Takaisinjouston hallinta autoteollisuuden ultralujien terästen simuloinnissa ja muovauksessa

Kun siirryt käyttämään pitkälle kehitettyjä erikoislujia teräksiä (AHSS/UHSS), takaisinjouston suunnittelu on tärkeää muovaussimulaatioiden, puristusmuovausprosessien ja jopa auton komponenttien geometrian kannalta. Tämä artikkeli kattaa SSAB:n hiljattain julkaistun takaisinjoustowebinaarin tärkeimmät kohdat.

AHSS-/UHSS-terästen takaisinjoustotyypit

AHSS-/UHSS-teräksissä on kahdentyyppistä takaisinjoustoa: toinen esiintyy säteellä muovauksen aikana ja toinen tasossa, jolloin syntyy sivun kaarevuus. Takaisinjouston määrään vaikuttavat teräksen lujuus, Youngin moduuli ja muokkauslujittuminen.

Kun suoritat venymän simulaatiota säteellä, et voi käyttää vain muovausrajakaaviota – se kuvaa teräksen keskikerroksen ja voi siksi olla melko alhainen, esim. 1 tai 2 prosenttia. Ottamalla huomioon kaikki kerrokset, myös uloimmat, voidaan havaita plastiset muodonmuutokset, jotka ovat paljon suurempia, esim. vähintään 11 %.

Jotta simuloitua AHSS-/UHSS-teräksen takaisinjoustoa voitaisiin verrata todellisen muovatun osan takaisinjoustoon, SSAB kehitti puskurimallin erilaisten materiaalimallien testaamista varten. Isotrooppisen Hill 90 -lujittumismallin avulla puskurin ennustettu takaisinjousto korreloi melko hyvin muovatun osan kanssa. Samankaltainen tulos ilmeni käytettäessä isotrooppista BBC2005-lujittumismallia (hyvä korrelaatio todellisen osan kanssa). Jos käytät kinemaattisia lujittumismalleja, on tärkeää muistaa, että niiden parametrit vaikuttavat suurelta osin takaisinjoustokäyttäytymiseen: oikeilla parametreilla kinemaattiset mallit vastaavat todellisia osia erittäin hyvin. Siksi simulaatioissa on erityisen tärkeää käyttää laadukasta mitattua tietoa erikoislujista AHSS-/UHSS-teräksistä.

Takaisinjouston tyypit

Osien geometrialla on suuri vaikutus takaisinjoustoon. Esimerkiksi yksinkertaisen hattuprofiilin takaisinjousto (sivuseinän kaarevuus) on huomattavasti suurempi kuin kaksinkertaisen hattuprofiilin, ennen kuin jommankumman mallin takaisinjoustoa kompensoidaan. Tämä johtuu siitä, että kaksinkertaisen hattuprofiililin säteet osoittavat vastakkaisiin suuntiin, joten takaisinjoustot jossain määrin ”mitätöivät” toisiaan.

Jos käytät AHSS-terästä, joka on esimerkiksi 600 MPa:n tai 800 MPa:n kaksifaasiteräs, voit yrittää venyttää osan seinämää ja käyttää näin terävämpää sädettä, joka vaikuttaa paremmin seinän muodonmuutoksiin. Lujempien gigapascal-teräslaatujen (vähintään 1 000 MPa) tapauksessa tarvitaan kuitenkin toinen ratkaisu. Työkalun sisällä voi olla epäkesko muovaussuunnan vaihtamiseksi ja kitkan muuttamiseksi, jolloin osan variaatio voi olla esimerkiksi yli 0,7 mm:n ja enintään 0,5 mm:n välillä. Takaisinjoustowebinaarissa näytetään video tästä monivaiheisesta muovausprosessista.

Sivun kaarevuus

SSAB:n BendCalc-sovellus ja materiaalimalli takaisinjouston arviointiin puhtaassa taivutuksessa

SSAB:n BendCalc-sovellus on ensimmäinen ohjelmisto, jonka avulla voidaan ennustaa AHSS-/UHSS-materiaalien puhdasta taivutusta. Asetukset sisältävät haluamasi Docol®-teräslaadun, halutun lopullisen kulman, geometrian, kitkatason ja muiden asetusolosuhteiden valinnan. BendCalc-sovelluksen voi ladata ilmaiseksi App Store- tai Google Play -palvelusta.

