Rozwiązanie problemu sprężynowania podczas symulacji i formowania ultrawytrzymałych stali motoryzacyjnych

Kiedy stosowana jest stal wysokowytrzymała (AHSS/UHSS), konieczne jest uwzględnienie sprężynowania w symulacjach formowania, procesach tłoczenia – a nawet w projektowaniu geometrii elementu samochodu. Ten artykuł podsumowuje najważniejsze informacje z niedawnego webinarium SSAB dotyczącego sprężynowania.

Rodzaje sprężynowania stali AHSS/UHSS

Istnieją dwa rodzaje sprężynowania stali AHSS/UHSS: jeden występuje w promieniu podczas formowania, a drugi w płaszczyźnie, którego efektem jest „podwijanie ścianek”. Na wielkość sprężynowania ma wpływ wytrzymałość stali, jej moduł Younga oraz umocnienie w wyniku formowania.

Przeprowadzając symulację odkształcenia w promieniu, nie można użyć tylko wykresu granicy formowania – wykreśla on środkową warstwę stali i dlatego może być dość niski, np. 1% lub 2%. Wykreślając wszystkie warstwy, w tym warstwy zewnętrzne, można wykryć znacznie większe odkształcenie plastyczne, np. 11% lub więcej.

Aby porównać symulowane wyniki sprężynowania powrotnego stali AHSS/UHSS ze skanami faktycznie uformowanej części, firma SSAB stworzyła konstrukcję zderzaka do celów testowania różnych modeli materiałów. Używając prostego modelu umocnienia izotropowego Hill 90, przewidywane sprężynowanie zderzaka było dość dobrze skorelowane z faktycznie uformowaną częścią. Podobny wynik miał miejsce przy użyciu modelu umocnienia izotropowego BBC2005 (dobra korelacja z rzeczywistą częścią). Stosując kinematyczne modele umocnienia trzeba pamiętać, że ich parametry będą miały duży wpływ na sprężynowanie; przy odpowiednich parametrach modele kinematyczne zapewnią bardzo dobrą korelację z rzeczywistą częścią. Dlatego szczególnie ważne jest, aby podczas symulacji używać bardzo dobrych danych pomiarowych dla materiałów AHSS/UHSS o wyższej wytrzymałości.

Rodzaje sprężynowania

Geometria części ma duży wpływ na sprężynowanie. Na przykład profil w kształcie pojedynczego kapelusza cechuje się znacznie silniejszym sprężynowaniem (podwijaniem ścianek) niż profil w kształcie podwójnego kapelusza, przed jakąkolwiek kompensacją sprężynowania dla obu konstrukcji. Dzieje się tak, ponieważ promienie podwójnego kapelusza biegną w przeciwnych kierunkach, więc efekty sprężynowania z grubsza „znoszą się” nawzajem.

Aby skompensować sprężynowanie na profilu w kształcie pojedynczego kapelusza, kiedy stosowana jest stal AHSS, na przykład dwufazowa 600 MPa lub 800 MPa, można spróbować rozciągnąć ściankę części, a następnie użyć ostrzejszego promienia, silniej wpływając na odkształcenie ścianki. Ale w przypadku gatunków stali gigapaskalowej o wyższej wytrzymałości (1000 MPa lub więcej) niezbędne jest inne rozwiązanie. Można umieścić krzywkę wewnątrz narzędzia, aby zmienić kierunek formowania, a następnie modyfikować tarcie, obniżając zmienność części z, na przykład, ponad 0,7 mm do maksymalnie 0,5 mm. Webinarium dotyczące sprężynowania powrotnego przedstawia film przedstawiający ten wieloetapowy proces formowania.

Podwijanie ścianek

Aplikacja BendCalc firmy SSAB i model materiałowy do szacowania sprężynowania podczas czystego zginania

BendCalc, aplikacja na telefony firmy SSAB, jest pierwszym oprogramowaniem do przewidywania rzeczywistego sprężynowania podczas czystego zginania materiałów AHSS/UHSS. Ustawienia obejmują wybór gatunku stali Docol®, ostatecznego pożądanego kąta, planowanej geometrii, poziomu tarcia i innych warunków konfiguracji. BendCalc można pobrać bezpłatnie z App Store lub Google Play.

