Simulazioni AHSS per progettazioni automobilistiche

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 formatura

Le 10 considerazioni principali e l'importanza di dati di formatura dettagliati

1. Cosa osservare nei bordi AHSS tagliati a misura

Iniziare 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:

  • Dove si allunga il bordo?
  • A quanto ammonta l'allungamento del bordo?
  • Di che tipo di allungamento del bordo si tratta?

Cosa osservare nei bordi AHSS tagliati a misura

2. Utilizza un test pratico per convalidare la deformazione dei bordi sui bordi rifilati dell'acciaio AHSS

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.

 

3. Cerca le sollecitazioni maggiori che attraversano le aree AHSS pre-vincolate

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.

Utilizza un test pratico per convalidare la deformazione dei bordi sui bordi rifilati dell'acciaio AHSS

4. Permetti a SSAB di determinare i livelli di deformazione durante la piegatura

Il diagramma dei limiti di formatura (FLD) è valido per gli elementi che hanno la stessa deformazione su tutti i loro spessori. Tuttavia, quando si piega l'acciaio AHSS, si ha un allungamento all'esterno, una compressione all'interno e uno strato neutro non deformato al centro. Utilizzando la visualizzazione standard nelle simulazioni, si considera lo strato neutro.

Invece si dovrebbe guardare il livello di deformazione sullo strato esterno della lamiera. Tuttavia, quando si esegue questa operazione non si dovrebbe utilizzare il grafico FLD per determinare il fallimento della superficie esterna: ciò può portare a un risultato eccessivamente conservativo.

Quali livelli sono sicuri per la piegatura AHSS? Dovresti chiederci questi valori. Ad esempio, abbiamo effettuato una prova nel nostro laboratorio di formatura per un cliente in Germania per un Docol® 1400M da 2,0 mm. Su questa curva, abbiamo misurato una deformazione del 18%, che è molto superiore alla deformazione del 10% ottenuta dalla curva limite di formatura per questo materiale nello stato di uno spessore di deformazione uniforme (prova FLD).

Permetti a SSAB di determinare i livelli di deformazione durante la piegatura

5. Utilizza simulazioni di formatura incrementali per individuare fenomeni come la piegatura e l'incurvatura

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).

 

6. Presta attenzione a non dipendere eccessivamente dalle elevate tolleranze meccaniche degli acciai AHSS

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.

 

7. Ottimizza il layout di formatura AHSS

Per ottimizzare il layout di formatura, è necessario prendere in considerazione molti parametri, tra cui fattibilità, ripetibilità, pressa disponibile e usura dell'utensile.

Nel nostro webinar Simulazioni è possibile vedere come stimoliamo la stessa parte dell'auto in AHSS utilizzando tre diversi approcci di formatura: Tiratura + flangia; flangia + rifinitura camma; e flangia con camme.

Per la progettazione di questo particolare elemento laterale, la simulazione tiratura + flangia produce uno spostamento massimo del ritorno elastico di 10 mm e ha un bell'aspetto. La simulazione flangia + camma ha uno spostamento massimo del ritorno elastico di 13 mm, ma ha problemi di tolleranza nel raggio della superficie convessa. La simulazione della flangia con camme risente di elevate tensioni sui bordi rifilati e di enormi deviazioni nell'accuratezza della forma dovute ai raggi piegati.
Utilizza simulazioni di formatura incrementali per individuare fenomeni come la piegatura e l'incurvatura

8. Le tue simulazioni di grinze potrebbero essere troppo conservative

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:

  1. Una simulazione eseguita con gli elementi del guscio e nessun autocontatto ha prodotto un risultato con una bassa capacità di recupero da una grinza una volta che si verifica. Tuttavia, la realtà non mostra grinze dopo la formatura.
  2. Una simulazione con elementi solidi completamente integrati e senza auto-contatto. Questo risultato era più realistico, ma presentava ancora grinze residue dopo la formatura.
  3. Simulazione con elemento solido e auto-contatto. Ciò ha consentito di ottenere risultati coerenti con la realtà.

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.

9. La tua simulazione AHSS rileva le forze di reazione della lamiera che potrebbero portare all'apertura dell'utensile?

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.

Le tue simulazioni di grinze potrebbero essere troppo conservative

10. Considera le deformazioni non lineari

È importante considerare un guasto non lineare perché la curva del limite di formatura è sviluppata per percorsi di deformazione lineare, il che significa che la formatura avviene in un solo modo fino al verificarsi del guasto.

Ciò significa che quando si forma e si riforma un'area di un componente AHSS, come in un utensile di formatura multifase, si ha una situazione diversa dal FLC. In realtà, il risultato può essere migliore o peggiore, a seconda del percorso di deformazione.

Alcuni software di simulazione possono prendere in considerazione le deformazioni non lineari. Ad esempio, AutoForm ha un diagramma di formatura non lineare che calcola e trasforma le deformazioni non lineari e le mappa sull'FLD. Ciò può essere molto utile quando si utilizza la formatura multifase, ma talvolta anche quando la formatura è solo in una fase, come nell'esempio seguente.
Considera le deformazioni non lineari
L'immagine sulla sinistra mostra la tradizionale FLD tracciata sulla parte in AHSS (in questo caso, realizzata in Docol® 1000DP), evidenziata in rosso in un'area, il che significa che le sollecitazioni sono superiori al limite di formatura. L'immagine sulla destra, tuttavia, è il risultato non lineare (trasformato) indicante che il pezzo va bene.

Desideri accedere alle informazioni dettagliate di formatura di SSAB per i suoi acciai AHSS Docol®?

Compila il modulo per richiedere l'accesso ai dati di formatura di Docol®.

Inviando questo modulo, l'utente:

Osserviamo sempre le norme locali in materia di trattamento dei dati.

180