Reševanje povratnega upogibanja pri avtomobilskem žigosanju: 3 preizkušene inženirske metode

POVZETEK

Reševanje povratnega ukrivljanja pri avtomobilski žigosi zahteva večplastni inženirski pristop, ki gre prek preprostega prekomernega upogibanja. Najučinkovitejše strategije združujejo geometrijska kompenzacija (kot so rotacijsko upogibanje in okrepitve), uravnoteženje napetosti (z uporabo razteznih vpenjalnih rebrov za doseg tega ciljnega 2% natezne obremenitve), ter simulacijo FEA v celotnem ciklu za napovedovanje elastičnega odziva, preden se jeklo sploh prereže. Pri naprednih visokotrdnih jeklih (AHSS) je ključnega pomena upravljanje neenakomernega razporeditve napetosti skozi debelino pločevine, saj višje natezne trdnosti eksponentno povečujejo možnost stranskega zvijanja in spremembo kota.

Fizika povratnega ukrivljanja: elastični odziv in gradienti napetosti

Za učinkovito reševanje odporna, morajo inženirji najprej kvantificirati mehanizem, ki ga povzroča. Odporn je opredeljen kot elastična obnova neenakomerno porazdeljenih napetosti znotraj kovanega dela po odstranitvi oblikovalnega bremena. Med upogibanjem pločevina izkuša vlečne napetosti na zunanjem polmeru in tlačne napetosti na notranjem polmeru. Ko orodje spusti, se ti nasprotni sili poskušata vrniti v ravnovesje, kar povzroči deformacijo dela.

To pojavljanje ureja Youngov modul (elastični modul) in Kazalec lege . Ko se narašča trdnost pri raztezanju – kar je pogosto pri sortah AHSS, kot sta DP980 ali TRIP jeklu – se količina elastične obnove znatno poveča. Poleg tega Bauschingerjev učinek in degradacija elastičnega modula med plastično deformacijo pomenita, da standardni linearni simulacijski modeli pogosto ne uspejo napovedati točne velikosti povratka. Osnovni inženirski izziv ni odprava elastičnosti, temveč sprememba gradienta napetosti tako, da je povrnitev predvidljiva ali nevtralizirana.

Metoda 1: Kompenzacija na podlagi procesa (po raztezanju in vpenjalni žleb)

Ena najbolj zanesljivih metod za nevtralizacijo upogibanja bočnih sten – še posebej pri delih oblike kanala – je sprememba porazdelitve elastične deformacije prek po-strechanje . Cilj je spremeniti stanje napetosti bočne stene iz mešanega nateznopritisknega gradienta v enakomerno natezno stanje skozi celotno debelino.

Uvedba vpenjalnih žlebov

Industrijska navodila, vključno z navodili WorldAutoSteel, priporočajo uporabo v ravnini usmerjene natezne sile za ustvarjanje najmanj 2 % natezne deformacije v bočni steni. To se pogosto doseže z uporabo vpenjalnih žlebov (ali zaklepne žlebke), ki se nahajajo na držalu pločevine ali na bati. S tem, da se te žlebke vklopijo pozno v poti bata, postopek zaklene kovino in prisili stransko steno, da se raztegne. Ta premik premakne nevtralno os izven pločevine, kar učinkovito izenači napetostno razliko ($Δσ$), ki povzroča curling.

Čeprav so učinkovite, zahtevajo zaklepne žlebke znatno silo in trdno izdelano orodje. Bolj učinkovita alternativa glede na porabo materiala je hibridna žlebka (ali žlebka stinger). Hibridne žlebke predirajo skozi pločevino in ustvarijo valovito obliko, ki omejuje tok materiala, pri čemer zasedejo manj kot 25 % površine konvencionalnih zaklepni žlebk in omogočajo manjše oblike izrezkov.

Aktivno krmiljenje sile držala

Za prese, opremljene z naprednimi blazinastimi sistemi, aktivno krmiljenje sile držala ponuja dinamično rešitev. Namesto stalnega tlaka se vezavna sila lahko profilira tako, da se posebej poveča na dnu koraka. Ta pozna stopnja pritiska zagotavlja potrebno napetost stene za zmanjšanje povratnega ukrivljanja, ne da bi pri tem povzročila razpoke v zgodnji fazi ali preveč tanke stene.

Metoda 2: Geometrijske in orodne rešitve (prekrivno upogibanje in rotacijsko upogibanje)

Ko sami procesni parametri ne morejo kompenzirati visoke elastične povratne energije, so potrebne fizične spremembe orodja in oblike dela. Prekrivljanje je najpogosta tehnika, pri kateri je kalup zasnovan tako, da upogne del preko ciljnega kota (npr. na 92° za 90° upogib), da se lahko nazaj upogne v pravilne mere.

Rotacijsko upogibanje proti brizgalnim kalupom za flanec

Za visoko natančne dele AHSS, rotacijsko upogibanje je pogosto boljši od konvencionalnih žlebov za brisanje flančev. Rotacijski upogibači uporabljajo nihalo za prepogibanje kovine, kar odpravi visoko trenje in vlečne obremenitve, povezane s kliznim čevljem. Ta metoda omogoča lažjo nastavitev kota upogiba (pogosto preprosto z dodajanjem podložk na nihalo), da se natančno prilagodi kompenzacija med preskušanjem.

