Cold Forming Super Duplex: Springback Calculation and Tooling Design

Keluli tahan karat super dupleksmengembalikan kira-kira dua hingga tiga kali lebih anjal springback daripada 316L dalam operasi pembentukan-sejuk yang setara, didorong terutamanya oleh nisbah-kekuatan-kepada-modulus hasil yang tinggi. Panduan ini memberikan fabrikasi dan jurutera perkakas kaedah pengiraan, data perbandingan dan{6}}peraturan reka bentuk yang diperlukan untuk mencapai toleransi dimensi pada pengeluaran pertama.

Keluli tahan karat super dupleks - terutamanya UNS S32750 (SAF 2507) dan UNS S32760 - ditentukan di mana sahaja rintangan klorida dan kekuatan mekanikal kedua-duanya penting: platform luar pesisir, manifold bawah laut, paip penyahgaraman dan vesel proses kimia. Struktur mikro ferit-austenit yang seimbang memberikan kira-kira dua kali ganda kekuatan hasil gred austenit standard seperti 316L, tetapi kekuatan yang sama adalah sebab bahagian yang terbentuk sejuk-berpindah lebih jauh daripada geometri alat daripada jangkaan fabrikasi. Mendapatkan sudut lentur tepat pada artikel pertama - dan bukannya yang ketiga - bergantung pada pengiraan springback dengan betul dan membina pampasan ke dalam dadu sebelum ia dipotong. Artikel ini membincangkan kedua-duanya.

Apa yang Menjadikan Keluli Tahan Karat Super Dupleks Sukar untuk Bentuk Sejuk?

Super dupleks sukar untuk bentuk sejuk kerana kekuatan hasilnya ( Lebih besar daripada atau sama dengan 550 MPa) adalah kira-kira 2.5–2.7 kali lebih tinggi daripada 316L manakala modulus keanjalannya (≈200 GPa) hampir tidak berubah - jadi terikan yang dipulihkan secara keanjalan selepas beban dialihkan lebih besar, berkadar lebih besar daya pegas yang diperlukan, dan berkadar lebih besar. tetingkap jejari-lentur-selamat yang lebih sempit.

Sifat mekanikal yang mengawal springback bukanlah kekuatan alah sahaja, tetapi nisbah kekuatan alah kepada modulus kenyal (σy /E). Nisbah yang lebih tinggi bermakna lebih banyak daripada jumlah ketegangan lenturan bahan disimpan secara elastik dan dipulihkan sebaik sahaja pukulan ditarik balik. Jadual di bawah membandingkan tiga gred yang paling kerap dibincangkan bersama di kedai fabrikasi.

Jadual 1 - Perbandingan sifat mekanikal yang berkaitan dengan sejuk-bengkok springback. Nisbah σy/E dan springback relatif diperoleh daripada nilai kekuatan dan modulus yang disenaraikan; anggap sebagai panduan anggaran, bukan pengganti ujian kupon.

Tiga akibat praktikal mengikuti terus dari Jadual 1:

Jejari lentur secara amnya mestilah lebih besar daripada bahagian austenit yang setara untuk mengelakkan keretakan permukaan pada gentian luar, kerana super dupleks mempunyai rizab pemanjangan yang lebih rendah daripada 316L pada tahap kekuatan tertentu.

Keperluan tan tekan meningkat kira-kira mengikut perkadaran dengan kekuatan hasil, jadi brek dan dadu bersaiz untuk kerja 304/316L selalunya kurang-dikuasakan untuk super dupleks dengan ketebalan yang sama.

Ubah bentuk sejuk melepasi kira-kira 10% terikan biasanya diikuti dengan penyepuhlindapan larutan dan pelindapkejutan cepat, kedua-duanya untuk memulihkan keseimbangan fasa austenit-ferit dan untuk menetapkan semula kemuluran bahan sebelum terbentuk selanjutnya.

Bagaimana Anda Mengira Springback untuk Super Duplex Bend?

Gunakan persamaan nisbah anjal-jejari pemulihan (Gardiner)-bersama-sama dengan pengiraan elaun-lengkungan faktor K-: kira nisbah σy·R/(E·t) untuk selekoh, selesaikan jejari bebas selepas memunggah, kemudian tukar perubahan jejari lebihan bersudut. Untuk lenturan biasa 3 mm S32750 pada jejari dalam 3t, ini meramalkan kira-kira 3-6 darjah springback sudut, berbanding kira-kira 1-2 darjah untuk 316L pada geometri yang sama.

Langkah 1 - Elaun bengkok dan faktor K-.

