Springback Compensation in Cold Forming Process for High Strength Steel

• Autorzy: Bałon P. , Świątoniowski A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0401

Warianty tytułu

PL

Kompensacja sprężynowania w procesie formowania stali na zimno

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Process of metal forming in automotive parts construction becomes more and more demanding due to tightened up tolerance and trials to realize very complex and in many cases unworkable design in mass production. Moreover it is required to cut and limit costs of die production and simultaneously keep high quality. Furthermore, construction elements are more often produced from materials which belong to High Strength Steel or Ultra High Strength Steel. Application of this kind of materials considerably reduces construction mass due to high durability. Nevertheless, it results in appearance of springback effect. Springback value depends mainly on used material as well as part geometry and in extreme cases deviation value from target part might reach in some areas high level. Reduction of implementation time, development of metal components and greater restrictions about designing and producing stamping tools generate extra costs. Designing of dies requires using of appropriate Finite Element Method software to make them more economic and less time-consuming. Therefore analysis of forming process alone is not enough to be taken into account. During the design process it is needed to include the die compensation to reach optimized blank sheet. Prediction of springback effect by tryout method and then correction of deviation is difficult arduous and painstaking. Virtual compensation methods make it possible to receive precise result in a short time. This way gives a huge economic advantage eliminating useless milling and allows to produce of die just in time. Optimization process can relate to individual operation as well as take into consideration intermediate stages in the final result, at the same time increasing the accuracy. Die compensation with software application was experimentally verified by prototype die. Quality requirements regarding products of sheet stamping process are very high due to the technologies of automatic assembly of formed components. Springback, as the main source of drawpieces inaccuracy, is the function of material data, shape of tools and process parameters. Therefore, springback deformation becomes critical problem especially for AHSS steel when the geometry is complex. Hence, it is necessary not only to find springback effect value but also include it during early stage of designing by tooling designers.

PL

Proces przeróbki metalu w produkcji elementów konstrukcji samochodów staje się coraz bardziej wymagający ze względu na zaostrzenie tolerancji oraz próby urzeczywistnienia bardzo złożonego kształtu w produkcji masowej. Do tego należy dodać ograniczenia i cięcia kosztów narzędzi formujących. Coraz częściej elementy konstrukcyjne wytwarzane są z materiałów należących do grupy Ultra High Strength Steel. Zastosowanie tego typu materiałów znacznie obniża masę konstrukcji ze względu na dużą wytrzymałość, jednak kosztem dużego wpływu na sprężynowanie. Wartość sprężynowania przede wszystkim zależy od zastosowanego materiału oraz geometrii części, a w skrajnych przypadkach odchyłka od nominału może wynosić lokalnie nawet kilkanaście milimetrów. Redukcja czasu realizacji i rozwój metalowych komponentów oraz coraz większe restrykcje dotyczące projektowania i produkowania narzędzi tłoczących generują dodatkowe koszty. Przewidywanie efektu sprężynowania metodą prób i błędów, a następnie korekcja dewiacji jest bardzo trudna oraz pracochłonna. Metody kompensacji numerycznej pozwalają otrzymać dokładny rezultat w stosunkowo krótkim czasie. Daje to dużą przewagę ekonomiczną, eliminując dodatkową obróbkę oraz pozwala na terminowe wykonanie narzędzia. Proces optymalizacji jest funkcją, która może odnosić się zarówno do poszczególnych operacji, jak i również uwzględniać etapy pośrednie w końcowym rezultacie, tym samym zwiększając dokładność. Wymogi jakościowe odnośnie produktów procesu tłoczenia blach są bardzo wysokie ze względu na technologie automatycznego montażu tłoczonych komponentów. Sprężynowanie, jako główne źródło niedokładności wytłoczek, jest funkcją danych materiałowych, kształtu narzędzi i parametrów procesu. Dlatego też, deformacja sprężynowania staje się krytycznym problemem, przede wszystkim dla stali UHSS przy złożonej geometrii części. Stąd też konieczne jest nie tylko znalezienie wielkości efektu sprężynowania, ale i jego uwzględnienie podczas wczesnego etapu projektowania przez projektantów narzędziowych.

Słowa kluczowe

EN

springback; compensation; optimization; simulation analysis; metal forming

PL

sprężynowanie; kompensacja; optymalizacja; analiza symulacji; formowanie metali

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 4
• Strony: 2471--2478
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Bałon P.

• AGH University of Science and Technology, Department of Manufacturing Systems, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland
• Kirchhoff Polska Sp. z o.o., New Tool Shop Department, 3 Wojska Polskiego Str., 39-300 Mielec, Poland

autor

Świątoniowski A.

• AGH University of Science and Technology, Department of Manufacturing Systems, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Atlas Tool, ESI Journals, 1, France, (2011).
• [2] D. Bekar, E. Acar, F. Ozer, M.A. Guler, London, World Congress on Engineering (2011).
• [3] U. Bergstrom., M. Bronnestam, L. Gustafsson, L. Ingvarsson, B.Setter, Sheet Steel Handbook, Borlange 1996.
• [4] J. C. Choi1, C. Kim, Y. Choi, J.H. Kim, J. H. Park, International Journal Advanced Manufacturing Technology, 16, 803-813 (2000).
• [5] J. Danzberg, S. Schmaalze, Zurich (2007).
• [6] ESI Group, PAM-STAMP User’s Guide, Paris (2011).
• [7] Ford, 7, 2011 (in press).
• [8] M. Firat, B. Kaftanoglu, O. Eser, Journal of Material Processing Technology 196, 135-148 (2008).
• [9] J. Gronostajski, A. Niechajowicz, S. Polak, Umformtechnik Tagungsband, Freiberg, 457-476 (2004).
• [10] H. Lundh, P. A. Bustad, B. Carlsson, G. Engberg, L. Gustafsson, R. Lidgren, SSab, Design and fabrication in high strength steel, Borlange, 1996.
• [11] S. S. Kang, D. H. Park, Journal of Materials Processing Technology 124, 36-48 (2002).
• [12] C. Leppin, J. Li, D. Daniel, Numisheet, Interlaken, 217-221 (2008).
• [13] I. Suchy, Mc Graw- Hill, Handbook of Die Design, New York 1997.
• [14] D. A. Smith, Die Design, Michigan 1990.
• [15] Thyssen Krupp Steel, High- Strength Steels for shallow formed part, Duisburg 2009.
• [16] H. Wie, W. Chen, L. Gao, Sprinback Investigation on Sheet Metal Incremental Formed Parts, 2011.
• [17] H. P. Vogt, Magnesium Flachprodukte GmbH, Freiberg, 2012.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.