Otomotiv Şekillendirmede Yaylanmayı Giderme: 3 Kanıtlanmış Mühendislik Yöntemi

Özet

Otomotiv preslemede yaylanmayı çözme, basit aşırı bükmeden ileriye doğru çok katmanlı bir mühendislik yaklaşımı gerektirir. En etkili stratejiler geometrik telafidir (döner bükme ve takviyeler gibi), gerilme dengeleme (hedef 2% çekme birim şekil değiştirme elde etmek için gerilimli zımba boncukları kullanarak), ve tam döngü FEA simülasyonu çeliğin kesilmesinden önce elastik geri dönüşü tahmin etmek için kullanılır. İleri Yüksek Mukavemetli Çelikler (AHSS) için, sac kalınlığı boyunca değişken gerilme dağılımını yönetmek kritik öneme sahiptir çünkü daha yüksek akma mukavemetleri, yan duvar kıvrılmasına ve açısal değişime olan potansiyeli katlanarak artırır.

Yaylanmanın Fiziği: Elastik Geri Dönüş ve Gerilme Gradları

Eğilme sonrası geri dönüşü etkili bir şekilde çözmek için mühendisler önce onu yönlendiren mekanizmayı nicel olarak belirlemelidir. Geri dönüş, şekillendirme yükü kaldırıldıktan sonra basılmış bir parçadaki eşit olmayan gerilmelerin elastik geri dönüşü olarak tanımlanır. Eğilme sırasında sac metal, dış yarıçapta çekme gerilmesi ve iç yarıçapta ise basınç gerilmesi yaşar. Kalıp bırakıldığında bu zıt kuvvetler dengeye geri dönmeye çalışır ve parça bozulur.

Bu fenomen malzemenin Elastisite Modülü (elastisite modülü) ve Akma Dayanımı . Artan akma mukavemeti—DP980 veya TRIP çelikleri gibi AHSS kalitelerinde yaygın olarak görülen—elastik geri dönüş miktarını önemli ölçüde artırır. Ayrıca, Bauschinger etkisi ve plastik deformasyon sırasında elastik modülüsün bozulması, standart doğrusal simülasyon modellerinin geri dönüşün gerçek miktarını tahmin etmekte sıklıkla başarısız olmasına neden olur. Temel mühendislik zorluğu elastikiyeti ortadan kaldırmak değil, geri dönüşü öngörülebilir veya nötr hâle getirecek şekilde gerilim gradyanını değiştirmektir.

Yöntem 1: Sürece Dayalı Telafi (Gerdirme ve Diken Çıkıntılar)

Yan duvar kıvrılmasını özellikle kanal şeklindeki parçalarda nötr hale getirmenin en sağlam yöntemlerinden biri, elastik şekil değiştirme dağılımını değiştirerek gerildikten Sonra yan duvarın gerilim durumunu kalınlık boyunca karışık çekme-basma gradyenden, tamamı boyunca tek tip çekme durumuna dönüştürmektir.

Diken Çıkıntıların Uygulanması

WorldAutoSteel dahil olmak üzere sektör kılavuzları, yan duvarda minimum %%2 çekme şekil değişimi oluşturmak için düzlem içi çekme kuvveti uygulamayı önerir. Bu genellikle diken çıkıntılar (veya kilit dişleri) boşta tutucuda veya zımbada bulunur. Bu dişlerin pres strokunun geç evrelerinde devreye girmesi, metalin kilitlenmesini ve yan duvarın gerilmesini sağlar. Bu değişim, saç metalin dışına doğru kayan nötr ekseni hareket ettirerek kıvrılmaya neden olan gerilim farkını ($Δσ$) etkin bir şekilde dengeler.

Etkili olmalarına rağmen, kilit dişleri önemli ölçüde tonaj ve sağlam kalıp yapısı gerektirir. Daha malzeme verimli bir alternatif ise hibrit diş (veya stinger diş). Hibrit dişler, akışı kısıtlamak için saç metale nüfuz ederek dalga şeklinde bir yapı oluşturur, geleneksel kilit dişlerinin yüzey alanının %25'inden daha azını gerektirir ve daha küçük boşluk boyutlarına izin verir.

