Mô phỏng chết: Đo lường, giảm thiểu, kiểm soát, sau đó bù đắp cho sự hồi phục

Các phương pháp hay nhất về Springback, được trau dồi siêng năng trong nhiều thập kỷ, đã có hiệu quả trong việc quản lý tuân thủ kích thước trên thép nhẹ và thép có độ bền cao / hợp kim thấp (HSLA). Tuy nhiên, trong vài thập kỷ qua, các loại thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) và hợp kim nhôm cường độ cao mới hơn đã nâng cấp kho chứa trí tuệ tập thể này. Mặc dù các công cụ kỹ thuật ảo đã đảm nhận vai trò trung tâm trong việc giảm thiểu và quản lý sự hồi phục của các vật liệu này, nhưng các phương pháp hay nhất để áp dụng hiệu quả các công cụ này vẫn chưa được hiểu rõ ràng.

Đo lường, giảm thiểu, kiểm soát và bồi thường là một chiến lược có hệ thống bao gồm các phương pháp hay nhất trong việc thiết kế các công cụ và quy trình để đảm bảo chúng thực sự có khả năng tạo ra các vết dập phù hợp với kích thước. Được chấp nhận và thực hiện một cách trung thực, nó đã được chứng minh là giảm đáng kể chi phí thử và đảm bảo tuân thủ kích thước nhất quán trong vòng đời sản xuất của bảng điều khiển. Bài viết này đánh giá các phương pháp hay nhất về kỹ thuật và mô phỏng rất quan trọng để thực hiện thành công chiến lược này. Quy trình dập để sản xuất trụ A (xem Hình 1 ) từ vật liệu pha kép NEXMET 1000 cấp 3 của AK Steel được sử dụng để minh họa cho các yếu tố chính của chiến lược này.

Đo lường

Mô phỏng cần được xây dựng và hoàn thiện để tạo ra dự đoán đáng tin cậy nhất về độ hồi lưu dự kiến ​​sẽ được đo từ bảng điều khiển vật lý. Điều này đòi hỏi sự siêng năng không ngừng trong việc mô phỏng tất cả các khía cạnh của quá trình dập, dụng cụ, vật liệu và bôi trơn được cho là có ảnh hưởng đến kết quả dập. Điều này bao gồm những điều được mong đợi sẽ được thực hiện trong quá trình thử nghiệm thể chất và sản xuất.

Điều kiện chết. Vòng bi đệm, khe hở kết dính hoặc đốm, khe hở thành bên, khối đáy, khe hở và khe hở thép mặt bích, và cảm ứng cứng phải được thể hiện trong mô phỏng giống như chúng sẽ được thực hiện trong quá trình sản xuất.

Quá trình. Đội hình hoạt động chết, chất kết dính và trọng tải đệm, vị trí của chân đệm và xi lanh nitơ, và trọng tải trên hành trình cần phải được xác định chính xác như dự định được thiết kế và chế tạo.

Vật chất. Thử nghiệm là không thể thiếu để xác định đặc tính của vật liệu để mô phỏng. Thử nghiệm độ bền kéo đang trở nên phổ biến và rất hữu ích để thể hiện hành vi của vật liệu khi chịu lực căng. Dự đoán độ đàn hồi một cách đáng tin cậy trong AHSS và các loại nhôm cường độ cao cũng cần phải kiểm tra độ nén căng. Đối với những vật liệu này, giả định thường được áp dụng trong mô phỏng rằng vật liệu hoạt động giống nhau khi chịu lực căng và nén sẽ dẫn đến những dự đoán không chính xác và không đáng tin cậy (xem Hình 2 ).

Kiểm tra độ nén căng thực sự rất khó và dữ liệu như vậy thường không có sẵn. Tuy nhiên, do tầm quan trọng của nó đối với việc dự đoán và quản lý sự hồi phục của các loại vật liệu tiên tiến này, hy vọng rằng các nhà cung cấp vật liệu sẽ lưu ý và sẽ tạo và phân phối dữ liệu này rộng rãi hơn trong tương lai gần.

Ma sát. Ma sát trong quá trình tạo hình phụ thuộc vào việc xử lý bề mặt trên dụng cụ, lớp phủ nếu có trên dụng cụ và tấm kim loại, chất bôi trơn được sử dụng, khe hở dụng cụ, trượt giữa bề mặt tấm và dụng cụ, và nhiệt sinh ra trong quá trình tạo hình. Hiện nay đã có sẵn các công cụ mô hình tinh vi để tính đến các yếu tố này để biểu thị các điều kiện ma sát chính xác hơn (xem Hình 3 ). Khả năng này tăng thêm độ tin cậy cho các kết quả mô phỏng.

