AHSS-simuleringar för fordonskonstruktion

1. Att tänka på för sträckpressade skurna AHSS-kanter

Vi börjar med det största problemet vid formningssimuleringar av AHSS: sträckpressning av skurna kanter. Du måste vara medveten om situationer med enaxlig spänning i en skärkant.

Formgränskurvan kan inte användas som vägledning för kantsträckning eftersom de laboratorietester som formgränskurvan bygger på inte testar AHSS-stålet vid skärkanten utan i plåtens mitt.

Det finns inte heller något samband mellan kantduktilitet och förlängningsvärden – så ”banankurvan” för AHSS kan inte användas för att utvärdera kantduktiliteten.

Skärverktygets utformning har stor inverkan på AHSS-kantens duktilitetsgräns. På SSABs Knowledge Service Center testar vi våra Docol® AHSS för att hitta den optimala klippspalten för varje sort.

Men det som gör AHSS-simuleringarna ännu mer komplicerade är att kantduktiliteten ändras under serieproduktionen på grund av skärverktygets förslitning. I vissa simuleringsprogram kan man nu ta hänsyn till kantsträckning, där laserskurna kanter har de största standardvärdena, följt av kanter skurna med en ny stans och därefter kanter skurna med en sliten stans.

Beakta därför följande vid AHSS-simulering:

• Var sker kantsträckningen?
• Hur stor är kantsträckningen?
• Vilken typ av kantsträckning handlar det om?

2. Använd ett praktiskt test för att validera kanttöjning för skurna kanter i AHSS

Det finns många sätt att generera olika AHSS-beteenden och töjningsgradienter: i plåtens plan, i tjockleksriktningen, och även avseende styrka och koncentration längs själva skärkanten.

SSAB skapade ett praktiskt test – dubbelbockningsprovet – som kontrollerar den maximala bockningsvinkeln för AHSS innan sprickbildning uppstår.

Vi tar våra resultat från dubbelbockningsprovet och jämför det med hålexpansionsprovet. Och det kan vara enorma skillnader mellan testerna när det gäller deras acceptabla töjningsnivåer. Till exempel kan ett 1 mm 980 DP-stål ha en maximal töjning på 46 procent i hålexpansionsprovet men bara 11 procent i dubbelbockningsprovet.

3. Identifiera större töjningar som korsar förspända AHSS-områden

Hålexpansionsprovet ISO 16630 för kantduktilitet utförs utan förspänning i ett AHSS-provstycke. I verkligheten är det vanligt att AHSS-plåten är förspänd före skärning och slutlig töjning av den skurna kanten. Det är svårt att ta fram ett allmänt test för den här situationen eftersom det är svårt att förspänna det stora provstycket (100 x 100 mm) för test av hålexpansion (HER). Hur kan man förutsäga AHSS-stålets kapacitet i denna situation?

Istället för att enbart förlita sig på hålexpansionsprovet kan man simulera delen – och identifiera stora töjningar som korsar förspända områden. Om du hittar sådana finns det olika alternativ. Du kan välja att byta material till en AHSS-sort med högre kantduktilitet för att skapa en extra säkerhetsmarginal. Eller så kan du justera din konstruktion för att hålla förspänningen på en lägre nivå. Eller försök flytta förspänningen till ett annat område där delens slutliga töjning är lägre.

4. Låt SSAB fastställa töjningsnivåer vid bockning

5. Simulera stegvis formning för att fånga upp fenomen som bockning och riktning

Om du bockar en godtycklig metall och sedan bockar den i motsatt riktning och fortsätter att göra så, fram och tillbaka, kommer metallen så småningom att knäckas – du har ackumulerat skador i materialet. Detta beteende går inte att utläsa av formgränskurvan och är svårt att modellera.

Vi hade till exempel en kund vars simuleringar inte indikerade några problem med AHSS-formning – inga töjningar som överskred gränsen. Ändå uppstod sprickor i tillverkningen! Så vi utförde en stegvis formningssimulering som gav ett speciellt resultatvärde som kallas ”ackumulerad töjning” (se bild).

