Stabilire valide correlazioni tra le simulazioni di formatura AHSS e i test hardware effettivi può essere difficile per una serie di ragioni. Questa breve panoramica evidenzia le 10 considerazioni chiave da valutare quando si eseguono simulazioni per componenti automobilistici AHSS/UHSS/Gigapascal e perché è necessario lavorare a stretto contatto con il produttore di AHSS e i relativi dati di formatura dettagliati.
Richiedi i dati di formaturaIniziare con il problema numero 1 quando si effettuano simulazioni di formatura per AHSS: l'allungamento dei bordi rifilati. Occorre essere consapevoli di qualsiasi situazione in cui si noti una tensione uniassiale in un bordo rifilato.
Il diagramma dei limiti di formatura non può essere utilizzato come guida per l'allungamento dei bordi, semplicemente perché quando testiamo il materiale in laboratorio e creiamo la curva dei limiti di formatura non stiamo testando l'acciaio AHSS sul bordo rifilato, ma al centro, nel corpo della lamiera.
Inoltre non c'è alcuna correlazione tra i valori di duttilità di bordo e allungamento dei bordi, quindi il grafico "curva a banana" di AHSS non può essere utilizzato per valutare la duttilità di bordo.
Un forte influenza sul limite di duttilità di bordo del AHSS è il modo in cui l'utensile da taglio è stato progettato. Nel Knowledge Service Center di SSAB testiamo i nostri acciai AHSS per l'industria automobilistica Docol® al fine di trovare la tolleranza di taglio ottimale per ogni qualità.
Tuttavia, ciò che rende le simulazioni AHSS ancora più complicate è che la duttilità di bordo cambia durante la produzione in serie a causa dell'usura dell'utensile da taglio. Alcuni software di simulazione hanno iniziato a includere dei modi per tenere conto dell'allungamento dei bordi, con valori predefiniti per i bordi tagliati al laser più grandi, seguiti da nuovi bordi di punzonatura e, infine, da bordi di punzonatura usurati.
Quindi, nelle simulazioni AHSS, è stata prestata attenzione ai seguenti punti:
Esistono molti modi per generare diversi comportamenti AHSS e gradienti di deformazione: sul piano della lamiera, nella direzione dello spessore, nonché nella resistenza e nella concentrazione lungo il bordo rifilato stesso.
SSAB ha creato una prova pratica, la prova di piegatura doppia, che verifica l'angolo di piega massimo dell'acciaio AHSS prima che si verifichino cricche.
Prendiamo i nostri risultati dalla prova di piegatura doppia e li confrontiamo con la prova di espansione dei fori. Inoltre, possono esserci enormi differenze tra i test per quanto riguarda i livelli di deformazione accettabili. Ad esempio, un acciaio 980 DP da 1 mm può avere una deformazione massima del 46% nella prova di espansione dei fori, ma solo l'11% nella prova di piegatura doppia.
La prova di espansione dei fori ISO 16630 per la duttilità di bordo viene condotta senza pre-tensionamento in un campione di AHSS. In realtà è normale che la lamiera AHSS sia pre-tesa prima del taglio e della tensione finale del bordo rifilato. È difficile progettare un test generale per questa situazione, poiché il pre-tensionamento del campione grande (100 x 100 mm) per la prova del rapporto di espansione dei fori (HER) è impegnativo. In che modo è possibile prevedere la capacità dell'acciaio AHSS per questa situazione?
Invece di dipendere esclusivamente dal test HER, è possibile simulare il pezzo, osservando le maggiori tensioni che attraversano le aree pre-tese. Se si trovano, si hanno diverse opzioni. È possibile scegliere di cambiare il materiale con una qualità di AHSS dotata di una migliore duttilità di bordo per fornire un margine di sicurezza aggiuntivo. In alternativa, è possibile regolare il progetto per mantenere il pre-tensionamento a un livello inferiore. Un'altra alternativa è provare a spostare il pre-tensionamento in un'altra area in cui la tensione finale del componente è inferiore.