Če so potrebni žlebi za brisanje flančev, morajo inženirji uporabiti superpozicijo tlačnih napetosti . Vključuje načrtovanje radija orodja, ki je nekoliko manjši od radija dela, in uporabo nazadnje razbremenitve na bati. Ta konfiguracija stisne material na radiju, kar povzroči plastično deformacijo (tlačno tečenje), ki oslabi elastični povratek. Upoštevajte, da ta metoda zahteva natančno nadzorovanje, da se izognemo razpokam pri jeklih višjega razreda.

Načrtujte utrditve

Geometrija sama lahko deluje kot stabilizator. Dodajanje utrditev , kot so korakaste flanže, puščice ali žlebovi čez linijo upogiba, lahko »zaklenejo« elastične raztegnjenosti in znatno povečajo modul preseka. Na primer, zamenjava standardnega 90-stopinjskega profila v obliki klobuka s šestkotnim presekom lahko naravno zmanjša ukrivljanje bočnih sten tako, da porazdeli napetosti pri upogibanju ugodnejše.

Metoda 3: Simulacija in celotni FEA cikel

Sodobno upravljanje povratnega upogibanja zelo zanesljivo temelji na Analize končnih elementov (FEA) . Vendar je pogosta napaka, da se simulira le operacija vlečenja. Za točno napovedovanje je potrebna Simulacija celotnega cikla , ki vključuje vlečenje, rezkanje, izvrtavanje in flanžiranje.

Raziskave podjetja AutoForm poudarjajo, da sekundarne operacije znatno vplivajo na končno povratno upogibanje. Na primer lahko sile pripenjanja in rezanja med rezkanjem povzročijo nove plastične deformacije ali sprostijo ostankovne napetosti, ki spremenijo obliko dela. Za doseganje zanesljivosti simulacije morajo inženirji:

• Uporabiti napredne kartice materialov, ki upoštevajo kinematično utrjevanje (Yoshida-Uemori model).
• Simuliraj dejanski zapiralni postopek orodja in sprostitev prijemal.
• Vključi učinke gravitacije (kako del leži na preverjalnem pritrdilu).

Z simulacijo kompenzirane površine pred obdelavo kalupa lahko proizvajalci zmanjšajo število fizičnih ponovnih rezov iz 5–7 na 2–3.

Povezovanje simulacije in proizvodnje

Čeprav simulacija zagotavlja načrt, ostaja fizična validacija končna ovira. Prehod iz digitalnega modela v fizično žigosano komponento – zlasti pri povečevanju obsega iz prototipa na serijsko proizvodnjo – zahteva proizvodnega partnerja, ki je sposoben izvesti te kompleksne strategije kompenzacije. Podjetja kot so Shaoyi Metal Technology specializirana za premostitev tega razmika. Z certifikatom IATF 16949 in zmogljivostmi stiskal do 600 ton lahko validirajo načrte orodij za kritične komponente, kot so nosilci upravljalnega ročaja in podokvirji, ter tako zagotovijo, da teoretična kompenzacija ustrezajo resničnosti na proizvodni liniji.

Primerjava strategij kompenzacije

Izbira prave metode je odvisna od geometrije dela, razreda materiala in količine proizvodnje. Spodnja tabela primerja glavne pristope.

Zaključek

Reševanje problema Springbacka ni odstranitev zakonov fizike, ampak njihovo obvladovanje. Z kombinacijo geometrijskega pregiba z procesom, ki ga vodi proces, in preverjanjem rezultatov s strogim simulacijskim ciklom, lahko avtomobilski inženirji dosežejo tesne tolerance tudi pri nepredvidljivih stopnjah AHSS. Ključ je, da se v fazi oblikovanja obravnava poravnava stresa, ne pa da se zanašamo samo na popravke.

Pogosta vprašanja

1. - Vprašanje: Zakaj je v naprednem visoko trdnem jeklinu (AHSS) v primerjavi z blažim jeklom bolj strogo?

Springback je neposredno sorazmeren z močjo materiala. AHSS razred ima znatno višjo trdnost izpuščaja (pogosto od 590 MPa do več kot 1000 MPa) v primerjavi z blažim jeklom. To pomeni, da lahko med deformacijo shranijo več elastične energije, kar povzroči večjo velikost okrevanja (odprtje) pri sproščanju obremenitve orodja. Poleg tega AHSS pogosto kaže večjo trdo delo, kar dodatno otežuje porazdelitev stresa.

2. Vprašanje: Kakšna je razlika med spremembo kota in krivuljo bočne stene?

Sprememba kota se nanaša na odstopanje kota upogibanja (npr. 90° upogib, ki se odpre do 95°), ki ga povzroči preprosto elastično okrevanje na polmerju upogibanja. Zvijanje stranske stene je ukrivljenost same ravne bočne stene, ki jo povzroča razlika v preostalem naporu med plastmi debeline pločevine. Medtem ko se lahko prelom v kotu pogosto popravi s pregibavanjem, je za reševanje krivulje bočne stene običajno potrebna rešitev, ki temelji na napetosti, kot je potegovanje (kroglice).

3. Vprašanje: Ali lahko povečanje sile vezave odpravi vrnitev?

Samo povečanje globalne sile veziva redko zadostuje za odpravo ponovitve v visoko trdnih materialih in lahko vodi do razpadanja ali prekomernega redčenja. Vendar pa aktivno krmiljenje sile držala kjer se tlak poveča posebej na koncu potezalahko učinkovito uporabi potrebno napetost bočne stene (post-stretch), da zmanjša vzpon, ne da bi ogrozil oblikljivost med začetnim potezom.