Aktif sac tutucu kuvvet kontrolü

İleri seviye yastık sistemleriyle donatılmış presler için aktif sac tutucu kuvvet kontrolü dinamik bir çözüm sunar. Sabit bir basınç yerine, bağlayıcı kuvvet darbenin özellikle alt kısmında artacak şekilde profillendirilebilir. Bu geç aşamadaki basınç patlaması, erken aşamada çatlama veya aşırı incelme olmadan yaylanmayı azaltmak için gerekli duvar gerilimini sağlar.

Yöntem 2: Geometrik ve Kalıp Çözümleri (Aşırı Bükme ve Döner Bükme)

İşlem parametreleri yalnızca yüksek mukavemetli elastik geri dönüşü telafi edemiyorsa, kalıp ve parça tasarımında fiziksel değişiklikler yapılması gerekir. Aşırı Büküm en yaygın tekniktir ve matris, hedef açıdan daha fazla bükülecek şekilde tasarlanır (örneğin, 90°'lik bir büküm için 92°), böylece doğru boyuta geri dönebilir.

Döner Bükme ile Flanş Silme Kalıpları

Yüksek hassasiyetli AHSS parçalar için, döner Büküm geleneksel flanş silme kalıplarına göre sıklıkla daha üstündür. Döner bükücüler, metali katlamak için bir salınım mekanizması kullanır ve bu da silme ayakkabısıyla ilişkili yüksek sürtünmeyi ile çekme yüklemesini ortadan kaldırır. Bu yöntem, deneme sırasında telafi miktarını ayarlamak için büküm açısının daha kolay ayarlanmasını sağlar (genellikle salınım mekanizmasının şimlenmesiyle).

Eğer flanş silme kalıpları gerekiyorsa, mühendisler basınç gerilimi üstünlüğünü kullanmalıdır. Bu, kalıp yarıçapının parça yarıçapından biraz daha küçük olacak şekilde tasarlanması ve zımbada geri relief kullanılmasını içerir. Bu konfigürasyon, malzemeyi yarıçap bölgesinde sıkıştırarak plastik deformasyona (basınçlı akma) neden olur ve bu da elastik geri dönüşü azaltır. Bu yöntemin yüksek kaliteli çeliklerde çatlama riskini önlemek için hassas kontrol gerektirdiğine dikkat edilmelidir.

Takviyeleri Tasarlayın

Geometri kendisi bir stabilizatör olarak işlev görebilir. Takviye eklemek , örneğin adım flange, dart, veya boncuklar bükme çizgisinde, elastik gerginlikleri "kilitleyebilir" ve kesim modülünü önemli ölçüde artırabilir. Örneğin, standart bir 90 derecelik şapka kesiminin altıgen çapraz kesimle değiştirilmesi, bükme gerginliklerini daha elverişli bir şekilde dağıtarak yan duvar kıvrımını doğal olarak azaltabilir.

Metod 3: Simülasyon ve Tam Döngü FEA

Modern springback yönetimi ağırlıklı olarak Sonlu eleman analizi (FEA) - Evet. Bununla birlikte, yaygın bir hata sadece çizim işlemini simüle etmektir. Doğru tahmin bir Tam Döngü Simülasyonu çizim, kesim, delme ve flanging de dahil.

AutoForm'den yapılan araştırmalar ikincil işlemlerin nihai geri dönüşü önemli ölçüde etkilediğini vurgular. Örneğin, kesim sırasında sıkıştırma ve kesme kuvvetleri yeni plastik deformasyonlara neden olabilir veya parçanın şeklini değiştiren kalıntı gerginlikleri serbest bırakabilir. Simülasyon güvenilirliği elde etmek için mühendisler şunları yapmalıdır:

• Kinematik sertleşmeyi hesaba katlayan gelişmiş malzeme kartları kullanın (Yoshida-Uemori modeli).
• Alet kapanış ve bağlayıcı serbest bırakma sırasını simüle edin.
• Yerçekimi etkilerini (parçanın kontrol cihazına nasıl oturduğunu) dahil edin.