Faktor K-menempatkan paksi lentur neutral sebagai pecahan ketebalan bahan yang diukur dari permukaan dalam dan digunakan untuk mengira panjang (corak rata) yang dibangunkan:

BA=π (R + K·t) (A / 180)

Di mana BA ialah elaun lentur, R ialah jejari lentur dalam, t ialah ketebalan bahan, K ialah faktor paksi-neutral, dan A ialah sudut lentur dalam darjah. Untuk kepingan tahan karat austenit dan dupleks, amalan kedai biasanya menggunakan K ≈ 0.33 untuk R < 2t dan K ≈ 0.40–0.50 untuk R Lebih besar daripada atau sama dengan 2t. Eksponen pengerasan terikan super dupleks yang lebih tinggi-menganjakkan paksi neutral sedikit ke arah jejari dalam berbanding dengan 316L, jadi faktor K-yang diperoleh daripada jadual austenit hendaklah disahkan dengan selekoh percubaan dan bukannya diandaikan.

Langkah 2 - Nisbah springback anjal (persamaan Gardiner)

Untuk lenturan tulen helaian atau plat, hubungan pemulihan-anjal klasik antara jejari alat (dimuatkan) Ri dan jejari bebas (dipunggah) Rf ialah:

Ri / Rf=4 (Ri·σy / E·t)³ − 3 (Ri·σy / E·t) + 1

Persamaan ini menunjukkan mengapa nisbah σy/E dalam Jadual 1 ialah pemboleh ubah mengawal: apabila σy/E meningkat,-sisi kanan jatuh lebih jauh di bawah 1, bermakna Rf bertambah besar berbanding Ri - bahagian terbuka lebih banyak selepas alat melepaskannya.

Contoh yang dikerjakan

Pertimbangkan plat S32750 3 mm dibengkokkan ke jejari dalam 9 mm (3t) dengan σy=550 MPa dan E=200,000 MPa:

Ri·σy / (E·t)=(9 × 550) / (200,000 × 3)=4,950 / 600,000=0.00825

Ri/Rf=4(0.00825)³ − 3(0.00825) + 1=0.00000226 − 0.02475 + 1=0.9753

Rf=Ri / 0.9753=9.23 mm - pertumbuhan jejari 2.5% selepas memunggah

Pengiraan yang sama untuk 316L pada geometri yang sama (σy=190 MPa) memberikan Ri/Rf ≈ 0.9905, kira-kira 40% kurang pertumbuhan jejari. Oleh kerana sebatian springback bersudut dengan panjang lengkok di atas selekoh penuh, perbezaan jejari ini biasanya diterjemahkan kepada keperluan lengkung bersudut 2–3 kali lebih besar untuk super dupleks berbanding untuk 316L - selaras dengan medan-yang dilaporkan julat 3–6 darjah berbanding 1–2 darjah yang digunakan di seluruh industri.

Langkah 3 - Tukar kepada lengkung bersudut

Setelah Rf diketahui, sudut springback Δ ialah perbezaan antara sudut alat (sasaran) dan sudut yang sebenarnya dipegang oleh bahagian bebas. Perkakas kemudian dipotong ke sudut awal (sudut sasaran + Δ ) supaya selepas pemulihan elastik bahagian itu mengendur ke sasaran. Nilai overbend - ini bukan sudut cetakan nominal - ialah apa yang sepatutnya muncul pada lukisan punch dan die.

Kaedah Ramalan Springback Mana Yang Paling Tepat?

Formula analitikal (K-faktor tambah Gardiner) cukup tepat untuk-reka bentuk dan petikan lulus pertama; selekoh percubaan empirikal diperlukan untuk memuktamadkan perkakas sebelum pengeluaran; dan analisis unsur terhingga tak linear dengan model pengerasan anisotropik yang ditentukur adalah kaedah yang paling tepat dan wajar apabila toleransi ketat, bahagiannya besar, atau kerja semula mati akan menelan kos yang tinggi.

Jadual 2 - Perbandingan kaedah ramalan springback untuk pembentukan sejuk super dupleks.

Aliran kerja praktikal menggabungkan ketiga-tiga: gunakan formula analitik untuk mensaiz dadu dan memetik kerja, jalankan FEA untuk memperhalusi sudut overbend dan tandakan sebarang risiko keretakan pada gentian luar dan sahkan dengan bengkok percubaan fizikal pada pengeluaran-bahan lot sebelum memotong perkakas yang dikeraskan. Oleh kerana gred dupleks menunjukkan variasi haba-ke-panas dalam kekuatan hasil dalam spesifikasi yang sama,-mengesahkan semula springback apabila sijil kilang berubah adalah amalan yang baik walaupun untuk kerja berulang.

Bagaimanakah Alatan Perlu Direka untuk Mengimbangi Super Duplex Springback?

