Otomotiv tasarımı için AHSS simülasyonları

1. Gerilen kesilmiş AHSS kenarlarda nelere dikkat edilmeli?

AHSS için şekillendirme simülasyonları yaparken 1 numaralı sorundan başlayalım: kesilmiş kenarların gerilmesi. Bir kesme kenarında tek eksenli gerginlik gördüğünüz herhangi bir durumun farkında olmalısınız.

Şekillendirme sınırı diyagramı, kenar germe için bir kılavuz olarak kullanılamaz, çünkü laboratuvarda malzeme test ederken ve şekillendirme sınırı eğrisi oluştururken AHSS çeliğini kesim kenarında değil, ortada yani sacın gövdesinde test ediyoruz.

Ayrıca kenar sünekliği ile uzama değerleri arasında da bir korelasyon yok. Bu nedenle AHSS "muz eğrisi" grafiği, sünekliği değerlendirmek için kullanılamaz.

Kesme aletinin nasıl tasarlandığı da AHSS kenar sünekliği sınırı üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. SSAB Bilgi Hizmetleri Merkezi'nde, her bir ürün sınıfı için en uygun kesme açıklığını bulmak amacıyla Docol® otomotiv AHSS çeliklerimizi test ediyoruz.

Ama AHSS simülasyonlarını daha da karmaşık kılan şey, kesici takımın aşınması nedeniyle seri üretim sırasında kenar sünekliğinin değişmesidir. Bazı simülasyon yazılımları kenar germeyi hesaba katmanın yollarını içermeye başladı. Lazer kesim kenarları için varsayılan değerler en büyükleri, ardından yeni zımba kenarları ve daha sonra aşınmış zımba kenarları geliyor.

Bu nedenle AHSS simülasyonlarında şunlara dikkat edildi:

• Kenar nerelerde gerilir?
• Kenar germe miktarı nedir?
• Bu ne tür bir kenar germe işlemi?

2. AHSS kesilmiş kenarlarda kenar gerilimini doğrulamak için pratik bir test kullanın

Farklı AHSS davranışları ve gerinim gradyanları oluşturmanın pek çok yolu vardır: sac düzleminde, kalınlık yönünde ve ayrıca kesim kenarının kendisi boyunca dayanım ve konsantrasyonda.

SSAB, AHSS çeliğin çatlama gerçekleşmeden önce maksimum bükme açısını kontrol eden pratik bir test oluşturdu - çift bükümlü test.

Sonuçlarımızı çift bükümlü testten alıyor ve sonra delik genişletme testiyle karşılaştırıyoruz. Kabul edilebilir gerinim düzeylerindeki testler arasında büyük farklılıklar olabilir. Örneğin 1 mm'lik bir 980 DP çelik, delik genişletme testinde maksimum %46, çift bükme testinde sadece %11'lik bir gerinime sahip olabilir.

 

3. Ön gerinimli AHSS alanlarından geçen büyük gerilimleri arayın

Kenar sünekliği için ISO 16630 delik genişletme testi, bir AHSS numunesinde sıfır ön gerinim ile yapılır. Gerçekte, AHSS saca kesme ve nihai kesim kenarı gerinmesinden önce ön gerinme uygulanması yaygındır. Bu durum için genel bir test tasarlamak zordur, çünkü delik genişletme oranı (HER) testi için büyük bir numunenin (100 x 100 mm) ön gerilmesi zordur. AHSS çeliğin böyle bir durumdaki kapasitesini nasıl tahmin edebilirsiniz?

Sadece HER testine bağlı kalmak yerine, parçayı simüle edebilirsiniz - ön gerinimli alanlardan geçen büyük gerinimleri izleyin. Eğer böyle bir şey bulursanız, birkaç seçeneğiniz vardır. Ek bir güvenlik payı sağlamak için, malzemenizi daha iyi bir kesme kenarı sünekliği olan bir AHSS sınıfına değiştirmeyi tercih edebilirsiniz. Ya da tasarımınızı, ön gerinimi daha düşük bir seviyede tutacak şekilde ayarlayabilirsiniz. Veya ön gerinimi, parçanın nihai geriniminin daha düşük olduğu başka bir alana taşımayı deneyin.

4. Bükme sırasında gerinim düzeylerini SSAB'nin belirlemesini sağlayın

Şekillendirme sınırı şeması (FLD), kalınlıkları boyunca aynı gerinime sahip elemanlar için geçerlidir. Ama AHSS çeliği büktüğünüzde, dış tarafı esnetiyor, iç kısmı sıkıştırıyor ve ortada nötr, deforme olmamış bir katman oluşturuyorsunuz. Simülasyonlarda standart görünümü kullanarak nötr katmana bakarsınız.

