Hidegalakítású szuperduplex: rugós számítás és szerszámtervezés

Super duplex rozsdamentes acéldurván kétszer-háromszor rugalmasabb visszarugózást ad vissza, mint a 316 liter egyenértékű hidegalakítási műveletben-, elsősorban a nagy hozam-szilárdság-/-modulus aránya miatt. Ez az útmutató megadja a gyártóknak és a szerszámmérnököknek azokat a számítási módszereket, összehasonlító adatokat és szerszámtervezési szabályokat, amelyek szükségesek ahhoz, hogy az első gyártási futtatáskor elérjék a mérettűrést.

A szuperduplex rozsdamentes acélok - főként UNS S32750 (SAF 2507) és UNS S32760 - mindenhol előírásra kerültek, ahol a kloridállóság és a mechanikai szilárdság egyaránt számít: tengeri platformok, tenger alatti elosztók, sótalanító csövek és vegyi feldolgozó edények. Kiegyensúlyozott ausztenites -ferrites mikroszerkezetük nagyjából kétszeres folyáshatárt biztosít a szabványos ausztenites minőségekhez, például a 316L-hez, de ugyanez az erősség az oka annak, hogy a hidegen alakított alkatrészek távolabb nyúlnak vissza a szerszám geometriájától, mint azt a gyártók elvárják. A hajlítási szög megfelelő beállítása az első cikken - a harmadik - helyett attól függ, hogy helyesen számolja-e ki a visszarugózást, és a vágás előtti kompenzációt építi be a szerszámba. Ez a cikk mindkettőt végigjárja.

Mitől nehéz a Super Duplex rozsdamentes acélt hidegen alakítani?

A szuperduplex nehezen alakítható hidegen, mert folyáshatára (550 MPa vagy annál nagyobb) durván 2,5-2,7-szer nagyobb, mint 316L, míg rugalmassági modulusa (≈200 GPa) szinte változatlan -, így a terhelés eltávolítása után rugalmasan visszanyert alakváltozás arányosan nagyobb szűkítő erőt igényel, sokkal nagyobb, nagyobb visszahúzó erőt produkál. biztonságos-hajlítási-sugárú ablak.

A visszarugózást szabályozó mechanikai tulajdonság nem egyedül a folyáshatár, hanem a folyáshatár és a rugalmassági modulus (σy /E) aránya. A nagyobb arány azt jelenti, hogy az anyag teljes hajlítási igénybevételének nagyobb része rugalmasan tárolódik, és a lyukasztó visszahúzódása után helyreáll. Az alábbi táblázat összehasonlítja a három, leggyakrabban tárgyalt osztályt egy gyártóműhelyben.

1 - táblázat A mechanikai tulajdonságok összehasonlítása a hideg-hajlítási visszarugózással kapcsolatban. A σy/E arány és a relatív rugózás a felsorolt ​​szilárdság és modulus értékekből származik; becslési útmutatóként kezelje, nem helyettesíti a kupon tesztelését.

Három gyakorlati következmény következik közvetlenül az 1. táblázatból:

A hajlítási sugaraknak általában nagyobbnak kell lenniük, mint az egyenértékű ausztenites rész, hogy elkerüljük a külső szál felületi repedését, mivel a szuperduplex nyúlási tartaléka kisebb, mint a 316 liter egy adott szilárdsági szinten.

A prés tonnatartalmának követelményei nagyjából a folyáshatárral arányosan nőnek, ezért a 304/316 literes munkára méretezett fékek és fékek gyakran alulmúltak-az azonos vastagságú szuperduplexhez.

A körülbelül 10%-os alakváltozást meghaladó hidegdeformációt általában oldatos lágyítás és gyors kioltás követi, mind az ausztenit-ferrit fázisegyensúly helyreállítása, mind pedig az anyag képlékenységének visszaállítása a további alakítás előtt.

Hogyan számítja ki a Super Duplex hajlítások visszafutását?

Használja a rugalmas-visszanyerési (Gardiner) sugár-arányegyenletet a K-hajlítási tényező-rátaszámítással együtt: számítsa ki a σy·R/(E·t) arányt a hajlításra, oldja meg a szabad sugarat a tehermentesítés után, majd alakítsa át a hajlítási sugár változását a szögben. Egy tipikus 3 mm-es S32750 kanyar esetén 3 tonnás belső sugárnál ez nagyjából 3–6 fokos szögvisszarugózást jósol, szemben a 316 literes durván 1–2 fokkal, ugyanazon a geometrián.

