Affrontare il ritorno elastico nella simulazione e nella formatura degli acciai ultra altoresistenziali per l'industria automobilistica

Tipi di ritorno elastico AHSS/UHSS

Esistono due tipi di ritorno elastico per AHSS/UHSS: uno che si verifica nel raggio durante la formatura e l'altro in piano, che crea un "arricciamento della parete laterale". La quantità di ritorno elastico è influenzata dalla forza dell'acciaio, dal suo modulo Young e dal suo indurimento.

Quando si esegue una simulazione della deformazione nel raggio, non è possibile utilizzare solo il diagramma dei limiti di formatura: traccia lo strato centrale dell'acciaio e quindi può essere piuttosto basso, ad esempio, 1% o 2%. Tracciando tutti gli strati, inclusi quelli esterni, è possibile scoprire una deformazione plastica molto più alta, ad esempio l'11% o più.

Per confrontare i risultati simulati del ritorno elastico AHSS/UHSS con le scansioni di un pezzo effettivamente formato, SSAB ha creato un progetto di paraurti per testare diversi modelli di materiale. Utilizzando un semplice modello di indurimento isotropico Hill 90, il ritorno elastico previsto del paraurti è stato correlato abbastanza bene con la parte effettivamente formata. Un risultato simile si è verificato quando si usa un modello di indurimento isotropico BBC2005 (buona correlazione con la parte effettiva). Se si utilizzano modelli di indurimento cinematico, è importante ricordare che i loro parametri influenzeranno profondamente il comportamento di ritorno elastico: con i giusti parametri, i modelli cinematici forniranno un'ottima correlazione con la parte effettiva. Pertanto, è particolarmente importante utilizzare dati misurati molto buoni per materiali AHSS/UHSS a resistenza più elevata durante le simulazioni.

La geometria del pezzo ha una grande influenza sul ritorno elastico. Ad esempio, un profilo a cappello singolo ha un ritorno elastico molto più elevato (curl del fianco) rispetto a un profilo a cappello doppio, prima di qualsiasi compensazione del ritorno elastico per uno dei due design. Questo perché il doppio cappello ha raggi che vanno in direzioni opposte, quindi i ritorni elastici si "cancellano" all'incirca l'uno dall'altro.

Per compensare il ritorno elastico su un profilo a cappello singolo, se si utilizza AHSS che, ad esempio, è bifase 600MPa o 800MPa, si potrebbe provare a distendere la parete del pezzo, quindi utilizzare un raggio più affilato e quindi influenzare meglio la deformazione della parete. Ma su qualità di acciaio gigapascal a resistenza più elevata (1000MPa o più) è necessaria un'altra soluzione. Potrebbe essere presente una camma all'interno dell'utensile per cambiare la direzione di formatura e quindi variare l'attrito, portando la variazione del pezzo da, ad esempio, oltre 0,7 mm a un massimo di 0,5 mm. Il webinar Ritorno elastico mostra un video di questo processo di formatura in più fasi.

L'app BendCalc di SSAB e il modello di materiale per la stima del ritorno elastico nella piegatura pura

L'app per smartphone di SSAB, BendCalc, è il primo software in grado di prevedere un vero ritorno elastico nella piegatura pura dei materiali AHSS/UHSS. Le impostazioni includono la selezione della qualità di acciaio Docol^®, l'angolo finale desiderato, la geometria, il livello di attrito e altre condizioni di installazione. BendCalc può essere scaricato gratuitamente dall'App Store o da Google Play.

Il modello teorico alla base di BendCalc è il seguente. In primo luogo, SSAB ha effettuato prove di piegatura in condizioni prive di attrito, simili alla procedura di prova di piegatura VDA 238-100, per tracciare la curva di forza rispetto alla lunghezza (o posizione) della corsa. Questi dati sono stati quindi trasposti al momento della sezione trasversale e all'angolo di curvatura, prendendo nota con attenzione della geometria per la configurazione della piegatura.

Applicando il momento stimato è anche possibile calcolare in modo continuo la forma corrente dell'angolo di curvatura delle flange del pezzo e l'angolo di contatto tra il pezzo grezzo e il coltello. Tutti questi angoli individuali influenzano separatamente la quantità finale di ritorno elastico AHSS/UHSS. Il modello BendCalc ha un buon accordo con un gran numero di prove di piega SSAB effettivamente eseguite internamente, consentendo di inserire la configurazione della geometria per stimare il ritorno elastico, la lunghezza della corsa, la forza massima e altri parametri.

Stabilizzazione della formatura AHSS/UHSS tramite le qualità di utensili raccomandate

SSAB vanta oltre 40 anni di esperienza nelle soluzioni in acciaio per utensili per HSS. Il nostro know-how si basa sui risultati di produzione reali dei nostri clienti, nonché sulla partecipazione a diversi progetti di ricerca e sviluppo che studiano serie a lungo termine. Ti invitiamo a scaricare la nostra brochure di 40 pagine sulle soluzioni di attrezzaggio per acciai altoresistenziali di nuova generazione per ricevere consigli specifici sull'acciaio per utensili.

Nelle operazioni di formatura, i meccanismi di guasto degli utensili possono includere grippaggio, usura e deformazione plastica, mentre le operazioni di tranciatura possono includere anche guasti di scheggiatura e cricche. Con i metodi non ottimali dell'acciaio per utensili, l'attrito può accumularsi nel tempo, aumentando l'effetto di ritorno elastico e rendendo i componenti fuori tolleranza. Un altro problema può essere la scheggiatura dell'utensile durante la tranciatura, con conseguenti bordi di taglio inadeguati che comportano un rischio improvviso di fratture nelle flange.

SSAB fornisce una guida molto specifica per le qualità di acciaio per utensili per lo stampaggio delle sue qualità di acciaio Docol^® AHSS/UHSS, con durezze ≥ 60 HRC per prevenire la plastificazione e in genere raccomandare trattamenti superficiali (rivestimenti). I costi iniziali più elevati per questi acciai per utensili ad alte prestazioni saranno più che compensati da una riduzione dei tempi di fermo della produzione e dei costi di ristrutturazione/manutenzione degli utensili.

Stampare qualità AHSS/UHSS a resistenza più elevata significa pressioni più elevate e un rischio maggiore di colata. Per garantire condizioni di attrito stabili, progettare un inserto per utensili e utilizzare acciaio per utensili PVD/CVD o Duplex. Prima di aggiungere il rivestimento, il processo di lucidatura è essenziale. Lucida la finitura superficiale ad almeno R_a0,2 µm e, in ogni area critica, a R_a0,05 μm per evitare cricche, sfregamenti e aumento dell'attrito.

Per la formatura a freddo e la tranciatura di qualità AHSS/UHSS, considera l'acciaio per utensili Toolox^® di SSAB, con una capacità di tempra superficiale per PVD, laser, induzione e nitrurazione. L'acciaio Toolox^® presenta un minore attrito grazie all'elevato livello di micropulizia, a un rapporto di ammortizzamento molto elevato grazie alla sua resistenza alle vibrazioni, all'elevata resistenza alla fatica e all'elevata resistenza alla scheggiatura e alle cricche.