Vẽ tỷ lệ. Nói chung, tấm kim loại được kéo căng tốt trong khuôn đúc đầu tiên; độ giãn đồng đều rất quan trọng đối với chức năng của một bộ phận cũng như để kiểm soát sự biến dạng của bảng điều khiển. Khi tấm panel được dỡ ra khỏi khuôn ghép, một phần rất nhỏ độ giãn này bị mất do giãn đàn hồi và tấm co lại. Bảng điều khiển bị thu hẹp không còn phù hợp với khuôn cắt danh nghĩa.

Kết quả không phù hợp dẫn đến việc bảng điều khiển giữa trụ cắt và miếng đệm bị đè bẹp ngoài ý muốn. Vấn đề này thường được tránh bằng cách mở rộng, hoặc chia tỷ lệ, khuôn vẽ; khi tấm ghép được dỡ ra khỏi khuôn ghép được chia tỷ lệ, nó sẽ co lại theo kích thước danh nghĩa. Quá trình chia tỷ lệ này cần được biểu diễn chính xác trong mô phỏng.

Hình 2 Sự cứng lại khi căng có thể khá khác với sự cứng lại khi nén.

Drawshell làm tổ. Gia công các bề mặt khuôn cắt để lồng vỏ kéo — bảng kéo bung — là một biện pháp khắc phục hậu quả cần thiết khác nhằm giảm thiểu sự nghiền nát ngoài ý muốn của bảng trong khuôn cắt (xem Hình 4 ). Điều này cũng cần được biểu diễn chính xác và xác nhận trong mô phỏng.

Xác thực chi tiết. Mô phỏng quy trình đầy đủ cần được hoàn thiện và hoàn thiện, kết hợp tất cả các chi tiết trước đó. Kết quả mô phỏng từ phiên bản hoàn thiện cần phải được chấp nhận trên tất cả các chỉ số chất lượng và khả năng định dạng được yêu cầu.

Phương pháp phổ biến để hoàn thiện mô phỏng là thủ công và lặp đi lặp lại: Bắt đầu với kết quả mô phỏng ban đầu, các điều kiện khuôn và quy trình được sửa đổi thủ công dựa trên kinh nghiệm và kết quả mô phỏng mới được tạo ra. Cách tiếp cận xem xét-sửa đổi-chạy lại-chờ này thường có thể tốn thời gian và nó có thể không tạo ra kết quả tối ưu về quy trình và khuôn cuối cùng. Công nghệ hiện có sẵn ngày nay cho phép một cách tiếp cận có hệ thống và hiệu quả hơn giúp khám phá tất cả các tình huống hợp lý trước khi xác định kịch bản tối ưu.

Phát triển trống, Tối ưu hóa đường cắt. Điều quan trọng cần thực hiện trước khi xem xét các kết quả hồi xuân, vì những thay đổi đối với bất kỳ dòng nào trong số này cũng sẽ dẫn đến những thay đổi đối với hồi xuân.

Đo lường Springback trong mô phỏng. Tất cả sự chăm chút chi tiết trước đó đều hướng tới việc tạo ra các kết quả hồi lưu chính xác và đáng tin cậy trong mô phỏng. Trong khi độ đàn hồi đang được đo, bảng điều khiển cần được cố định theo cách mà bản thân quá trình cố định không tạo ra sự biến dạng bổ sung trong bảng điều khiển.

Khi điều này được đảm bảo, độ hồi lưu đo được cần phải được quan sát để phát triển từ trạm này sang trạm tiếp theo, và nguồn và loại lò xo được xác định: Uốn cong? Vách bên hông? Đóng hộp dầu mỏ? Xoắn? Công nghệ mô phỏng cung cấp nhiều công cụ chẩn đoán khác nhau để áp dụng cho việc điều tra như vậy. Việc đo lường độ đàn hồi một cách chính xác cho độ lớn của nó và xác định loại độ đàn hồi là rất quan trọng để xác định các biện pháp đối phó chính xác để áp dụng. Sửa đổi quy trình? Sửa đổi sản phẩm? Đền bù?