1 - lépés Hajlítási ráhagyás és a K-tényező

A K-tényező a semleges hajlítási tengelyt a belső felülettől mért anyagvastagság töredékeként határozza meg, és a kialakult (lapos mintázatú) hossz kiszámítására szolgál:

BA=π (R + K·t) (A / 180)

Ahol BA a hajlítási ráhagyás, R a belső hajlítási sugár, t az anyagvastagság, K a semleges -tengelytényező, és A a hajlítási szög fokban. Ausztenites és duplex rozsdamentes lemezek esetében a bolti gyakorlat általában K ≈ 0,33-at használ, ha R < 2t, és K ≈ 0,40–0,50 R értéket, amely nagyobb vagy egyenlő, mint 2t. A Super duplex nagyobb alakváltozás-edzési kitevője a neutrális tengelyt kissé a belső sugár felé tolja el a 316L-hez képest, ezért az ausztenites táblázatokból származó K-tényezőket próbahajlítással kell érvényesíteni, nem pedig feltételezni.

2 -. lépés Rugalmas visszarugózási arány (Gardiner-egyenlet)

Egy lap vagy lemez tiszta hajlításánál a klasszikus rugalmas{0}}visszanyerési kapcsolat a szerszám (terhelt) Ri sugara és a szabad (terheletlen) Rf sugár között:

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

Ez az egyenlet megmutatja, hogy miért a σy/E arány az 1. táblázatban a vezérlő változó: ahogy σy/E növekszik, a jobb oldal -tovább 1 alá esik, ami azt jelenti, hogy Rf növekszik Ri - értékhez képest, az alkatrész jobban kinyílik, miután az eszköz elengedi.

Működő példa

Tekintsünk egy 3 mm-es S32750 lemezt 9 mm belső sugárra (3t) hajlítva σy=550 MPa és E=200,000 MPa értékkel:

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 - 2,5%-os sugárnövekedés a kirakodás után

Ugyanez a számítás 316L-re azonos geometria mellett (σy=190 MPa) Ri/Rf ≈ 0,9905-öt ad, ami nagyjából 40%-kal kisebb sugárnövekedést jelent. Mivel a szögrugózással rendelkező vegyületek a teljes kanyarban ívhosszúsággal rendelkeznek, ez a sugár-különbség általában 2-3-szor nagyobb túlhajlítási szögigényt jelent a szuperduplex esetében, mint a 316 literes - esetében, összhangban az iparágban alkalmazott 3-6 fokos és 1-2 fokos térbeli-jelzett tartományokkal.

Lépés 3 - Alakítsa át szögletes túlhajlítássá

Ha az Rf ismert, a Δ visszarugózási szög a szerszám (cél) szöge és a szabad rész által ténylegesen bezárt szög közötti különbség. Ezután a szerszámot egy kezdeti szögre vágják (célszög + Δ ), hogy a rugalmas helyreállítás után az alkatrész a célhoz képest ellazuljon. Ennek a túlhajlítási értéknek -, nem a névleges nyomtatási szögnek - kell megjelennie a lyukasztó- és matricarajzokon.

Melyik Springback előrejelzési módszer a legpontosabb?

Az analitikai képletek (K-tényező plusz Gardiner) kellően pontosak az első-matrica tervezéséhez és idézéséhez; empirikus próbahajlítások szükségesek a szerszámozás véglegesítéséhez a gyártás előtt; és a nemlineáris végeselemes analízis kalibrált anizotróp keményedési modellel a legpontosabb módszer, és akkor indokolt, ha szűk a tűrés, az alkatrész nagy, vagy a szerszám utómunkálata költséges lenne.

2 - táblázat A szuperduplex hidegalakítás visszarugózásának előrejelzési módszereinek összehasonlítása.

A gyakorlati munkafolyamat mindhárom kombinációt ötvözi: használja az analitikai képleteket a matrica méretéhez és a munkához, futtassa a FEA-t a túlhajlítási szög finomításához, és jelezze a repedés kockázatát a külső szálnál, és erősítse meg a gyártási tételen végzett fizikai próbahajlítással az edzett szerszámok vágása előtt. Mivel a duplex minőségek hőtől -hőig változó folyáshatárt{3}} mutatnak ugyanazon a specifikáción belül, a visszaugrás újra-ellenőrzése a malomtanúsítvány megváltozásakor még ismételt munka esetén is bevált gyakorlat.

Hogyan kell a szerszámokat úgy megtervezni, hogy kompenzálják a szuper duplex rugózást?

Tervezze meg a lyukasztót és a szerszámot a 2. szakaszban kiszámított hajlítási szögre (nem a nyomtatási szögre), adjon meg egy nagy belső hajlítási sugarat, legalább 3–4-szeres anyagvastagságban, használjon aljozást vagy borítást léghajlítás helyett, ahol a tonnatartalom megengedi, és méretezze meg a prést az egyenértékű 316 literes alkatrészhez szükséges tonnatartalom 2–3-szorosára.

