Lidando com a recuperação elástica ao simular e conformar aços automotivos de ultra-alta resistência

Tipos de recuperação elástica de AHSS/UHSS

Existem dois tipos de recuperação elástica de AHSS/UHSS: um que ocorre no raio durante a conformação e outro que ocorre no plano, criando uma “curvatura lateral”. A quantidade de recuperação elástica é influenciada pela resistência do aço, seu módulo de Young e seu endurecimento por deformação.

Ao executar uma simulação de deformação no raio, não se deve utilizar apenas o diagrama de limite de conformação – ele traça a camada intermediária do aço e, portanto, pode ser bastante baixo, por exemplo, 1% ou 2%. Ao traçar todas as camadas, incluindo as camadas externas, é possível descobrir uma deformação plástica que é muito maior, por exemplo, 11% ou mais.

Para comparar os resultados simulados de recuperação elástica do AHSS/UHSS com varreduras de uma peça realmente conformada, a SSAB criou um design de lâminas de pára-choques para fins de teste de diferentes modelos de materiais. Com o uso de um simples modelo de endurecimento isotrópico Hill 90, a recuperação elástica prevista das lâminas de pára-choques correlacionou-se muito bem com a parte conformada real. Um resultado semelhante aconteceu ao utilizar um modelo de endurecimento isotrópico BBC2005 (boa correlação com a peça real). Ao utilizar modelos de endurecimento cinemático, é importante lembrar que seus parâmetros influenciarão seriamente o comportamento de recuperação elástica: com os parâmetros corretos, os modelos cinemáticos fornecerão uma correlação muito boa com a peça real. Por isso, é especialmente importante utilizar dados medidos muito bons para materiais AHSS/UHSS de alta resistência ao fazer simulações.

A geometria das peças tem uma grande influência na recuperação elástica. Por exemplo, um perfil hat simples tem uma recuperação elástica muito maior (curvatura lateral) do que um perfil hat duplo, antes de qualquer compensação de recuperação elástica para qualquer um dos designs. Isso ocorre porque o hat duplo tem raios que vão em sentidos opostos, de modo que as recuperações elásticas “cancelam” umas às outras.

Para compensar a recuperação elástica em um único perfil hat, se você estiver usando um AHSS que é, por exemplo, de 600MPa ou 800MPa bifásico, é possível tentar distender a parede da peça e, em seguida, usar um raio mais acentuado e, portanto, influenciar melhor a deformação da parede. Porém, em graus de aço gigapascal de maior resistência (1000MPa ou mais), é necessário outra solução. É possível ter um came dentro da ferramenta para mudar o sentido de conformação e, em seguida, variar o atrito, o que reduz a variação da peça de, por exemplo, mais de 0,7 mm a um máximo de 0,5 mm. O Webinar Recuperação Elástica mostra um vídeo desse processo de conformação em várias etapas.

O aplicativo BendCalc da SSAB e o modelo de materiais para estimar a recuperação elástica em flexão pura

O aplicativo para celular da SSAB, o BendCalc, é o primeiro software a prever a recuperação elástica real na flexão pura de materiais de AHSS/UHSS. Os ajustes incluem selecionar o seu grau de aço Docol^® , o seu ângulo final desejado, a sua geometria, nível de atrito e outras condições de configuração. O BendCalc é gratuito para baixar na App Store ou na Google Play.

O modelo teórico por trás do BendCalc é o seguinte. Primeiro, a SSAB fez testes de flexão sob condições livres de atrito, similares ao procedimento de teste de flexão VDA 238-100, para traçar a curva de força em comparação com o comprimento do curso (ou posição). Esses dados foram, então, transpostos ao momento da seção transversal e ao ângulo de dobra, registrando cuidadosamente a geometria para a configuração de flexão.

Ao aplicar o momento estimado, também é possível calcular continuamente o formato atual do ângulo de curvatura dos flanges da peça – e o ângulo de contato entre o corte e a faca. Todos esses ângulos individuais influenciam separadamente a quantidade final da recuperação elástica do AHSS/UHSS. O modelo do BendCalc possui uma concordância satisfatória com um grande número de testes de flexão da SSAB realizados internamente, o que permite que você insira a sua configuração de geometria para estimar a recuperação elástica, o comprimento do curso, a força máxima e outros parâmetros.

Estabilização da conformação do AHSS/UHSS através de graus de ferramentas recomendados

A SSAB tem mais de 40 anos de experiência em soluções em aço ferramentas para HSS. Nossos conhecimentos baseiam-se em resultados de produção reais de nossos clientes, bem como em diversos projetos de P&D que estudam séries de longo prazo. Recomendamos que baixe o nosso livreto "Soluções de ferramentas para aços avançados de alta resistência" de 40 páginas para obter recomendações específicas sobre aços ferramenta.

Nas operações de conformação, os mecanismos de falha das ferramentas podem incluir escoriações, desgaste e deformação plástica, enquanto as operações de corte também podem incluir falhas de lascamento e trincas. Com métodos de aço ferramenta não adequados, o atrito pode se acumular com o passar do tempo, o que aumenta o efeito de recuperação elástica e deixa as suas peças fora da tolerância. Outro problema pode ser o lascamento da ferramenta durante o corte, o que resulta em arestas de corte ruins que levam a um risco súbito de fraturas nos flanges.

A SSAB fornece orientações muito específicas para os graus de aços ferramenta para a estampagem de seus graus de aço AHSS/UHSS Docol^®, com durezas ≥ 60 HRC para evitar a plastificação e tipicamente recomendar tratamentos de superfície (revestimentos). Os custos iniciais mais elevados desses aços ferramenta de alto desempenho serão mais do que compensados por uma redução nas interrupções da produção e nos custos de restauração/manutenção das ferramentas.

A estampagem de graus de AHSS/UHSS de maior resistência significa pressões mais elevadas e um risco maior de escoriações. Para garantir condições estáveis de atrito, conceba um inserto de ferramenta e use um aço ferramenta tratado com PVD/CVD ou Duplex. Antes de adicionar o revestimento, o processo de polimento é muito essencial. Faça o polimento do acabamento de superfície a pelo menos R_a 0.2 µm e, em áreas muito críticas, a menos de R 0,05 μm para evitar trincas, escoriações e o aumento de atrito.

Para conformação a frio e corte de graus de AHSS/UHSS, considere o aço ferramenta Toolox^® da SSAB, com uma capacidade de endurecimento de superfície para PVD, laser, indução e nitretação. O aço Toolox^® tem menos atrito devido ao seu alto nível de micropureza, uma taxa de amortecimento extremamente elevada devido à sua resistência à vibração, alta resistência à fadiga e alta resistência a trincas.