6. Se upp så att du inte blir alltför beroende av de höga mekaniska toleranserna hos AHSS

Ibland får vi höra argumentet att all instabilitet i tillverkningen beror på materialvariationer. Jämn kvalitet på AHSS-materialen har naturligtvis betydelse, men det är inte hela sanningen.

Faktum är att vi gör repeterbarhetsanalyser där vi jämför våra Docol^® stålsorter med allmänna VDA-sorter. I ett fall tittade vi på en enkel fläns tillverkad av multifasstålet 980 CP AHSS med en tolerans på ±1 i enlighet med VDA 239. Du kan se hela analysprocessen i vårt webbinarium med titeln: AHSS-simuleringar av fordonskonstruktion: 10 viktiga aspekter.

Analysen visade att den specifika delen, när den tillverkades av Docol^® 980 CP, var 628 gånger mindre benägen att överskrida toleranserna än en del tillverkad av det generella VDA 980 CP – tack vare Docol^® materialets högre mekaniska toleranser.

Enhetlig materialkvalitet är alltid önskvärt, särskilt för tillämpningar med AHSS/UHSS/gigapascalstål, som verkligen är beroende av snäva mekaniska toleranser. Men det är riskfyllt att konstruera AHSS-delar som enbart är beroende av hög mekanisk tolerans. Det finns många andra faktorer som spelar in under produktionen: processvariationer, verktygsslitage, smörjning osv.

Vi brukar säga att den enskilt viktigaste parametern för en mycket repeterbar AHSS-process är att ha robust konstruerade delar, som drar full nytta av geometrier med hög styvhet, små radier, strategisk användning av präglingar osv.

7. Optimera din formningssekvens för AHSS

8. Dina veckningssimulationer kan vara för konservativa

För AHSS-delar med mycket komprimerade flänskanter och där en ämneshållare inte kan användas behöver du simulera delen för att försöka upptäcka veckning. Här visas en del tillverkad av 4 mm tjock AHSS. Vi simulerade den här delen med hjälp av tre olika metoder för att jämföra de faktiska prototyperna:

1. En simulering som utfördes med skalelement och utan självkontakt gav ett resultat med låg förmåga att återhämta sig från ett veck när det väl bildats. Men i verkligheten uppstod inga veck efter formning.
2. En simulering med helt integrerade solidelement utan självkontakt. Resultatet var närmare verkligheten men hade ändå kvarvarande veck efter formningen.
3. Simulering med solidelement och självkontakt. Detta gav ett resultat som överensstämde väl med verkligheten.

För simuleringar med AHSS-pressning används oftast skalelement utan självkontakt. För att bestämma veckningsbenägenheten är detta en mycket konservativ elementtyp. Man kan åtminstone fastslå att om det inte uppstår veckbildning med skalelement utan självkontakt så bildas inga veck i verkligheten. Men som framgår av det här exemplet kan detta tillvägagångssätt sätta vissa gränser för en AHSS-del som inte finns i verkligheten.

9. Identifierar din AHSS-simulering reaktionskrafter i plåten som kan leda till verktygsöppning?

Vid användning av AHSS/UHSS/gigapascalstål ökar reaktionskraften från plåten när ämneshållare används. Och om AHSS-plåtens reaktionskraft är större än kraften i ämneshållarna uppstår verktygsöppning. Detta leder till en mycket okontrollerad process: det kan uppstå veck och sprickor och din AHSS-simulering kan ha mycket låg korrelation med verkligheten.

Så kontrollera noga att krafterna på ämneshållare och dynor är tillräckliga. Vissa simuleringsprogram har olika sätt att detektera AHSS-plåtens reaktionskraft under verktygsöppning. Vissa programvaror ökar automatiskt ämneshållarnas kraft så att verktygen hålls stängda – men det är mycket viktigt att kontrollera om detta sker eller inte sker i simuleringsprogrammet.

10. Ta hänsyn till icke-linjära deformationer