Túlhajlítás

A legelterjedtebb kompenzációs módszer az, hogy egyszerűen nagyobb szögre vágja a szerszámot, mint amennyit a nyomat megkövetel, így a rugalmas helyreállítás visszahozza az alkatrészt a célszögbe. A túlhajlítási érték közvetlenül a 2. szakaszban szereplő Δ-ből származik, és újra- kell ellenőrizni, ha változik az anyagvastagság, a tekercsdarab vagy a hajlítási sugár.

Fenekezés és éremelés

A léghajlítás -, ahol a lyukasztó nem támasztja teljesen az anyagot a szerszámhoz -, gyors, de a visszarugózást nagyrészt ellenőrizetlenül hagyja, mivel a hajlítási sugarat nem rögzítik szerszámok. Az aljozás (az alkatrész teljesen a szerszám falaihoz ültetése) és a vágás (elegendő erő kifejtése a hajlítási zóna helyi helyreállításához) egyaránt mechanikusan korlátozza a végső sugarat és szöget, jelentősen csökkentve a visszaugrási szórást. Az éremelés a három módszer közül a legnagyobb tonnát igényli, de a leginkább megismételhető szöget adja a nagy szilárdságú anyagokon, például a szuperduplexen.

A szerszám sugara és az ütési orr sugara

• Belső hajlítási sugár: legalább 3-szoros vastagság S32750/S32760 lapok és lemezek esetén durván 12 mm-ig, szemben a 316L-nél általánosan használt 1–2-szeres vastagsággal, hogy elkerüljük a külső -szálrepedést, tekintettel az alacsonyabb nyúlási tartalékra.
• A matrica vállának sugara: úgy méretezték, hogy elkerüljék az epedést. A - duplex munka-gyorsan megkeményedik, így a kicsi vagy éles szerszámsugár növeli a felületi ellenállást, és bemetszheti a lemez felületét, veszélyeztetve a passzív korrózióálló -réteget.
• Nyílás (V-szélesség): jellemzően 8–10× vastagság szabványos levegő/fenék hajlítás esetén; a keskenyebb nyílások tovább növelik a tonnaigényt, és növelik annak kockázatát, hogy a lyukasztó orr megjelölje a külső felületet.

Hézag és kenés

A lyukasztó-a-hézagot az ausztenites gyakorlathoz képest - nagyjából 10–15%-kal nagyobbra kell növelni, mint a 316 literes azonos vastagságú - hézag, hogy a szerszám túlzott kopása nélkül alkalmazkodjon a nagyobb alakítási terhelésekhez. A rozsdamentes acélhoz minősített klór-mentesen formázó kenőanyagra van szükség, mind a megmunkálási megkeményedés miatti szennyeződések megelőzésére, mind a kloridos szennyeződés elkerülésére, amely az alkatrész üzembe helyezése után gödrösödést okozhat.

Mennyivel több rugós visszatérítésre van szüksége a Super Duplexnek a 316L-hez és a 2205-höz képest?

Általános tervezési útmutatóként körülbelül 1–2 fokos szögvisszarugózással kell számolni a 316L-nél, 2–4 fokos szögvisszarugózással a standard duplex 2205-nél, és 3–6 fokos a szuperduplex S32750/S32760-nál egy ezzel egyenértékű 90 fokos hajlításnál - számadatokat, amelyeket mindig meg kell erősíteni a tényleges FEA-értékekkel a gyártási hajlítás, vágási sugár vagy vastagság előtt. malom telek.

Táblázat 3 - Összehasonlító hidegalakítási ráhagyások-a gyakori rozsdamentes acél családok között. Az értékek általános gyártási-ipari tervezési tartományok, nem helyettesítik az osztály- és tétel{5}}specifikus tesztelést.

Milyen préstartalom- és folyamatparamétereket kell megadni?

Mérje meg a prés tonnáját az anyag tényleges folyáshatárával (nem egy általános rozsdamentes alapértelmezés), adjon meg egy 8–10-szeres vastagságú V-szerszámnyílást, futtasson lassabb hajlítási sebességet, mint az ausztenites minőségeknél, hogy korlátozza az adiabatikus felmelegedést a hajlítási zónában, és irányítsa át a munkát a 100%-os méretellenőrzésen a rugózás után, ahelyett, hogy a kezdeti szerszámbeállításra hagyatkozna.