Reka bentuk pukulan dan dadu pada sudut overbend yang dikira dalam Bahagian 2 (bukan sudut cetakan), nyatakan jejari selekoh dalam yang besar dengan sekurang-kurangnya 3–4× ketebalan bahan, gunakan dasar atau syiling dan bukannya lenturan udara di mana-mana yang dibenarkan, dan saiz mesin penekan untuk 2–3× tan yang diperlukan untuk bahagian 316L yang setara.

Terlalu membongkok

Kaedah pampasan yang paling biasa adalah hanya memotong alat ke sudut disertakan yang lebih besar daripada yang diperlukan cetakan, supaya pemulihan elastik membawa bahagian itu kembali ke sudut sasaran. Nilai overbend datang terus daripada Δ dalam Bahagian 2, dan hendaklah-disemak semula apabila ketebalan bahan, lot gegelung atau jejari lenturan berubah.

Bottoming dan syiling

Lenturan udara - di mana penebuk tidak meletakkan sepenuhnya bahan pada acuan - adalah pantas tetapi menyebabkan springback sebahagian besarnya tidak terkawal kerana jejari lenturan tidak ditetapkan oleh perkakas. Bottoming (mendudukkan bahagian sepenuhnya pada dinding cetakan) dan coining (menggunakan daya yang mencukupi untuk-menghasilkan semula zon lentur secara setempat) secara mekanikal mengekang jejari dan sudut akhir, dengan ketara mengurangkan serakan springback. Syiling memerlukan tonase tertinggi daripada tiga kaedah tetapi memberikan sudut yang paling boleh diulang pada-bahan kekuatan tinggi seperti super dupleks.

Jejari mati dan jejari hidung tebuk

• Jejari lentur dalam: ketebalan minimum 3× untuk helaian dan plat S32750/S32760 sehingga kira-kira 12 mm, berbanding minimum ketebalan 1–2× biasa yang digunakan untuk 316L, untuk mengelakkan keretakan gentian-luar memandangkan rizab pemanjangan yang lebih rendah.
• Jejari bahu die: bersaiz untuk mengelakkan kerja dupleks - perit-mengeras dengan cepat, jadi jejari cetakan kecil atau tajam meningkatkan seretan permukaan dan boleh menjaringkan permukaan plat, menjejaskan lapisan tahan kakisan-pasif.
• Bukaan die (V-lebar): biasanya 8–10× ketebalan untuk lenturan udara/bawah standard; bukaan yang lebih sempit meningkatkan permintaan tonase lagi dan meningkatkan risiko hidung punch menandakan permukaan luar.

Pembersihan dan pelinciran

Kelegaan tumbukan-ke-mati hendaklah ditingkatkan berbanding amalan austenit - kira-kira 10–15% lebih besar daripada kelegaan yang digunakan untuk 316L dengan ketebalan yang sama - untuk menampung beban pembentuk yang lebih tinggi tanpa haus alatan yang berlebihan. Pelincir bebas klorin-dinilaikan untuk keluli tahan karat diperlukan, kedua-duanya untuk mengawal pedih akibat pengerasan kerja dan untuk mengelakkan pencemaran klorida yang boleh memulakan pitting sebaik sahaja bahagian itu dalam perkhidmatan.

Berapa Banyak Lagi Pampasan Springback Yang Super Dupleks Perlu Dibandingkan dengan 316L dan 2205?

Sebagai panduan perancangan am, jangkakan kira-kira 1–2 darjah springback sudut untuk 316L, 2–4 darjah untuk dupleks standard 2205 dan 3–6 darjah untuk super dupleks S32750/S32760 pada angka selekoh 90 darjah - yang setara yang harus sentiasa disahkan oleh lengkungan percubaan atau nilai jejari, FEA dengan alat nilai ketebalan, FEA. dan lot kilang.

Jadual 3 - Sejuk bandingan-membentuk elaun merentas keluarga tahan karat biasa. Nilai ialah fabrikasi umum-julat perancangan industri, bukan pengganti ujian khusus- dan lot-.

Apakah Tonaj Akhbar dan Parameter Proses Perlu Dinyatakan?

Saiz tekan tonase menggunakan kekuatan hasil sebenar bahan (bukan lalai tahan karat generik), tentukan bukaan acuan V-dengan ketebalan 8–10×, larian kelajuan lenturan lebih perlahan daripada gred austenit untuk mengehadkan pemanasan adiabatik dalam zon lentur dan halakan kerja melalui pemeriksaan dimensi 100% selepas springback dan bukannya bergantung pada tetapan alat.

Formula udara-lentur yang biasa digunakan ialah:

F = (1.42 × L × σt × t²) / V

Di mana F ialah daya dalam kN, L ialah panjang lentur dalam mm, σt ialah kekuatan tegangan dalam MPa, t ialah ketebalan dalam mm, dan V ialah lebar bukaan die dalam mm. Oleh kerana kekuatan tegangan super dupleks (795–930 MPa untuk S32750) berjalan hampir dua kali ganda berbanding 316L, persamaan yang sama menunjukkan tonase kira-kira dua kali ganda untuk geometri setara - sebab ramai fabrikasi mendapati alatan 316L sedia ada mereka di bawah-berkadar plat ketebalan super yang sama.