Trụ A bị bung (xem Hình 5 ) cho thấy bị xoắn nghiêm trọng ở một đầu và một lượng lớn bị bẹp ở đầu kia. Điều này được mong đợi, dựa trên bản chất của vật liệu, thiết kế của bộ phận và quy trình lưu biểu mẫu lỗi lưu trống được sử dụng. Làm thế nào để chúng tôi đưa bảng điều khiển này tuân thủ theo các chiều? Xem xét mức độ nghiêm trọng của sự biến dạng, rõ ràng quá trình danh nghĩa và khuôn dập chưa sẵn sàng để được bù trước khi áp dụng một số biện pháp giảm thiểu hồi phục trước.

Giảm nhẹ

Giảm thiểu bao gồm việc xác định và loại bỏ hoặc giảm thiểu sự biến dạng bảng điều khiển phát sinh từ các chế độ hồi lưu như cuộn tròn thành bên và đóng hộp dầu và giảm lượng lò xo hồi quá mức.

Việc đóng hộp dầu thường xảy ra khi lực nén mạnh phát triển trong quá trình tạo hình và được kết hợp trên các bộ phận có hình dạng đơn giản thiếu độ cứng hình học. Sự uốn cong của thành bên được tạo ra khi sự chênh lệch ứng suất lớn phát triển qua độ dày của tấm kim loại và dọc theo chiều dài mặt bích khi chúng bị uốn cong và không nghiêng qua bán kính tạo hình. Không thể bù đắp cho việc đóng hộp dầu và các chế độ uốn cong thành bên của lò xo; những điều này cần được xác định một cách đáng tin cậy để có thể áp dụng các biện pháp đối phó thích hợp – sản phẩm hoặc quy trình. Công nghệ mô phỏng cung cấp các công cụ chẩn đoán hữu ích trong việc xác định như vậy.

Tương tự như vậy, cường độ lớn của sự biến dạng và xoắn của lò xo không thể được bù đắp một cách đơn giản; hồi xuân cần được giảm xuống mức có thể quản lý được trước khi cố gắng bù đắp.

Hình 3 Mô hình thực tế về ma sát nâng cao kết quả mô phỏng đáng tin cậy.

Trong trường hợp của trụ A, lực nén phát triển trên mặt bích khi nó được hình thành gây ra tình trạng phẳng nghiêm trọng về phía dưới – một tình huống mặt bích co lại cổ điển. Khi giải nén này, trạng thái kéo tạo ra trên mặt bích sẽ uốn tấm ra ngoài, tạo ra hiện tượng phẳng quan sát được (xem Hình 6 ).

Hình 6 Bảng điều khiển uốn ra khi mặt bích được nén căng ra khi nó giãn ra.

Hình 7 Sự cải thiện đáng kể về độ đàn hồi của bảng điều khiển sau khi áp dụng các biện pháp đối phó với quá trình làm bóng và ủi.

Ủi và ủi thường được sử dụng để giảm thiểu hiện tượng co giãn ở những nơi thích hợp. Trong trường hợp trụ A, cố gắng tạo bán kính trên cùng của mặt bích cong để giảm độ xoắn và ủi dọc theo mặt bích đã được lau để giảm độ phẳng của mặt bích. Các biện pháp đối phó này, kết hợp với nhau, đã làm giảm đáng kể độ đàn hồi và ổn định bảng điều khiển chống lại sự xoắn (xem Hình 7 ); do đó, ban hội thẩm đã ở một điểm khởi đầu tốt hơn nhiều để cố gắng bồi thường.

Điều khiển

Việc đền bù được thực hiện trên một phân bố cố định của độ hồi lưu được đo trên bảng điều khiển. Sự phân bố cố định này được dự đoán dựa trên các giá trị cố định / xác định của các thông số vật liệu, ma sát và các điều kiện hình thành khác. Trong thế giới vật lý, các thông số và độ dày của vật liệu thay đổi trong giới hạn đặc điểm kỹ thuật có thể chấp nhận được. Ngoài ra, ma sát, đo trống, nhiệt độ và vô số điều kiện khác là “tiếng ồn” theo nghĩa đen không thể kiểm soát được. Khi những thay đổi này từ lần đánh này sang lần đánh khác và cuộn dây này sang cuộn dây khác, kết quả của bảng điều khiển, bao gồm cả sự hồi phục, có thể thay đổi. Bằng bao nhiêu? Nếu sự biến đổi này rộng, kéo dài vài mm về độ hồi lưu, thì việc bù đắp không thể thành công (xem Hình 8 ).

Hình 8 Các biểu đồ này cho thấy sự phân tán hồi lưu, tính bằng milimét, do nhiễu gây ra.