A leggyakrabban használt léghajlítási{0}}űrtartalom képlet a következő:

F = (1.42 × L × σt × t²) / V

Ahol F az erő kN-ban, L a hajlítási hossz mm-ben, σt a szakítószilárdság MPa-ban, t a vastagság mm-ben, és V a szerszámnyílás szélessége mm-ben. Mivel a szuperduplex szakítószilárdság (795–930 MPa az S32750-nél) csaknem kétszerese a 316L-nek, ugyanez az egyenlet nagyjából megkétszerezi az űrtartalmat egyenértékű geometria esetén - ez az oka annak, hogy sok gyártó úgy találja, hogy a meglévő 316L-es szerszámok névleges értéke alulmúlja, amint ugyanazon szuperduplex lemezre költözik.

Szükséges-e közbenső izzítás a hidegalakítás során?

Igen - oldatos izzítás és gyors kioltás javasolt, ha a kumulatív hideg alakváltozás meghaladja a durván 10%-os alakváltozást, és a végső formázási lépés után a nyúlási szinttől függetlenül szükséges az ausztenit-ferrit fázisegyensúly és az ötvözet teljes korrózióállóságának helyreállítása érdekében.

A hidegmunka eltolja a szuperduplex fázisegyensúlyát a nagyjából 50/50 ausztenit-ferrit aránytól, amely a minőség együttes szilárdságát és korróziós teljesítményét adja, és elősegítheti az intermetallikus fázisok ridegségét, ha az anyagot ezt követően megemelt üzemi hőmérsékletnek teszik ki. A malom és a gyártó adatlapja az S32750-hez 1052 fok körüli minimális oldathevítési hőmérsékletet határoz meg, amelyet azonnal gyors levegő- vagy vízhűtés követ, majd ezt követően pácolás és passziválás következik, hogy teljesen helyreállítsák a passzív felületi réteget, amelyet a hidegalakítás és a kapcsolódó hő megzavarhat.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mennyire rugózik vissza a szuperduplex rozsdamentes acél hideg hajlítás után?

Egy tipikus 90 fokos kanyarban a szuperduplex rozsdamentes acél (UNS S32750/S32760) nagyjából 3–6 fokos visszarugózást mutat, szemben a 316 literes ausztenites rozsdamentes acél körülbelül 1–2 fokos szöggel azonos vastagságban és sugárban. A pontos érték a vastagságtól, a hajlítási sugártól és az anyag tényleges folyáshatárától függ, ezért próbahajlítással igazolni kell.

Milyen képlettel számítják ki a visszarugózást a rozsdamentes acél hajlításánál?

A Gardiner-egyenlet a standard analitikai képlet: Ri/Rf=4(Ri·σy/E·t)³ − 3(Ri·σy/E·t) + 1, ahol Ri a szerszám sugara, Rf a szabad sugár a tehermentesítés után, σy a folyáshatár, E pedig az anyagvastagság, E rugalmas modulus,. Általában egy K-tényező hajlítási-tényezővel párosítják a lapos-mintafejlesztéshez.

Mekkora a minimális hajlítási sugár szuper duplex rozsdamentes acél esetén?

Az S32750 és S32760 esetében az anyagvastagság 3–4-szeres minimális belső hajlítási sugára általánosan javasolt, szemben a 316L 1–2-szeres vastagságával, mivel a szuperduplexnek kisebb a nyúlási tartaléka magasabb szilárdsági szinten, és hajlamosabb a külső -szál repedésére szűk sugaraknál.

Miért kell a szuperduplex rozsdamentes acél nagyobb alakítóerőt, mint a 316 liter?

A Super duplex minimális folyáshatára körülbelül 550 MPa, a szakítószilárdsága pedig nagyjából 795–930 MPa az S32750 esetében, ami közel kétszerese a 316L értékeinek. Mivel a hajlítóerő húzószilárdsággal skálázódik, a prés tonnatartalma arányosan - általában 2,3-2,7-szeresére nő az egyenértékű 316 literes alkatrészhez szükséges tonnatartalomnak.

A szuperduplex rozsdamentes acélt hidegalakítás után izzítani kell?

Igen. Ha a kumulatív hideg alakváltozás meghaladja a nagyjából 10%-ot, akkor javasolt az oldatos izzítás, amelyet gyors levegő- vagy vízhűtés követ, és általában az utolsó formázási lépés után szükséges a kiegyensúlyozott ausztenit-ferrit mikrostruktúra és az ötvözet teljes korrózióállóságának helyreállításához.

Az analitikus számítás vagy a FEA jobb a szuperduplex rugózás előrejelzésére?

Az analitikai képletek elegendőek a korai becsléshez és a kezdeti szerszámméretezéshez. A kalibrált edzési modellel végzett nemlineáris végeselem-elemzés pontosabb, és megéri a ráfordított időt a szűk -tűrésű alkatrészek, a nagy vagy vastag lemezek, vagy minden olyan munka esetén, ahol az új szerszámok kétszeri vágása költséges lenne.