Riešenie pruženia späť pri tvárnení v automobilovom priemysle: 3 overené inžinierske metódy

ZKRATKA

Riešenie pruženia pri automobilovom väzaní vyžaduje viacvrstvový inžiniersky prístup, ktorý ide ďalej než jednoduché pretvarovanie. Najúčinnejšie stratégie kombinujú geometrická kompenzácia (ako napríklad rotačné ohyby a tuhostné prepážky), vyrovnávanie napätia (použitím poťahových drážok na dosiahnutie cieľovej ťažnej deformácie 2 %) a simuláciu celej cyklovej FEA na predpovedanie elastickej obnovy ešte pred tým, ako je oceľ orezaná. Pri vysokopevnostných oceliach (AHSS) je kritické riadenie nerovnomerného rozloženia napätia cez hrúbku plechu, keďže vyššie medze klzu exponenciálne zvyšujú riziko bočného valenia steny a zmeny uhla.

Fyzika pruženia: Elastická obnova a gradienty napätia

Na účinné riešenie pružného odbavia musia inžinieri najskôr kvantifikovať mechanizmus, ktorý ho spôsobuje. Pružné odbavenie je definované ako elastická obnova nerovnomerne rozložených napätí v lisovanej súčiastke po odstránení tvárniaceho zaťaženia. Počas ohýbania materiál plechu pociťuje ťažné napätie na vonkajšom polomere a tlakové napätie na vnútornom polomere. Keď nástroje uvoľnia, tieto protichodné sily sa snažia vrátiť do rovnováhy, čo spôsobuje deformáciu súčiastky.

Tento jav je riadený materiálovým Youngov modul pružnosti (modulom pružnosti) a Práh utahovania . Keď sa zvyšuje medza klzu – čo je bežné u vysoce pevnostných ocelí ako DP980 alebo TRIP ocele – množstvo elastickej obnovy výrazne stúpa. Okrem toho, Efekt Bauschingera a degradácia modulu pružnosti počas plastickej deformácie znamenajú, že štandardné lineárne simulačné modely často nedokážu predpovedať presnú mieru návratu. Hlavnou inžinierskou výzvou nie je eliminovať pružnosť, ale ovplyvniť gradient napätia tak, aby bol návrat predvídateľný alebo neutralizovaný.

Metóda 1: Kompenzácia založená na procese (po natiahnutí a zásekmi)

Jednou z najrobustnejších metód neutralizácie ohýbania bočných stien – najmä u dielov tvaru kanálika – je zmena rozloženia pružnej deformácie prostredníctvom po-ťahanie cieľom je zmeniť stav napätia bočnej steny zo zmiešaného ťahovo-tlačného gradientu na rovnomerný ťahový stav cez celú hrúbku.

Aplikácia zásekov

Odporúčania odvetvia, vrátane od WorldAutoSteel, odporúčajú použiť vnútrorovinnú ťahovú silu na vygenerovanie minimálne 2% ťahovej deformácie v bočnej stene. Toto sa často dosahuje pomocou zásekov (alebo zámkové guľôčky) umiestnené v držiaku plochy alebo na prebíjacej matrici. Tým, že sa tieto guľôčky zapoja neskoro počas zdvihu lisu, proces uzamkne kov a vynúti predlženie bočnej steny. Tento posun presunie neutrálnu os mimo plechu, čím efektívne vyrovná rozdiel napätia ($Δσ$), ktorý spôsobuje skracovanie.

Hoci sú zámkové guľôčky účinné, vyžadujú vysokú lisovaciu silu a pevnú konštrukciu nástroja. Materiálovo úspornejšou alternatívou je hybridná guľôčka (alebo bodcová guľôčka). Hybridné guľôčky prenikajú do plechu a vytvárajú vlnovitý tvar, ktorý obmedzuje tok materiálu, pričom vyžadujú menej ako 25 % plochy bežných zámkových guľôčok a umožňujú použitie menších polotovarov.

Aktívna regulácia sily viazacieho rámu

Pre lisy vybavené pokročilými systémami podušiek, aktívna regulácia sily viazacieho rámu ponúka dynamické riešenie. Namiesto konštantného tlaku môže byť prítlak nastavený tak, aby sa zvýšil špecificky na konci zdvihu. Tento nárast tlaku v neskorom štádiu poskytuje potrebné napätie steny na zníženie pružného návratu bez vzniku trhlin alebo nadmerného ztenčenia v skorom štádiu.

Metóda 2: Geometrické a nástrojové riešenia (prehýbanie cez cieľový uhol a rotačné prehýbanie)

Keď samotné procesné parametre nestačia na kompenzáciu vysokej elastickej obnovy, sú nevyhnutné fyzické úpravy nástroja a návrhu dielu. Predohybanie je najbežnejšou technikou, pri ktorej je forma navrhnutá tak, aby ohyb prekročila cieľový uhol (napr. na 92° pri ohybe 90°), čím sa po pružnom návrate dosiahne správny rozmer.

Rotačné prehýbanie vs. lísničky s ohybom cez líštu

Pre presné diely z AHSS rotačné ohýbanie je často lepšia než konvenčné výstužné dies. Otočné ohýbačky používajú kľukový mechanizmus na prehyb kovu, čo eliminuje vysoké trenie a ťažné zaťaženie spojené s čelisťou. Táto metóda umožňuje jednoduchšie nastavenie uhla ohybu (často len pridaním vložiek do kľuky) na presné nastavenie kompenzácie počas skúšobného behu.