Se si piega un metallo e poi lo si piega nella direzione opposta e si continua a farlo, avanti e indietro, il metallo alla fine si rompe: perché si sono accumulati dei danni nel materiale. Questo comportamento non può essere individuato dalla curva limite di formatura ed è difficile da modellare.
Ad esempio, abbiamo avuto un cliente le cui simulazioni non hanno mostrato problemi nella formatura AHSS, nessuna deformazione che superava il limite. C'erano però delle cricche durante la produzione. Quindi abbiamo eseguito una simulazione di formatura incrementale che ha prodotto uno speciale valore del risultato chiamato "tensione accumulata" (vedere immagine).
A volte sentiamo l'argomentazione secondo cui tutta l'instabilità della produzione deriva dalla variazione dei materiali. I materiali AHSS coerenti sono decisamente importanti, ma questo non è tutto.
Infatti, eseguiamo analisi della ripetibilità che confrontano le nostre qualità di Docol® con le qualità generali VDA. In un caso, abbiamo visto una semplice flangia realizzata con AHSS 980 complex phase (CP) con una tolleranza di ±1° in conformità a VDA 239. È possibile vedere l'intero processo di analisi nel nostro webinar online on demand dal titolo: Simulazioni AHSS per la progettazione automobilistica: le 10 considerazioni principali.
L'analisi ha rivelato che un particolare componente, se realizzato con Docol® 980 CP, ha avuto una probabilità 628 volte inferiore di essere fuori tolleranza rispetto a un componente realizzato con il modello generale VDA 980 CP, a causa delle tolleranze meccaniche più elevate del materiale Docol®.
L'elevata consistenza del materiale è sempre auspicabile, specialmente per le applicazioni in acciaio AHSS/UHSS/Gigapascal che dipendono realmente da rigide tolleranze meccaniche. Tuttavia, è rischioso progettare parti AHSS che dipendono soltanto da un'elevata tolleranza meccanica. Molti altri fattori entrano in gioco durante la produzione: variazioni di processo, usura dell'utensile, lubrificazione, ecc.
Ciò che ci piace dire è che un singolo parametro più importante per un processo AHSS altamente ripetibile è avere una progettazione di componenti solida, sfruttando appieno le geometrie ad alta rigidità, i raggi ridotti, l'uso strategico dei gainer e così via.
Su parti in AHSS con flange di bordo molto compresse e nessuna possibilità di usare un supporto per il pezzo grezzo, è necessario simulare la parte per cercare di rilevare le grinze. Qui è illustrata una parte realizzata in AHSS da 4 mm di spessore. Abbiamo simulato questa parte utilizzando tre approcci diversi per confrontarla con i prototipi reali:
Per le simulazioni di stampaggio AHSS, l'approccio più comune consiste nell'utilizzare l'elemento del guscio senza auto-contatto. Per determinare la tendenza alla formazione di grinze, si tratta di un elemento molto conservativo. Come minimo, si può dire che se non si hanno grinze usando elementi del guscio senza auto-contatto, non si avranno grinze nella realtà. Tuttavia, come dimostrato in questo esempio, questo approccio può fissare alcuni limiti a un componente AHSS non presente in realtà.
Quando si utilizzano acciai AHSS/UHSS/Gigapascal, la forza di reazione dalla lamiera aumenta se si usano supporti di pezzi grezzi. E se la forza di reazione di AHSS è superiore alla forza del supporto del prezzo grezzo, si verificherà l'apertura dell'utensile. Ciò conduce a un processo altamente incontrollato: è possibile ottenere grinze e cricche e una correlazione molto bassa tra la simulazione AHSS e la realtà.
Quindi, si raccomanda di controllare attentamente che le forze sui supporti del pezzo grezzo e sulle piastre siano sufficienti. Alcuni software di simulazione consentono di rilevare la forza di reazione della lamiera AHSS durante l'apertura dell'utensile. Alcuni software aggiungono tranquillamente più forza del supporto del pezzo grezzo per mantenere gli strumenti chiusi, ma è estremamente importante controllare se questo avviene o meno nel proprio software di simulazione.
