Postopek vpenjanja pri avtomobilskem žigosanju: Način okvare nasproti operaciji

POVZETEK

Pri avtomobskem žigosanju izraz "oženje" opisuje dva različna, a pomembna koncepta: določen proizvodni proces in material način odpovedi kot proces (pogosto imenovan zmanjšanje) je oženje namerno zmanjšanje premera cevi ali posode, kar se pogosto uporablja za izpušne komponente in posodice. Kot način verske, je oženje lokalna nestabilnost tanjšanja pločevine, ki predhaja lomu in označuje absolutno mejo oblikovanja materiala.

Za procesne inženirje obvladovanje oženja zahteva dvojni pristop: optimizacija orodij za izvajanje operacije oženja brez upogibanja, hkrati pa oblikovanje žigosanih plošč za preprečevanje nestabilnosti oženja z analizo porazdelitve raztegnjenja in stopnje utrjevanja. Ta priročnik razlaga fiziko, parametre in strategije nadzora za oba primera.

Operacija oženja: Zmanjšanje premera cevnih delov

V okviru izdelave delov je obremenitev z vratom postopek oblikovanja, ki se uporablja za zmanjšanje premera valjaste lupine ali cevi na odprtem koncu. Za razliko od risanja, ki premika material, da ustvari globino, se vratuje na stiskanje sil, da se krči obseg. Ta tehnika je povsod prisotna v avtomobilski proizvodnji za komponente, kot so lupine katalizatorjev, cevi za absorberje udarcev in vratu za polnjenje goriva.

Mehanica procesa vratanja

Operacija prisili žeton na koncu cevkovite prazne. Ko se ploščo premika, se material podvrže pritisku obroča, zaradi česar se pretok navznoter in rahlo zgošča. Uspeh procesa je odvisen od sposobnosti materiala, da v stiskanju plastično teče, ne da bi se zrušil.

Za dosego tega zmanjšanja obstajajo dve glavni metodi:

• -Pomiri se. Statična matica se na cev potisne na osi. To je hitreje, vendar omejeno zaradi trenja in tveganja za upogibanje, če je razmerje zmanjšanja preveč agresivno.
• Z notranjim premerom več kot 50 mm Del ali orodje se vrti, pri čemer se lokalni pritisk postopoma zmanjša premer. Ta metoda, ki se pogosto uporablja za pločevine za pijačo in visoko natančne avtomobilske dele, zmanjšuje trenje in omogoča večje zmanjšanje premera brez napak.

Pogosti napaki pri obdelavi vratu

Ker se material stisne, je primarni način okvare med proces vratanja ne razdeliramo, ampak upogibanje ali gube. Če je dolžina cevi, ki je brez nosilca, prevelika ali če debelina stene ni zadostna glede na premer, se bo kovina namesto pretoka zložila. Inženirji pogosto uporabljajo notranje rokave ali stopnjevane redukcije (večkratni prehod), da podpirajo material in ohranjajo geometrijsko celovitost.

Za proizvajalce, ki se ukvarjajo s kompleksnimi geometrijami ali proizvodnjo velikih količin, kjer je natančnost ključnega pomena, je partnerstvo s specializiranimi servisnimi storitvami, kot so Shaoyi Metal Technology lahko zapolni vrzel med hitrim prototipiranjem in masovno proizvodnjo. Njihovo strokovno znanje na področju natančnega žigosanja, certificiranega po IATF 16949, zagotavlja, da celo zahtevne operacije oblikovanja, kot je globoko vratno oblikovanje, izpolnjujejo standarde svetovnih proizvajalcev opreme.

Vratno oblikovanje kot oblika odpovedi: meja oblikovalnosti

V širšem kontekstu žigosanja karoserije (BIW) je vratno oblikovanje sovražnik. Določa začetek nestabilnosti materiala, pri kateri se deformacija lokalizira v ozek pas, kar neizogibno vodi do loma. Ko se enkrat oblikuje lokalno vratno območje, se material na tem mestu hitro razredči, medtem ko popolnoma preneha deformirati okoliški material.

Razpršeno v primerjavi z lokalnim vratnim oblikovanjem

Razumevanje napredovanja vratnega oblikovanja je ključno za napovedovanje odpovedi pri napredni visokotrdni jekli (AHSS):

• Razpršeno razprševanje: To je začetna faza, ko se širina plošče začne neenakomerno krotiti. Razpršena je na večjem območju in ne povzroči takojšnjega izpada. Pri testiranju na vlečno trdnost se to zgodi na točki končne vlečne trdnosti (UTS).
• Lokalno priključitev: To je kritična meja okvare. Deformacija se koncentrira v ozki pas (približno debelina plošče). V tem stanju se material katastrofalno redka, brez nadaljnjega širjenja na okoliških območjih. Pri simulaciji in zasnovi tlačenja se začetek lokalnega zatekanja šteje za funkcionalno napako dela.

Fizika nestabilnosti

Vrtenje se zgodi, ko je material stopnja trdega dela ne more več kompenzirati zmanjšanja površine prerezov. V skladu s kriterijem Considereja je stabilnost ohranjena, dokler material okrepi (zavrti) hitreje, kot se redči. Ko stopnja trdenja dela pade pod pravo raven stresa, se sproži nestabilnost.

Zato je visoko. n-vrednost (eksponent trdenja s deformacijo) so prednostni za kompleksne žigosanje; ohranjajo svojo sposobnost daljšega razporejanja deformacije na širši površini, kar odlaša nastanek vratu.