Adakah Penyepuhlindapan Perantaraan Diperlukan Semasa Pembentukan Sejuk?

Ya - penyepuhlindapan larutan dan pelindapkejutan pantas disyorkan apabila ubah bentuk sejuk terkumpul melebihi ketegangan 10%, dan diperlukan selepas langkah pembentukan akhir tanpa mengira tahap terikan, untuk memulihkan keseimbangan fasa ferit-austenit dan rintangan kakisan penuh aloi.

Kerja dingin mengalihkan keseimbangan fasa super dupleks daripada nisbah ferit austenit-kira-kira 50/50 yang memberikan gred kekuatan gabungan dan prestasi kakisannya, dan boleh menggalakkan fasa antara logam yang mencolok jika bahan tersebut kemudiannya terdedah kepada suhu perkhidmatan yang dinaikkan. Helaian data kilang dan pengeluar untuk S32750 menentukan suhu penyepuhlindapan larutan minimum sekitar 1052 darjah (1925 darjah F) diikuti serta-merta dengan udara atau pelindapkejutan air yang cepat, dengan penjerukan dan pempasifan selepas itu untuk memulihkan sepenuhnya lapisan permukaan pasif yang boleh mengganggu pembentukan sejuk dan sebarang haba yang berkaitan.

Soalan Lazim

Berapakah harga keluli tahan karat super dupleks balik selepas lenturan sejuk?

Pada selekoh 90 darjah biasa, keluli tahan karat super dupleks (UNS S32750/S32760) menunjukkan kira-kira 3-6 darjah springback sudut, berbanding dengan kira-kira 1-2 darjah untuk keluli tahan karat austenit 316L pada ketebalan dan jejari yang sama. Nilai yang tepat bergantung pada ketebalan, jejari lentur dan kekuatan hasil sebenar bahan, jadi ia harus disahkan dengan selekoh percubaan.

Apakah formula yang digunakan untuk mengira springback dalam lenturan keluli tahan karat?

Persamaan Gardiner ialah formula analitik standard: Ri/Rf=4(Ri·σy/E·t)³ − 3(Ri·σy/E·t) + 1, dengan Ri ialah jejari alat, Rf ialah jejari bebas selepas memunggah, σy ialah kekuatan alah, dan t ialah modulus kenyal. Ia biasanya digandingkan dengan pengiraan-lengkungan faktor K-untuk pembangunan pola-rata.

Apakah jejari lentur minimum untuk keluli tahan karat super dupleks?

Jejari selekoh dalam minimum 3 hingga 4 kali ketebalan bahan ialah pengesyoran permulaan biasa untuk S32750 dan S32760, berbanding ketebalan 1 hingga 2 kali ganda untuk 316L, kerana super dupleks mempunyai rizab pemanjangan yang kurang pada tahap kekuatannya yang lebih tinggi dan lebih terdedah kepada keretakan gentian luar-pada jejari ketat.

Mengapa keluli tahan karat super dupleks memerlukan daya pembentukan lebih daripada 316L?

Super dupleks mempunyai kekuatan hasil minimum kira-kira 550 MPa dan kekuatan tegangan kira-kira 795–930 MPa untuk S32750, hampir dua kali ganda nilai untuk 316L. Memandangkan skala daya lentur dengan kekuatan tegangan, keperluan tan tekan meningkat secara berkadar - biasanya 2.3 hingga 2.7 kali ganda tan yang diperlukan untuk bahagian 316L yang setara.

Adakah keluli tahan karat super dupleks memerlukan penyepuhlindapan selepas pembentukan sejuk?

ya. Penyepuhlindapan penyelesaian diikuti dengan udara atau pelindapkejutan air yang cepat disyorkan sebaik sahaja ubah bentuk sejuk terkumpul melebihi kira-kira 10%, dan biasanya diperlukan selepas langkah pembentukan akhir untuk memulihkan struktur mikro ferit-austenit yang seimbang dan rintangan kakisan penuh aloi.

Adakah pengiraan analitikal atau FEA lebih baik untuk meramalkan springback super dupleks?

Formula analitik adalah mencukupi untuk anggaran awal dan saiz cetakan awal. Analisis unsur terhingga bukan linear dengan model pengerasan yang ditentukur adalah lebih tepat dan berbaloi dengan masa tambahan untuk -bahagian toleransi yang ketat, plat besar atau tebal atau apa-apa kerja yang memotong perkakas baharu dua kali akan memakan kos yang tinggi.