BendCalc-ohjelmiston teoreettinen malli on seuraavanlainen. Ensin SSAB suoritti taivutustestit kitkattomissa olosuhteissa, kuten VDA 238-100 -taivutuskokeessa, voiman ja iskupituuden (tai -asennon) välisen käyrän piirtämiseksi. Tiedot muunnettiin poikkileikkausmomentiksi ja taivutuskulmaksi, ottaen huomioon geometria taivutuskokoonpanoa varten.

Arvioidun momentin avulla on myös mahdollista jatkuvasti laskea kappaleen laippojen kaarevuuskulman nykyinen muoto – sekä aihion ja veitsen välinen kosketuskulma. Kaikki nämä yksittäiset kulmat vaikuttavat AHSS-/UHSS-teräksen takaisinjouston lopulliseen määrään. BendCalc-mallilla on hyvä yhdenmukaisuus useiden SSAB:n sisäisesti suorittamien todellisten taivutustestien kanssa, joten voit syöttää geometria-asetukset ja arvioida takaisinjoustoa, iskunpituutta, enimmäisvoimaa ja muita parametreja.

BendCalc-mobiilisovellus

AHSS-/UHSS-teräksen muovauksen vakauttaminen suositeltujen työkalulaatujen avulla

SSAB:llä on yli 40 vuoden kokemus työkaluteräsratkaisuista. Tietotaitomme perustuu asiakkaidemme todellisiin tuotantotuloksiin sekä erilaisiin tutkimus- ja kehitysprojekteihin, joissa tutkitaan pitkiä sarjoja. Suosittelemme lataamaan erikoislujien terästen 40-sivuisen Tooling Solutions for Advanced High Strength Steels -esitteemme, jossa on eri työkaluterässuosituksia.

Muovauksen työkaluvikojen mekanismit voivat sisältää kitkakulumista, kulumista ja plastista muodonmuutosta, kun taas aihion leikkaamiseen voi liittyä myös lohkeilu- ja säröilyvirheitä. Muille kuin optimaalisille työkaluteräksille voi syntyä ajan myötä kitkaa, mikä lisää takaisinjoustoa ja aiheuttaa ongelmia kappaleen muodossa pysymisessä. Toinen ongelma voi olla työkalun lohkeilu aihion leikkauksen aikana, mikä johtaa siihen, että leikkausreunat ovat hauraita ja lisäävät riskiä laippojen äkillisille murtumille.

SSAB tarjoaa erittäin tarkat ohjeet työkaluteräslaaduille Docol® AHSS/UHSS -teräslaatujen puristusmuovaukseen. Kovuuden on oltava ≥ 60 HRC, jotta estetään plastisointi. Tyypillisesti suositellaan pintakäsittelyjä (pinnoitteita). Näiden tehokkaiden työkaluterästen alkukustannukset ovat suuremmat, mutta ne kompensoituvat tuotantokatkoksien ja työkalujen kunnostus- ja ylläpitokustannusten vähenemisellä.

Lujempien AHSS-/UHSS-teräslaatujen kylmäprässääminen tarkoittaa suurempia paineita ja suurempaa kitkakulumisriskiä. Jotta kitkaolosuhteet pysyisivät vakaina, suunnittele työkalukappale ja käytä PVD/CVD- tai Duplex-käsiteltyä työkaluterästä. Ennen pinnoitteen lisäämistä kiillotus on erittäin tärkeää. Kiillota pinta vähintään Ra-arvoon <0,2 µm ja kriittisillä alueilla Ra-arvoon 0,05 µm halkeilun, kitkakulumisen ja lisääntyneen kitkan välttämiseksi.

AHSS/UHSS-laatujen kylmämuovauksessa ja aihion leikkaamisessa kannattaa harkita SSAB:n Toolox®-työkaluterästä, jonka pinta pystytään kovettamaan PVD-, laser-, induktio- ja nitrausmenetelmillä. Toolox®-teräksellä on mikropuhtauden ansiosta vähäinen kitka. Sillä on erinomainen vaimennussuhde tärinänkestävyyden ansiosta sekä korkea väsymislujuus ja halkeamien ja murtumien kesto.

Työkaluratkaisujen esitteen kansi
pdf 1,32 Mb
Docol® Tooling solutions for advanced high strength steels

Muu sisältö

5