Hantera återfjädring vid simulering och formning av ultrahöghållfasta fordonsstål

När du uppgraderar till högre nivåer av avancerat höghållfast/ultrahöghållfast stål (AHSS/UHSS) blir återfjädringen en viktig faktor i dina formningssimuleringar, pressprocesser – och till och med när det gäller fordonskomponentens geometri. Den här artikeln tar upp de viktigaste punkterna i SSABs aktuella webbinarium inom återfjädring.

Typer av AHSS/UHSS-återfjädring

Det finns två typer av AHSS/UHSS-återfjädring: en som inträffar i radien under formningen och en annan som inträffar i planet och skapar en böjning i sidoväggen. Återfjädringen påverkas av hållfastheten i stålet, dess elasticitetsmodul och deformationshärdning.

När man kör en simulering av töjning i radien kan man inte bara använda formgränskurvan – den anger stålets mellanskikt och kan därför ge ganska låga töjningsvärden, t.ex. 1 eller 2 %. Genom att rita upp alla skikt, inklusive de yttre skikten, kan du upptäcka plastisk deformation som är mycket högre, t.ex. 11 % eller mer.

För att jämföra simuleringsresultat av AHSS/UHSS-återfjädring med skannade bilder av en faktiskt formad del skapade SSAB en stötfångarkonstruktion för att testa olika materialmodeller. När vi använde en enkel isotropisk härdningsmodell enligt Hill 90 överensstämde stötfångarens beräknade återfjädring ganska väl med den faktiska formade delens. Vi fick ett liknande resultat vid användning av en isotropisk härdningsmodell enligt BBC2005 (god korrelation med den faktiska delen). Om du använder kinematiska härdningsmodeller är det viktigt att komma ihåg att deras parametrar kommer att ha stor inverkan på återfjädringsbeteendet: med rätt parametrar har kinematiska modeller en mycket god korrelation med den faktiska delen. Därför är det särskilt viktigt att använda mycket goda mätdata för AHSS/UHSS-material med högre hållfasthet vid simuleringar.

Types of springback

Delarnas geometri har stor inverkan på återfjädringen. Exempelvis har en enkel hattprofil mycket högre återfjädring (böjd sidovägg) än en dubbel hattprofil, innan eventuell kompensering för återfjädring för någon av konstruktionerna. Det beror på att dubbelhatten har radier som löper i motsatta riktningar, så återfjädringarna mer eller mindre ”uppväger” varandra.

Om du vill kompensera för återfjädring på en enkel hattprofil, och använder AHSS som till exempel 600 eller 800 MPa tvåfasstål, kan du försöka sträcka ut delens vägg och sedan använda en snävare radie för att bättre påverka väggens deformation. Men för höghållfasta gigapascalstål (1000 MPa eller mer) krävs en annan lösning. Man kan använda ett pressverktyg med kamstyrning för att ändra formningsriktningen och sedan variera friktionen för att minska delens variation från exempelvis drygt 0,7 mm till maximalt 0,5 mm. I webbinariet om återfjädring visas en video om denna formningsprocess i flera steg.

Sidewall curl

SSABs BendCalc-app och materialmodellen för uppskattning av återfjädring vid ren böjning

SSABs mobilapp BendCalc är den första programvaran som förutsäger verklig återfjädring vid ren böjning av AHSS/UHSS-material. Inställningarna omfattar val av Docol® stålsort, önskad slutlig vinkel, geometri, friktionsnivå och andra inställningar. BendCalc kan hämtas kostnadsfritt från App Store eller Google Play.

Här beskrivs den teoretiska modellen bakom BendCalc. Först utförde SSAB bockningsprov under friktionsfria förhållanden, liknande proceduren i VDA 238-100, för att rita upp kraftkurvan i förhållande till slaglängden (eller positionen). Dessa data omvandlades sedan till tvärsnittsmoment och bockningsvinkel, samtidigt som geometrin för bockningen noggrant noterades.

Genom att tillämpa det beräknade momentet är det också möjligt att kontinuerligt beräkna den aktuella formen på bockningen av delens flänsar – och kontaktvinkeln mellan ämnet och kniven. Alla dessa enskilda vinklar påverkar separat den slutliga återfjädringen för AHSS/UHSS. BendCalc-modellen har god överensstämmelse med ett stort antal faktiska bockningsprov som SSAB utfört internt, vilket gör att du kan ange din geometri för att uppskatta återfjädring, slaglängd, maximal kraft och andra parametrar.

BendCalc mobile app

Stabilisering av AHSS/UHSS-formning med rekommenderade verktygssorter

SSAB har över 40 års erfarenhet av verktygsstålslösningar för höghållfast stål. Vårt kunnande bygger på verkliga produktionsresultat från våra kunder och deltagande i olika FoU-projekt med studier av långsiktiga serier. Ladda gärna ned vår 40-sidiga broschyr med verktygslösningar för avancerade höghållfasta stål som ger specifika rekommendationer om verktygsstål.

Vid formning kan mekanismer som kärvning, slitage och plastisk deformering leda till verktygsfel, medan stansning även kan innefatta flisning och sprickbildning som felmekanismer. Med icke-optimala metoder för verktygsstål kan friktion byggas upp över tid, vilket ökar återfjädringseffekten och gör att delarna hamnar utanför toleransområdet. Ett annat problem kan vara flisning av verktyget under stansningen, vilket resulterar i dåliga skärkanter och risk för sprickor i flänsarna.

SSAB ger mycket specifik vägledning om verktygsstålsorter för pressning av våra Docol® AHSS/UHSS, med hårdheter ≥ 60 HRC för att förhindra plasticering och där vi normalt rekommenderar ytbehandling (beläggningar). De initialt högre kostnaderna för dessa högpresterande verktygsstål kommer mer än väl att uppvägas av färre produktionsstopp, mindre behov av verktygsrenovering och lägre underhållskostnader.

Stansning av höghållfasta AHSS/UHSS-sorter innebär högre presstryck och ökad risk för kärvning. Konstruera en verktygsinsats och använd PVD/CVD- eller Duplex-behandlat verktygsstål för att säkerställa stabila friktionsförhållanden. Innan beläggningen appliceras är poleringsprocessen mycket viktig. Polera ytfinishen till minst Ra < 0,2 µm och, i mycket kritiska områden, ned till Ra 0,05 μm för att undvika sprickbildning, kärvning och ökad friktion.

Överväg att använda SSABs verktygsstål Toolox® med ythärdningskapacitet för PVD, laser, induktion och nitrering för kallformning och stansning av AHSS/UHSS-sorter. Toolox® stål har mindre friktion tack vare sin höga mikrorenhet, ett mycket högt dämpningsförhållande på grund av sin vibrationstålighet, höga utmattningshållfasthet och höga motståndskraft mot flisning och sprickbildning.

Cover of the Tooling solution brochure
pdf 1,32 Mb
Docol® Tooling solutions for advanced high strength steels

Relaterat innehåll

5