Aplikację BendCalc opracowano na podstawie następującego modelu teoretycznego. Najpierw firma SSAB przeprowadziła próby zginania w warunkach bez tarcia, podobne do procedury próby zginania VDA 238-100, aby wykreślić krzywą siły w zależności od długości (lub położenia) skoku. Dane te zostały następnie przeniesione na moment w przekroju poprzecznym i kąt gięcia, zwracając uwagę na geometrię do konfiguracji zginania.

Stosując oszacowany moment możliwe jest również ciągłe obliczanie aktualnego kształtu kąta krzywizny kołnierzy części – oraz kąta styku arkusza z nożem. Wszystkie te indywidualne kąty oddzielnie wpływają na ostateczną wielkość sprężynowania elementu ze stali AHSS/UHSS. Model BendCalc wykazuje dużą zgodność z ogromną liczbą rzeczywistych prób zginania wykonywanych w zakładach SSAB, co pozwala na wprowadzenie konfiguracji geometrii w celu oszacowania sprężynowania, długości skoku, maksymalnej siły i innych parametrów.

Aplikacja mobilna BendCalc

Stabilizacja formowania AHSS/UHSS za pomocą zalecanych gatunków narzędzi

SSAB ma ponad 40-letnie doświadczenie w zakresie rozwiązań ze stali narzędziowej o wysokiej wytrzymałości (HSS). Specjalistyczną wiedzę czerpiemy z rzeczywistych wyników produkcyjnych naszych klientów, a także z uczestnictwa w różnych projektach badawczo-rozwojowych analizujących długie serie. Zachęcamy do pobrania naszej 40-stronicowej broszury „Rozwiązania narzędziowe dla zaawansowanych stali o wysokiej wytrzymałości”, zawierającej szczegółowe zalecenia dotyczące stali narzędziowej.

W operacjach formowania mechanizmy uszkodzeń narzędzi obejmują zacieranie się, ścieranie i odkształcenia plastyczne, natomiast operacje wycinania mogą również powodować odpryski i pękanie. W przypadku nieoptymalnych metod obróbki stali narzędziowej tarcie może z czasem narastać, zwiększając efekt sprężynowania i powodując, że części wykraczają poza zakres tolerancji. Innym problemem może być wyszczerbianie się narzędzia podczas wycinania, co skutkuje niską jakością krawędzi cięcia, a w konsekwencji do ryzyka nagłego pękania kołnierzy.

SSAB zapewnia bardzo szczegółowe wytyczne dotyczące gatunków stali narzędziowych do tłoczenia stali Docol® AHSS/UHSS o twardości ≥ 60 HRC, aby zapobiec uplastycznianiu, i zazwyczaj zaleca wykończenie powierzchni (powłoki). Początkowe wyższe koszty tych wysokowydajnych stali narzędziowych zostaną z nawiązką zrekompensowane przez zmniejszenie przestojów w produkcji oraz kosztów remontów/konserwacji oprzyrządowania.

Tłoczenie gatunków stali AHSS/UHSS o wyższej wytrzymałości oznacza wyższe ciśnienia i zwiększone ryzyko zacierania. Aby zapewnić stabilne warunki tarcia, zaprojektuj wkładkę narzędziową i użyj stali narzędziowej z powierzchnią wykończoną PVD/CVD lub Duplex. Przed nałożeniem powłoki bardzo istotny jest proces polerowania. Wypoleruj wykończenie powierzchni do co najmniej Ra< 0,2 µm, a w bardzo krytycznych miejscach do Ra 0,05 µm, aby uniknąć pękania, zacierania i zwiększonego tarcia.

W przypadku formowania na zimno i wycinania elementów ze stali AHSS/UHSS polecamy stal narzędziową Toolox® firmy SSAB, z możliwością hartowania powierzchni pod powłokę PVD, hartowania laserowego, hartowania indukcyjnego i azotowania. Stal Toolox® charakteryzuje się mniejszym tarciem ze względu na wysoki poziom mikroczystości, bardzo wysokim współczynnikiem tłumienia ze względu na odporność na wibracje, wysoką wytrzymałością zmęczeniową oraz wysoką odpornością na odpryski i pękanie.

Okładka broszury „Rozwiązania narzędziowe”
pdf 1,32 Mb
Docol® Tooling solutions for advanced high strength steels

Powiązane dokumenty

180