Do đó, điều quan trọng là phải đánh giá độ chắc chắn, hoặc độ lặp lại, của quá trình hoàn thiện khi có tiếng ồn. Điều này đã được thực hiện, và Hình 9 so sánh độ lặp lại giữa quy trình “cải tiến và giảm thiểu” và quy trình mà quy trình chia tỷ lệ và lồng ghép vỏ kéo không được áp dụng.

So sánh này dựa trên thống kê kiểm soát quá trình thường được áp dụng Cp. Rõ ràng là các biện pháp cải tiến và giảm thiểu được thực hiện trong quá trình phát triển quy trình đóng góp mạnh mẽ vào tính lặp lại của kết quả quy trình. Sự chênh lệch hẹp hoặc sự phân tán của sự hồi phục là rất quan trọng đối với sự thành công của việc bồi thường.

Công nghệ mô phỏng hiện đại có khả năng thực hiện các đánh giá này, cũng như chẩn đoán và các nghiên cứu giả sử để cải thiện kết quả lặp lại.

Bù kích thước

Quy trình “cải tiến và giảm nhẹ”, với lượng hồi lưu nhỏ hơn và khả năng lặp lại tốt, đã được lựa chọn để thực hiện bồi thường.

Hình 10 Trường vectơ hồi lưu được áp dụng để bù cho trạm hình thức F50.

Chiến lược Bồi thường. Quá trình hồi lưu từ trạm này sang trạm tiếp theo xác nhận rằng khuôn dạng cuối cùng và mặt bích phải là mục tiêu của việc bồi thường. Sơ đồ bù và trường vectơ bù được sử dụng được thể hiện trong Hình 10 .

Việc đền bù được lặp đi lặp lại bốn lần để đạt được kết quả tuân thủ về kích thước (xem Hình 11 ).

Kiểm soát 

Mặc dù kết quả đền bù có vẻ tuân thủ, trên cơ sở một lần, điều quan trọng là phải xác nhận rằng quá trình đền bù nằm trong tầm kiểm soát và do đó có khả năng tạo ra các kết quả lặp lại. Đây là một xác nhận quan trọng cần thực hiện trước khi ký phát hành các bề mặt khuôn được chế tạo để gia công.

Hình 4 Gia công các bề mặt khuôn cắt để lồng vỏ kéo có thể giảm thiểu việc nghiền tấm bảng.

Trong nghiên cứu này, kết quả hồi phục sau bù trừ hóa ra có thể lặp lại, dựa trên Cp. Tuy nhiên, các khu vực nhỏ trên bề mặt mặt bích nằm ngoài giới hạn tuân thủ / thông số kỹ thuật của bảng điều khiển là ± 0,5 mm; điều này được đặc trưng bằng cách sử dụng Cpk, là tiềm năng của các kết quả quá trình để đáp ứng các thông số kỹ thuật theo cách có thể lặp lại (xem Hình 12 ).

Hình 12 Quá trình bù được chỉ ra là có thể lặp lại. Tuy nhiên, cần phải bồi thường thêm để đưa các mặt bích vào tuân thủ.

Trong trường hợp này, khi quy trình được xác nhận là có thể lặp lại (Cp tốt) nhưng không hoàn toàn tuân thủ (Cpk không đầy đủ), các biện pháp đối phó có thể bao gồm bồi thường bổ sung, thay đổi cách lắp ráp bảng điều khiển, thay đổi chiến lược bồi thường hoặc trong trường hợp xấu nhất, nhượng bộ về giới hạn đặc điểm kỹ thuật.

Để quy trình kỹ thuật mở rộng và siêng năng này thành công trong thế giới vật lý — giảm chu kỳ thử, cải thiện chất lượng bảng điều khiển, giảm chi phí tổng thể — điều kiện bắt buộc là công cụ phải được chế tạo chính xác như đã được xác thực và quy trình được chạy chính xác như được thiết kế!

Công ty Cổ phần Thiết bị và Giải pháp Cơ khí Automech
Trụ sở chính: số 285 đường Phúc Lợi, quận Long Biên, Hà Nội
Chi nhánh Đà Nẵng: lô 11, khu A4 – Nguyễn Sinh Sắc, quận Liên Chiểu, Đà Nẵng
Chi nhánh TP HCM: số 84, đường 10, khu đô thị Vạn Phúc, Hiệp Bình Phước, Thủ Đức
Hotline: 0987 899 347
Website: automech.vn
Fanpage: Automech Life