Усунення пружного повернення при штампуванні в автомобілебудуванні: 3 перевірені інженерні методики

Коротко

Вирішення проблеми пружного повернення при автомобільному штампуванні вимагає багаторівневого інженерного підходу, що виходить за межі простого перевигину. Найефективніші стратегії поєднують геометрична компенсація (такі як обертальний вигин і жорсткі елементи), вирівнювання напружень (використання пост-натяжних борозен для досягнення цільового рівня розтягування 2%), і симуляцію повного циклу методом скінченних елементів (FEA) для прогнозування пружного відновлення до того, як сталь буде вирізана. Для високоміцних сталей підвищеної міцності (AHSS) критично важливо контролювати неоднорідний розподіл напружень по товщині аркуша, оскільки підвищені межі текучості експоненційно збільшують ризик вигину бічних стінок і зміни кута.

Фізика пружного повернення: пружне відновлення та градієнти напружень

Щоб ефективно усунути пружне відновлення, інженери спочатку мають кількісно визначити механізм, що його зумовлює. Пружне відновлення визначається як пружне повернення нерівномірно розподілених напружень у штампованій деталі після зняття формувального навантаження. Під час вигинання листовий метал відчуває розтягувальні напруження на зовнішньому радіусі та стискальні напруження на внутрішньому радіусі. Коли інструмент знімається, ці протилежні сили намагаються повернутися до стану рівноваги, що призводить до деформації деталі.

Це явище залежить від матеріалу Модуль Юнга (модуль пружності) та Межа текучості . Оскільки границя плинності зростає — що характерно для AHSS-марок, таких як DP980 або сталей TRIP — обсяг пружного відновлення значно збільшується. Крім того, Ефект Баушингера і деградація модуля пружності під час пластичної деформації означають, що стандартні лінійні моделі симуляції часто не можуть передбачити точну величину відновлення. Основна інженерна задача полягає не в усуненні пружності, а в регулюванні градієнта напруги таким чином, щоб відновлення було передбачуваним або нейтралізованим.

Метод 1: Компенсація на основі процесу (після витягування та встановлення упорових бусинок)

Одним із найбільш надійних методів нейтралізації закочування бічної стінки — особливо для деталей у формі каналу — є зміна розподілу пружної деформації через після розтягування встановлення упорових бусинок

Впровадження упорових бусинок

Промислові рекомендації, зокрема від WorldAutoSteel, радять застосовувати внутрішньоплощинну силу розтягування, щоб створити мінімум 2% деформації розтягування у бічній стінці. Це часто досягається за допомогою упорових бусинок (або замкові виступи), розташовані на прижимачі або пуансоні. Взаємодія з цими виступами на пізній стадії ходу преса блокує метал і змушує бічну стінку розтягуватися. Цей перехід зміщує нейтральну вісь за межі листового металу, ефективно вирівнюючи різницю напружень ($Δσ$), що спричиняє закочування.

Хоча такий метод ефективний, замкові виступи вимагають значного зусилля та міцної конструкції матриці. Більш ефективною з точки зору використання матеріалу є гібридний виступ (або виступ-скаженець). Гібридні виступи проникають у листовий метал, створюючи хвилеподібну форму, яка обмежує течію матеріалу, займаючи менше 25% площі поверхні традиційних замкових виступів і дозволяючи використовувати менші заготовки.

Активне керування силою прижиму

Для пресів, оснащених сучасними системами подушок, активне керування силою прижиму пропонує динамічне рішення. Замість постійного тиску, сила зв'язку може бути профільована, щоб збільшитись саме в нижній частині ходу. Цей спід тиску на пізній стадії забезпечує необхідне напруження стін для зменшення спрінгбэка, не викликаючи розщеплення на ранній стадії або надмірного витончення.

Метод 2: Геометричні та інструментальні рішення (перевертання і обертальне вигинання)

Коли параметри процесу не можуть компенсувати високий міцний еластичний відхід, необхідні фізичні зміни інструменту та конструкції частини. Перегинання це найпоширеніша техніка, при якій шпага призначена для вигинання частини за мету кута (наприклад, до 92° для 90° вигину), що дозволяє їй повернутися до правильного виміру.

Ротаційний вигинок проти витривальних шпагу

Для високоточних деталей AHSS обертальне згинання часто вищий за звичайні штрих-очистильні матриці. Ротаційні гнучки використовують колючу ручку для складання металу, що усуває високе тертя і тягове навантаження, пов'язані з туфлю. Цей метод дозволяє легше регулювати кут вигину (часто просто перемикаючи ковзання), щоб набрати компенсацію під час випробування.