Bunun yerine, sacın dış katmanındaki gerinim miktarına bakmalısınız. Ama bunu yaparken, FLD grafiğini dış yüzeyde kırılmayı belirlemek için kullanmamalısınız: bunu yapmak çok daha konservatif bir sonuca yol açabilir.

Peki AHSS bükümü için hangi seviyeler güvenlidir? Bu değerleri bize sormalısınız. Örneğin, şekillendirme laboratuvarımızda Almanya'daki bir müşteri için 2,0 mm Docol® 1400M için bir test yaptık. Bu bükümde, kalınlık boyunca eşit gerinim durumunda bu malzeme için şekillendirme sınırı eğrisinden aldığımız %10 gerinimden çok daha yüksek olan %18 gerinim ölçtük (FLD testi).

5. Bükülme ve düzelme gibi olguları yakalamak için kademeli şekillendirme simülasyonlarını kullanın

Herhangi bir metali eğerseniz ve daha sonra ters yönde geri bükerseniz, ve bunu yapmaya devam ederseniz, metal nihayetinde kırılacaktır - malzemenin içinde hasar biriktirmişsinizdir. Bu davranış, şekillendirme sınırı eğrisi tarafından yakalanamaz ve modellenmesi zordur.

Örneğin, simülasyonlarında AHSS şekillendirmede sorun görülmeyen bir müşterimiz vardı; sınırları aşan herhangi bir gerinim yoktu. Yine de üretim sırasında çatlaklar oluştu! Bu nedenle, "birikmiş gerinim" adı verilen özel bir sonuç değeri sunan bir kademeli şekillendirme simülasyonu yaptık (resme bakın).

 

6. AHSS çeliklerin yüksek mekanik toleranslarına aşırı bağımlı olmamak için dikkatli olun

Bazen üretimdeki tüm istikrarsızlığın malzeme değişikliklerinden kaynaklandığı argümanını duyarız. AHSS malzemelerinin tutarlılığı tabii ki önemlidir, ama her şey bundan ibaret değildir.

Docol^® sınıflarımızı genel VDA sınıflarıyla karşılaştıran tekrarlanabilirlik analizleri yaparız. Bir seferinde, VDA 239'a göre ±1° toleranslı 980 kompleks faz (CP) AHSS sınıfı ile yapılmış basit bir flanşa bakmıştık. Tüm analiz sürecini isteğe bağlı web seminerimizde görebilirsiniz: Otomotiv tasarımı için AHSS simülasyonları: en önemli 10 konu.

Analizler, Docol^® 980 CP'den yapılan bu özel parçanın tolerans dışı kalma olasılığının, Docol^® malzemenin daha yüksek mekanik toleranslarından dolayı, genel VDA 980 CP'den yapılana kıyasla 628 kat daha düşük olduğunu gösterdi.

Özellikle gerçekten de sıkı mekanik toleranslara bağlı olan AHSS/UHSS/Gigapaskal çelik uygulamalarında, yüksek malzeme tutarlılığı her zaman tercih edilir. Ama sadece yüksek mekanik toleransa bağlı AHSS parçaları tasarlamak risklidir. Üretim sırasında diğer birçok etken de devreye girer: proses varyasyonları, takım aşınması, yağlama vb.

Yüksek düzeyde tekrarlanabilir AHSS prosesi için en önemli tek parametre, sağlam bir parça tasarımının olması ve yüksek sertlikteki geometriler, küçük yarıçaplar, kazançların stratejik kullanımı vb'den den tam olarak yararlanmasıdır.

 

7. AHSS şekillendirme düzeninizi optimize edin

Şekillendirme düzenini optimize etmek için fizibilite, tekrarlanabilirlik, kullanılabilir pres, ve takım aşınması dahil olmak üzere birçok parametreyi dikkate almanız gerekir.

Simülasyon web seminerimizde, aynı AHSS otomobil parçasını üç farklı şekillendirme yaklaşımıyla nasıl simüle ettiğimizi görebilirsiniz: Çekme + Flanş, Flanş + Kam trimi, ve Kamlı Flanş.

Buradaki yan eleman tasarımında, Çekme + Flanş simülasyonu maksimum 10 mm'lik bir geri yaylanma deplasmanı oluşturuyor ve bunun dışında iyi görünüyor. Flanş + Kam simülasyonunun maksimum geri yaylanma deplasmanı 13 mm'dir ancak dışbükey yüzey yarıçapında tolerans sorunları vardır. Kamlı Flanş simülasyonu, kesilmiş kenarlarda yüksek gerinimlere ve katlanmış yarıçaplar nedeniyle şekil doğruluğunda büyük sapmalara neden olur.