Ak sú potrebné výstužné dies, inžinieri by mali použiť superpozíciu tlakového napätia . Zahŕňa to navrhnutie polomeru dies menší ako polomer dielu a použitie spätného uvoľnenia na punc. Táto konfigurácia stlačí materiál v oblúku, čím vyvolá plasticú deformáciu (tlakové pretvorenie), ktorá potláča elastickej obnovu. Upozorňujeme, že táto metóda vyžaduje presnú kontrolu, aby sa predišlo trhlinám pri oceliach vyššej triedy.

Navrhnite zosilnenia

Geometria sama o sebe môže pôsobiť ako stabilizátor. Pridaním zosilnení , ako sú krokové okraje, šipky alebo korálky cez krivku, môžu "zablokovať" elastické odtiene a výrazne zvýšiť modulus rezu. Napríklad nahradenie štandardného 90-stupňového klobúka prierezom so šesťuholníkovým prierezom môže prirodzene znížiť curl bočných stien tým, že distribuuje ohýbacie napätie priaznivejšie.

Metóda 3: Simulácia a FEA s úplným cyklom

Moderný springback manažment sa spolieha na Analyzy konečných prvkov (FEA) - Áno. Častou chybou je však simulácia len operácie kreslenia. Presná predpoveď si vyžaduje Simulácia úplného cyklu to zahŕňa kreslenie, strihanie, piercing a štiepanie.

Výskum spoločnosti AutoForm poukazuje na to, že sekundárne operácie významne ovplyvňujú konečný springback. Napríklad pri pripevňovaní a rezaní môžu sily vyvolávať nové plastové deformácie alebo uvoľňovať zvyškové napätie, ktoré mení tvar časti. Na dosiahnutie spoľahlivosti simulácie musia inžinieri:

• Používajte pokročilé materiálne karty, ktoré zohľadňujú kinematické tvrdenie (model Yoshida-Uemori).
• Simulujte skutočné postup uzatvárania nástroja a uvoľnenia zaisťovacieho mechanizmu.
• Zahrňte vplyv gravácie (ako súčiastka sedí na kontrolnom prípravku).

Simuláciou kompenzovaného povrchu pred obrábaním formy môžu výrobcovia znížiť počet fyzických opravných cyklov z 5–7 na 2–3.

Spojenie simulácie a výroby

Hoci simulácia poskytuje návod, fyzická validácia zostáva poslednou prekážkou. Prechod od digitálneho modelu k fyzickému súčiastku – najmä pri prechode od prototypu k hromadnej výrobe – vyžaduje výrobného partnera schopného realizovať tieto komplexné kompenzačné stratégie. Spoločnosti ako Shaoyi Metal Technology sa špecializujú na preklenutie tohto rozchodu. So certifikáciou IATF 16949 a lisovacími schopnosťami až do 600 ton môžu validovať návrhy nástrojov pre kľúčové komponenty ako sú ramená riadenia a podvozky, čím zabezpečia, že teoretická kompenzácia zodpovedá reálnym podmienkam v dielni.

Porovnanie kompenzačných stratérií

Výber správnej metódy závisí od geometrie dielu, triedy materiálu a objemu výroby. Nasledujúca tabuľka porovnáva hlavné prístupy.

Záver

Riešenie pružného odbavia nie je o eliminácii fyzikálnych zákonov, ale o ich ovládnutí. Kombináciou geometrickej predohybu s procesne riadeným následným predĺžením a overovaním výsledkov prostredníctvom dôkladnej simulácie celého cyklu môžu automobiloví inžinieri dosiahnuť úzke tolerancie aj pri nepredvídateľných sortách AHSS. Kľúčom je vyrovnanie napätia riešiť už v počiatočnom štádiu návrhu a nespoliehať sa len na opravy počas pokusnej výroby.

Často kladené otázky

1. Prečo je pružné odbavenie v pokročilých vysokopevnostných oceľoch (AHSS) výraznejšie ako v mäkkých oceľoch?

Prúženie je priamo úmerné medzi pevnosti materiálu. Ocele AHSS majú výrazne vyššiu medzu klzu (často od 590 MPa až nad 1000 MPa) v porovnaní s mäkkou oceľou. To znamená, že počas deformácie môžu uložiť viac elastickej energie, čo má za následok väčšiu mieru obnovy (pruženia späť) po uvoľnení tlaku nástroja. Navyše ocele AHSS často prejavujú vyššie zpevnenie tvárnením, čo ďalej komplikuje rozloženie napätia.

2. Aký je rozdiel medzi zmenou uhla a ohnutím bočnej steny?

Zmena uhla označuje odchýlku ohybového uhla (napr. 90° ohyb sa otvorí na 95°), spôsobenú jednoduchou elasticitou v oblasti ohybového polomeru. Zakrútenie bočnej steny je zakrivenie samotnej plochej bočnej steny, spôsobené rozdielom zvyškového napätia medzi vrstvami hrúbky plechu. Zatiaľ čo zmenu uhla sa často dá opraviť pretváraním (nadobehnutím), ohnutie bočnej steny zvyčajne vyžaduje riešenia založené na ťahu, ako napríklad dotaženie (kolíkové výstužné žliabky).

3. Zvýšenie viazacej sily môže odstrániť pružné odbremenovanie?

Jednoduché globálne zvýšenie viazacej sily zriedkavo postačuje na odstránenie pružného odbremenovania pri materiáloch s vysokou pevnosťou a môže viesť k trhlinám alebo nadmernému ztenčeniu. Avšak aktívna regulácia sily viazacieho rámu —kde sa tlak zvyšuje špecificky na konci zdvihu—môže účinne vytvoriť potrebné napätie bočných stien (dodatočné predpätie) na zníženie pružného odbremenovania, aniž by to ohrozilo tvárivosť počas počiatočného tvarovania.