POVZETEK

Odskok je elastična povrnitev kovinske pločevine po oblikovanju, kar lahko povzroči natančnostne napake v končanih delih. Za preprečevanje je potreben večplastni pristop. Ključne strategije vključujejo mehanske kompenzacijske tehnike, kot so prednapenjanje (upogibanje čez ciljni kot), kovanje (uporaba visokega tlaka na upogib) in po-strešenje, ki uporablja elemente, kot so rebra napetosti, za ustvarjanje napetosti in stabilizacijo dela. Napredne metode vključujejo optimizacijo orodja, uporabo analize končnih elementov (FEA) pri načrtovanju orodij in previden izbor materiala, da se zmanjša naravna tendenca materiala, da se vrne v prvotno obliko.

Razumevanje koreninskih vzrokov odskoka

Pri žigosanju pločevine je odskok geometrijska sprememba, ki jo del izkusi po odpravljanju oblikovalnega tlaka. To pojavljanje temelji na osnovnih lastnostih kovine. Ko se pločevina upogne, doživi tako trajno (plastično) kot začasno (elastično) deformacijo. Zunanja površina se raztegne pod vplivom nateznega napetostnega stanja, medtem ko se notranja površina stisne. Ko orodje odstranimo, se sprosti shranjena elastična energija, kar povzroči delno vračanje materiala v prvotno obliko. Ta odboj je odskok, ki lahko povzroči pomembna odstopanja od konstrukcijskih specifikacij.

Več ključnih dejavnikov neposredno vpliva na intenzivnost odskoka. Najpomembnejše so lastnosti materiala; kovine z visokim razmerjem med mejo plastičnosti in Youngovim modulom, kot so napredni visoko trdni jekla (AHSS), shranjujejo več elastične energije in zato kažejo bolj izrazit odskok. Kot je opaženo v tehničnem priročniku podjetja ETA, Inc. , to je glavni razlog, zakaj sodobni lahki materiali predstavljajo večje izdelovalne izzive. Debelina materiala prav tako igra vlogo, saj deblojši pločevine praviloma kažejo manj povratnega ukrivljanja zaradi večjega volumna, ki izkazuje plastično deformacijo.

Geometrija dela je še en ključni dejavnik. Sestavni deli z velikimi ukrivljenostmi, zapletenimi krivuljami ali ostrimi koti so bolj nagnjeni k povratnemu ukrivljanju. Nazadnje vplivajo tudi procesni parametri – kot so tlak pri žiganju, lastnosti orodja in mazanje – ki vsi vplivajo na končno obliko. Slabo zasnovano orodje ali nezadosten tlak ne more materiala popolnoma oblikovati, kar vodi do prekomernega elastičnega povrnitve. Razumevanje teh osnovnih vzrokov je prvi korak k uveljavitvi učinkovitih strategij preprečevanja in kompenzacije.

Glavne kompenzacijske tehnike: Prekomerno upogibanje, žiganje in raztezanje po oblikovanju

Za preprečevanje povratnega ukrivljanja uporabljajo inženirji več preizkušenih mehanskih tehnik. Te metode delujejo tako, da kompenzirajo pričakovane spremembe dimenzij ali spremenijo stanje napetosti znotraj materiala, da zmanjšajo elastično obnovitev. Vsaka tehnika ima določene posebne aplikacije in kompromise.

Prekrivljanje je najbolj intuitivni pristop. Vključuje namerno oblikovanje dela pod ostri kot, kot je zahtevano, pri čemer se pričakuje, da se bo vrnili na pravilno končno dimenzijo. Čeprav je pojem preprost, pogosto zahteva veliko poskušanja in napak, da se popolnoma izpopolni. Obrbljenje , znan tudi kot dnovaljenje ali zakovavanje, vključuje uporabo zelo visoke tlakne sile na ukrivljenem radiju. Ta intenzivni pritisk plastično deformira strukturo zrn materiala, trajno nastavi ukrivljenost in drastično zmanjša elastične napetosti, ki povzročajo povratno ukrivljanje. Vendar lahko dnovaljenje razredči material in zahteva višjo zmogljivost stiskalke.