8. Buruşma simülasyonlarınız fazla konservatif olabilir

Yüksek düzeyde sıkıştırılmış kenar flanşlı AHSS parçalarında ve boş bir tutucu kullanma imkânı yokken, buruşmayı tespit etmek için parçayı simüle etmeniz gerekir. Burada AHSS'den yapılmış 4 mm kalınlığında bir parça gösteriliyor. Bu parçayı, gerçek prototiplerle karşılaştırmak için üç farklı yaklaşım kullanarak simüle ettik:

1. Kabuk elemanlarıyla gerçekleştirilen ve kendine temas etmediği bir simülasyonda, buruşmadan kurtulma kabiliyetinin düşük olduğunu gördük. Ancak gerçekte, şekillendirmeden sonra buruşma görülmez.
2. Tam entegre Katı elemanların kullanıldığı, kendi kendine temassız bir simülasyon. Bu sonuç gerçeğe daha yakındı, ama şekillendirmeden sonra hâlâ buruşukluklar kalmıştı.
3. Katı eleman ve kendin kendine temaslı bir simülasyon. Bu da, gerçeklik ile iyi düzeyde tutarlı bir sonuç sağladı.

AHSS stampalama simülasyonları için en yaygın yaklaşım, kendi kendine teması olmayan kabuk elemanını kullanmaktır. Bu, buruşma eğilimini belirlemek için son derece konservatif bir eleman türüdür. En azından, eğer kendi kendine teması olmayan kabuk elemanlar kullanırken bile buruşma elde etmezseniz, gerçekte hiç buruşma olmayacağını söyleyebilirsiniz. Ancak bu örnekte gösterildiği gibi, bu yaklaşım bir AHSS parçasına gerçekte var olmayan bazı sınırlar dayatabilir.

9. AHSS simülasyonunuz, takım açıklığına yol açabilecek olan sac tepki kuvvetlerini tespit ediyor mu?

AHSS/UHSS/Gigapaskal çelikler kullanıldığında, sacın tepki kuvveti boş tutucular kullanılırken artacaktır. AHSS reaksiyon kuvveti, özel boş tutucu kuvvetinden daha büyükse, takım açıklığı meydana gelecektir. Bu da son derece kontrolsüz bir sürece yol açar: buruşuklar, çatlaklar, ve AHSS simülasyonunuz ile gerçek arasında çok düşük bir korelasyonla karşılaşabilirsiniz.

Bu nedenle, boş tutucular ve yastıklardaki kuvvetlerin yeterli olup olmadığını yakından kontrol edin. Bazı simülasyon yazılımları, takım açılışı sırasında AHSS sacın tepki kuvvetini tespit etmek için yöntemlere sahiptir. Bazı yazılımlar takımları kapalı tutmak için sessizce daha fazla boş tutucu kuvveti ekler - ancak bunun simülasyon yazılımınızda olup olmadığını kontrol etmek son derece önemlidir.

10. Doğrusal olmayan deformasyonları dikkate alın

Doğrusal olmayan arızaları dikkate almak önemlidir çünkü şekillendirme sınırı eğrisi, doğrusal gerinim yolları için geliştirilmiştir - yani şekillendirme, kırılma meydana gelene kadar sadece tek bir yolla gerçekleşir.

Bu, birkaç kademeli bir şekillendirme takımında olduğu gibi bir AHSS parçasının bir alanını şekillendirip tekrar şekillendirdiğinizde, FLC'ye benzemeyen bir durum elde edeceğiniz anlamına gelir. Gerçek durumda, deformasyon yoluna bağlı olarak sonuç daha iyi veya daha kötü olabilir.

Bazı simülasyon yazılımları doğrusal olmayan deformasyonları dikkate alabilir. Örneğin AutoForm, doğrusal olmayan gerinimleri hesaplayan ve dönüştüren, doğrusal olmayan bir şekillendirme şemasına sahiptir ve bunları FLD üzerinde haritalandırır. Bu, çok aşamalı şekillendirme kullanılırken, bazen de aşağıdaki örnekte olduğu gibi şekillendirme sadece bir aşamada olduğunda bile gerçekten yararlı olabilir.

Soldaki resim, AHSS parça (burada Docol^® 1000DP'den yapılmış) üzerine çizilmiş olan geleneksel FLD'yi gösteriyoe. Bir alanda kırmızı gösteriyor, yani gerinimler şekillendirme sınırının üzerindedir. Sağdaki resim ise, parçanın aslında iyi durumda olduğunu gösteren bir doğrusal olmayan (dönüştürülmüş) sonuçtur.