Якщо фланс витривати вмирає необхідно, інженери повинні використовувати суперпозиція навантаження на стиснення - Я не знаю. Це включає в себе проектування радіуса стрічки трохи менше, ніж радіус частини і використання реліфу на задній частині. Ця конфігурація стискає матеріал у радіусі, викликаючи пластичну деформацію (компресивний надхід), що пригнічує еластичне відновлення. Зверніть увагу, що цей метод вимагає точного контролю, щоб уникнути тріщин у сталях вищої якості.

Ствердлюючі конструкції

Геометрія сама по собі може діяти як стабілізатор. Додавання застілювальні , такі як стрімкі фланси, стрілки або гранати через лінію вигину, можуть "зачиняти" еластичні навантаження і значно збільшувати модуль перетину. Наприклад, заміна стандартного 90-градусного шовкового перерізу шестикутним перерізом може зменшити викрутування бокових стін, більш сприятливо розподіляючи напругу на вигиб.

Метод 3: Сімюляція та FEA повного циклу

Сучасне управління "спрингбаком" сильно залежить від Скінченого елементного аналізу (SEA) - Я не знаю. Однак, поширена помилка - симуляція лише операції малюнка. Точне передбачення вимагає Симуляція повного циклу це включає малювання, обрізку, пірсінг і фланц.

Дослідження від AutoForm підкреслюють, що вторинні операції значно впливають на остаточний прорив. Наприклад, сили затирання і різання під час обрізування можуть викликати нові пластичні деформації або звільнити залишкові напруги, які змінюють форму частини. Для досягнення надійності моделювання інженери повинні:

• Використовуйте передові матеріальні карти, які враховують кінематичну твердість (модель Йошида-Уеморі).
• Сімюлюйте фактичну секвенцію закриття інструмента та звільнення зв'язка.
• Включити вплив гравітації (як частина сидить на контрольному пристрої).

Сподівуючи компенсаційну поверхню перед обробкою шпалери, виробники можуть зменшити кількість фізичних циклів відправлення з 5-7 до 2-3.

Мостові сполучення моделювання та виробництва

Хоча моделювання дає дорожню карту, фізичне підтвердження залишається останнім перешкодою. Перехід від цифрової моделі до фізичної штампування, особливо при масштабуванні від прототипу до масового виробництва, вимагає виробничого партнера, здатного виконувати ці складні стратегії компенсації. Компанії, як Shaoyi Metal Technology спеціалізуються на усуненні цього розриву. За сертифікатом IATF 16949 та потужністю прес до 600 тонн вони можуть перевіряти конструкції інструментів для критичних компонентів, таких як ручні ручки і підкадра, забезпечуючи те, що теоретична компенсація відповідає реальності на майданчику.

Порівняння стратегій компенсації

Вибір правильного методу залежить від геометрії деталей, якості матеріалу та обсягу виробництва. У таблиці нижче порівняно основні підходи.

Висновок

Вирішення проблем не означає усунення законів фізики, а їх освоєння. Поєднанням геометричного перегибу з процесом після розтягування та перевіркою результатів за допомогою суворого моделювання повного циклу, інженери автомобілів можуть досягти жорстких толерантності навіть з непередбачуваними класами AHSS. Ключом є вирішення рівняння напруги на ранній стадії розробки, а не покладатися виключно на корекції випробування.

ЧаП

1. Чому прорив більш жорсткий у високопроможному сталі (AHSS) в порівнянні з м'якою сталею?

Спрингбек прямо пропорційний міцності матеріалу. АХСС мають значно вищу міцність (часто від 590 до понад 1000 МПа) у порівнянні з м'якою сталею. Це означає, що вони можуть зберігати більше еластичної енергії під час деформації, що призводить до більшої величини відновлення (перевернення) при звільненні навантаження інструмента. Крім того, AHSS часто проявляє більшу загартову роботу, що ще більше ускладнює розподіл напруги.

2. Яка різниця між зміною кута і закрученням бокової стіни?

Кутові зміни відноситься до відхилення кута вигину (наприклад, 90° вигину, що відкривається до 95°), викликаного простим еластичним відновленням на радіусі вигину. Закручення бічної стінки є викривленням самої плоської бокової стіни, викликаної різницею решту напруги між шарями товщини листового металу. Хоча зміни кута часто можуть бути фіксовані з перегибом, закручення бокових стін зазвичай вимагає вирішення рішень, заснованих на напрузі, таких як після розтягування (колючки).

3. Чи може посилення сили зв'язку усунути проріз?

Просто збільшення сили зв'язку в цілому рідко достатньо, щоб усунути відмову у високопроможних матеріалах і може призвести до розщеплення або надмірної розтончення. Однак, активне керування силою прижиму де тиск підвищується спеціально в кінці ходуможна ефективно застосувати необхідне напруження бокових стін (посля розтягування), щоб зменшити відступ без шкоди для формованості під час початкового витягу.