Matrisin işlenmesinden önce telafi yüzeyini simüle ederek, üreticiler fiziksel geri dönüş döngülerinin sayısını 5-7'ten 2-3'e kadar azaltabilirler.

Simülasyon ve Üretimi Köprülemek

Simülasyon yol haritasını sağlasa da, fiziksel doğrulama son engeldir. Dijital modelden fiziksel damgalamaya geçiş, özellikle prototipten seri üretime ölçeklendirilme sırasında, bu karmaşık tazminat stratejilerini uygulayabilen bir üretim ortağı gerektirir. Şirketler gibi Shaoyi Metal Technology bu boşluğu kapatmak için uzmanlaşmış. IATF 16949 sertifikası ve 600 tona kadar baskı kapasitesi ile, kontrol kolları ve alt çerçeveler gibi kritik bileşenler için alet tasarımlarını doğrulayabilirler ve teorik telafiye işyerindeki gerçekle uyumlu olmasını sağlarlar.

Ödeme stratejilerinin karşılaştırılması

Doğru yöntemi seçmek parça geometri, malzeme kalitesi ve üretim hacmine bağlıdır. Aşağıdaki tablo, ana yaklaşımları karşılaştırıyor.

Sonuç

Springback'i çözmek fizik yasalarını ortadan kaldırmak değil, onları yönetmekle ilgilidir. Geometrik bükülmeyi süreç odaklı geriden germe ile birleştirerek ve sonuçları titiz tam döngü simülasyonu ile doğrulayarak, otomotiv mühendisleri öngörülemeyen AHSS dereceleriyle bile sıkı toleranslar elde edebilir. Anahtar, sadece deneme düzeltmelerine güvenmek yerine, tasarım aşamasında erken bir zamanda stres eşitlemesini ele almaktır.

SSS

1. Birinci sınıf. Neden gelişmiş yüksek dayanıklılıklı çeliklerde (AHSS) hafif çeliklere kıyasla daha sert bir sıçrama vardır?

Springback, malzemenin verim gücüne doğrudan orantılıdır. AHSS sınıfları, hafif çeliklere kıyasla önemli ölçüde daha yüksek verimlilik güçlerine sahiptir (genellikle 590 MPa'dan 1000 MPa'ya kadar). Bu, deformasyon sırasında daha fazla elastik enerji depolayabildikleri anlamına gelir ve bu da alet yükü serbest bırakıldığında daha büyük bir geri kazanım (bahar) ile sonuçlanır. Ek olarak, AHSS genellikle daha fazla çalışma sertleşmesini gösterir, bu da stres dağılımını daha da karmaşıklaştırır.

2. Bir şey. Köşe değişimi ile yan duvar kıvrımları arasındaki fark nedir?

Açısal değişim eğitme açısının sapmasına (örneğin, 90°'luk bir eğimin 95°'ya kadar açılması) işaret eder. Yan duvar kıvrılması düz yan duvarın kendisinin, metal plaka kalınlığının katmanları arasındaki kalıntı gerginliğinin farkından kaynaklanan bir eğriliğidir. Köşe değişimi genellikle aşırı bükme ile düzeltilebilirken, yan duvar kıvrımları genellikle çözülmek için post-stretching (peki boncukları) gibi gerginlik tabanlı çözümler gerektirir.

3. Bağlayıcı kuvveti artırmak yaylanmayı ortadan kaldırabilir mi?

Yüksek mukavemetli malzemelerde yaylanmayı ortadan kaldırmak için genel olarak bağlayıcı kuvveti artırmak nadiren yeterlidir ve çatlama veya aşırı incelmeye neden olabilir. Ancak, aktif sac tutucu kuvvet kontrolü —vuruş sonunda basınç özellikle artırılan yerde—çekme sırasında biçimlendirilebilirliği tehlikeye atmaksızın yaylanmayı azaltmak için gerekli yan duvar gerilimini (post-stretch) etkili bir şekilde uygulayabilir.