Po-strechanje je zelo učinkovita metoda za nadzorovanje kotne spremembe in upogibanja bočnih sten, zlasti pri zapletenih delih iz AHSS. Kot je podrobno opisano s strani Navodila za AHSS , ta tehnika uporablja v ravnini napetost na delu po glavni operaciji oblikovanja. To se pogosto doseže z uporabo elementov, imenovanih stake beads v orodju, ki zaklenijo rob in raztegnejo bočno steno dela za najmanj 2%. S tem se spremeni porazdelitev napetosti iz mešanice vlečnih in tlačnih sil v skoraj izključno vlečno, kar znatno zmanjša mehanske sile, ki povzročajo povratno upogibnost. Rezultat je bolj dimenzionalno stabilen del.

Primerjava primarnih metod kompenzacije povratnega upogibanja

Napredne strategije: oblikovanje orodij in optimizacija procesa

Poleg neposrednih metod kompenzacije je pomembna tudi proaktivna preprečevanja s pametnim oblikovanjem orodij in procesov za uspešno ravnanje s povratkom, še posebej pri zahtevnih materialih, kot je AHSS. Oblika samega orodja predstavlja močno orodje. Parametre, kot so reža orodja, polmer bata in uporaba vlečnih žlebk, je treba skrbno optimizirati. Na primer, ožja reža orodja lahko omeji neželene ukrivljanje in raztezanje, kar pomaga zmanjšati povratek. Vendar preostrina polmera bata poveča tveganje strižnih lomov pri visoko trdnih materialih.

Sodobna proizvodnja vedno bolj zanaša na simulacije za predhodno reševanje težav s povratnim učinkom. Kompenzacija oblikovanja orodij, ki jo omogoča analiza končnih elementov (FEA), je napredna metoda, pri kateri se celoten proces žiganja simulira, da se natančno napove povratni učinek končnega dela. Te podatke nato uporabimo za spreminjanje geometrije orodja in ustvarimo kompenzirano površino orodja. Orodje namerno oblikuje »napačno« obliko, ki se nato povrne v natančno želeno geometrijo. Ta simulacijami vodena strategija drastično zmanjša dragocen in časovno zahteven fizični preizkusni proces. Vodilni proizvajalci specializiranih orodij, kot je Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , uporabljajo napredne CAE simulacije za dobavo visoko natančnih avtomobilskih orodij za žiganje, ki že vnaprej upoštevajo tovrstne zapletene obnašanje materialov.

Druga napredna strategija je optimizacija procesa. Vroče žigosanje, ali tlačno kaljenje, je transformacijski proces, ki po zasnovi odpravi povratni učinek (springback). Pri tej metodi se jekleni polizdelek segreje na več kot 900 °C, oblikuje in nato hitro ohladi znotraj orodja. Ta proces ustvari popolnoma zakaljeno martenzitsko mikrostrukturo, kar rezultira v izdelku z izjemno visoko trdnostjo in praktično brez povratnega učinka. Čeprav je ta metoda zelo učinkovita, zahteva specializirano opremo in ima daljše cikle v primerjavi s hladnim žigosanjem. Druge prilagoditve procesa, kot je aktivno krmiljenje sile prijemala, omogočajo uporabo spremenljivega tlaka med potiskom prese, s čimer se doseže učinek naknadnega raztezanja za stabilizacijo izdelka, ne da bi bilo potrebno fizično žigosati rebra.

Vloga konstrukcijskega načrtovanja izdelka in izbire materiala

Boj proti povratnemu ukrivljanju se začne že dolgo pred izdelavo orodja – začne se s konstruiranjem izdelka in izbiro materiala. Geometrijo samega dela je mogoče zasnovati tako, da upira sprostitvi elastičnih napetosti. Kot pojasnjuje EMD Stamping, lahko izogibanje nenadnim spremembam oblike zmanjša nagib k odskoku. Poleg tega lahko vgradnja utrjevalnih elementov, kot so žebri, navpični grebeni ali stopničasti flanci, mehansko zaklene elastične deformacije v delu in prepreči izkrivljanje po oblikovanju. Ti elementi dodajo togost in pomagajo ohraniti želeno obliko.

