai had toleransi ketat walaupun dengan gred AHSS yang tidak menentu. Kuncinya adalah menangani penyamaan tekanan pada peringkat awal reka bentuk, bukan hanya bergantung pada pembetulan semasa percubaan.

Soalan Lazim

1. Mengapa springback lebih teruk pada Keluli Kekuatan Tinggi Maju (AHSS) berbanding keluli lembut?

Springback adalah berkadar terus dengan kekuatan alah bahan. Gred AHSS mempunyai kekuatan alah yang jauh lebih tinggi (kerap kali antara 590 MPa hingga melebihi 1000 MPa) berbanding keluli lembut. Ini bermakna ia boleh menyimpan lebih banyak tenaga kenyal semasa ubah bentuk, menghasilkan pemulihan (springback) yang lebih besar apabila beban peralatan dilepaskan. Selain itu, AHSS kerap kali menunjukkan pengerasan regangan yang lebih tinggi, yang seterusnya memperumit taburan tegasan.

2. Apakah perbezaan antara perubahan sudut dan lenturan dinding sisi?

Perubahan sudut merujuk kepada penyimpangan sudut lentur (contohnya, lenturan 90° membuka hingga 95°) yang disebabkan oleh pemulihan kenyal biasa pada jejari lentur. Lengkungan dinding sisi ialah kelengkungan pada dinding sisi rata itu sendiri, yang disebabkan oleh perbezaan tegasan baki antara lapisan ketebalan logam lembaran. Walaupun perubahan sudut sering kali boleh diperbetulkan dengan lenturan berlebihan (overbending), lenturan dinding sisi biasanya memerlukan penyelesaian berasaskan tegangan seperti regangan selepas proses (stake beads) untuk menyelesaikannya.

3. Adakah meningkatkan daya pengikat boleh menghapuskan kesan lentur balik?

Meningkatkan daya pengikat secara menyeluruh jarang cukup untuk menghapuskan kesan lentur balik dalam bahan berkekuatan tinggi dan boleh menyebabkan pecah atau penipisan berlebihan. Namun demikian, kawalan daya pengikat aktif —di mana tekanan ditingkatkan secara khusus pada hujung rentetan—boleh secara berkesan memberikan ketegangan dinding sisi yang diperlukan (regangan selepas) untuk mengurangkan kesan lentur balik tanpa menggugat kemampuan bentuk semasa proses tarikan awal.