Inženirske parametre in obnašanje materiala

Povezovanje procesa in načina odpovedi zahteva podrobno analizo znanja o materialih. Obnašanje jekla med operacijo vratnega stiskanja in nestabilnosti vratnega stiskanja je odvisno od njegove krivulje napetosti-deformacije.

Vloga n-vrednosti

Eksponent utrjevanja ob deformaciji (n-vrednost) je najpomembnejši parameter:

• Za preprečevanje okvar: Visoka n-vrednost je želena. Omogoča, da se material bolj raztegne, preden se začne lokalno vratno stiskanje, kar je ključno za globoko vlečene plošče karoserije.
• Pri operacijah vratnega stiskanja: Ironično, zelo visoka n-vrednost lahko včasih povzroči težave pri tlačnih operacijah vratnega stiskanja, če se material prehitro utrdi, saj to zahteva večje sile in poveča tveganje izbočitve.

Krivulje mejnega oblikovanja (FLC)

Za napovedovanje nestabilnosti vratnega stiskanja v proizvodnji se inženirji zanašajo na krivuljo mejnega oblikovanja (FLC). Krivulja FLC prikazuje glavne in stranske deformacije, pri katerih pride do lokalnega vratnega stiskanja. Pričakuje se, da bo vsaka točka na izdelani plošči, ki leži nad to krivuljo, odpovedala.

Sodobne metode detekcije, kot je digitalna korelacija slik (DIC), omogočajo inženirjem vizualizacijo kopičenja deformacij v realnem času. S sledenjem površinskemu vzorcu lahko DIC prepozna »pas izvlečenja« že preden postane vidno s prostim očesom, kar omogoča proaktivne prilagoditve orodja.

Preprečevanje napak in nadzor procesa

Bodisi da izvajate operacijo izvlečenja ali poskušate preprečiti odpoved zaradi izvlečenja, je nadzor nad trenjem in tokom materiala najpomembnejši.

Preprečevanje nestabilnosti izvlečenja (pločevina)

• Strategija mazanja: Visoko trenje omejuje tok materiala, kar povzroči lokalno raztezanje. Izboljšanje mazanja na kritičnih mestih omogoči vlečenje materiala iz sosednjih con, kar porazdeli obremenitev.
• Prilagoditev sile prijemala: Če je sila držala pločevine previsoka, material ne more vstopiti v orodje, kar vodi do prekomernega raztezanja in izvlečenja. Zmanjšanje te sile omogoči večjo vlečnost.
• Polmeri orodja: Ostra polmera koncentrirata napetost. Povečanje vstopnega polmera orodja lahko zmanjša vrhunsko obremenitev in prepreči pojav lokalnega izvlečenja.

Zagotavljanje uspešnih operacij zoževanja (cevni)

• Vodilni rokavi: Za preprečevanje izbočenja med tlačnim zoževanjem uporabite zunanje ali notranje vodila za podporo stenam cevi.
• Stopnjevana redukcija: Ne poskušajte doseči zmanjšanja premera za 50 % v enem samem koraku. Postopek razdelite na več korakov (npr. 20 % -> 15 % -> 10 %), da učinkovito upravljate s tlačnimi napetostmi.
• Žarenje: Pri intenzivnih zmanjšanjih je lahko potrebno medpohodno žarjenje, da se obnovi duktilnost in zmanjša stanje utrujenosti materiala zaradi obdelave.

Zaključek

Zoževanje pri avtomobilskem žigosanju je dvojnost, s katero se mora spopasti vsak procesni inženir. Gre hkrati za cenjeno tehnologijo oblikovanja cevnih komponent in hkrati za določilno mejo oblikovalnosti pločevine. Z razlikovanjem med tlačnimi mehanikami proces vratanja in natezno nestabilnostjo neuspeha pri zoževanju , lahko proizvajalci optimizirajo obliko orodij in izbiro materialov. Uspeh je v uravnoteženju teh sil – izkoriščanju plastične deformacije za oblikovanje kovine, hkrati pa spoštovanju fizičnih mej, kjer se konča stabilnost in začne verskanje.

Pogosta vprašanja

1. Kaka je razlika med vlečenjem in stiskanjem (necking)?

Vlečenje je proces pod vlečni napetosti, pri katerem se ploščat kos vleče v orodje, da se ustvari globina, pri čemer se pogosto zmanjša debelina stene. Stiskanje (necking) kot proces je tlačni postopek, ki se uporablja na odprtem koncu cevi, da se zmanjša njen premer. Pri vlečenju material odteka iz flanca; pri stiskanju pa se material prisilno stisne navznoter na odprtini.

2. Kako vpliva vrednost n na nestabilnost stiskanja (necking)?

Vrednost n (eksponent utrjevanja pri obdelavi) označuje sposobnost materiala, da trdi ob deformaciji. Višja vrednost n pomeni, da material učinkoviteje upira lokalnemu zmanjševanju debeline in razporedi obremenitev na večjo površino. To neposredno zakasni pojav nestabilnosti pri stiskanju, kar omogoča globlje in bolj zapletene žongliranje.

3. Ali se vratitev lahko zazna pred pojavom loma?

Da. Čeprav je lokalno vratitev težko opaziti s prostim očesom, dokler ni huda, jo je mogoče zaznati s sistemom digitalne korelacije slik (DIC) med testiranjem. V proizvodnji je vidna »zareza« ali črta redčenja na površini plošče jasen znak, da je proces na robu razpokanja in zahteva takojšnjo prilagoditev.