Na primer lahko dodajanje navpičnih reb na bokove dele U-profila znatno zmanjša kotne spremembe in upenje s trdnejšo konstrukcijo. Smernice AHSS vsebujejo primere tega pri avtomobilskih komponentah, kot so stebri B in okrepitve sprednjih nosilcev. Vendar morajo konstruktorji biti pozorni na posledice. Čeprav te značilnosti zaklenejo elastične napetosti, ustvarjajo tudi ostankne napetosti znotraj dela. Te napetosti se lahko sprostijo med nadaljnjimi operacijami, kot sta rezkanje ali varjenje, kar lahko povzroči nove deformacije. Zato je ključnega pomena simulirati celoten proizvodni proces, da se napovedujejo ti poznejši učinki.

Izbira materiala je temeljni korak. Izbira materiala z nižjo elastičnostjo ali višjo oblikovalnostjo lahko na samem začetku zmanjša težave s povratnim ukrivljanjem. Čeprav zahteva za lažje konstrukcije pogosto narekuje uporabo visoko trdnih jekel, je pomembno razumeti lastnosti različnih sort. Sodelovanje s ponudniki materialov in uporaba podatkov o oblikovanosti lahko inženirjem pomaga pri izbiri materiala, ki uravnovesi zahteve po trdnosti in izdelovalnostjo ter tako omogoči napovedljivejši in bolj nadzorovan proces žigosanja.

Pogosta vprašanja

1. Kako se izogniti učinku povratnega ukrivljanja pri pločevini?

Za izogib učinku povratnega upogibanja lahko uporabite več tehnik. Če upogibni radij izpostavite visokemu tlaku s postopki kot sta kaljenje ali dnovaljenje, material plastično deformirate, da zmanjšate elastični povratek. Druge metode vključujejo prekomerno upogibanje, uporabo napetosti po oblikovanju (po-ravnanje), optimizacijo oblikovanja orodja z ustreznimi režami in radiji ter v nekaterih primerih uporabo toplote med postopkom oblikovanja.

2. Kako se lahko zmanjša povratno upogibanje?

Povratno upogibanje se lahko zmanjša z izbiro ustreznih materialov z nižjo natezno trdnostjo, oblikovanjem delov z značilnostmi, ki povečajo togost (kot so grebenci ali flanci) in optimizacijo procesa žiganja. Ključne prilagoditve procesa vključujejo uporabo tehnik, kot je prekomerno upogibanje, kaljenje in zagotavljanje, da je del popolnoma oblikovan. Zelo učinkovite so tudi napredne metode, kot je aktivno krmiljenje sile prijemala in uporaba simulacij za izdelavo orodij z izravnavo.

3. Kaj povzroča povratno upogibanje?

Povratni učinek povzroči elastična obnova materiala po oblikovalni operaciji. Ko se kovina upogne, preide skozi plastično (trajno) in elastično (začasno) deformacijo. Notranji napetosti, ki nastanejo med oblikovanjem – vlečne na zunanji površini in tlačne na notranji površini – se ne razpršijo popolnoma. Ko se odstrani orodje za oblikovanje, ti preostali elastični napetosti povzročijo delni vrnitev materiala v prvotno obliko.

4. Kaj je pravilo 4T za pločevino?

Pravilo 4T je smernica pri načrtovanju, ki se uporablja za preprečevanje deformacij ali lomov v bližini ukrivljenih robov. Določa, da mora biti vsaka značilnost, kot je luknja ali utor, oddaljena najmanj štirikratno debelino materiala (4T) od črte upogiba. To zagotavlja, da material okoli značilnosti ni oslabljen ali izkrivljen zaradi napetosti med upogibno operacijo.