L'influenza di Anisotropy sulla formabilità del metallo del foglio: un'analisi completa

Le operazioni di formatura dei fogli come la stampa, il disegno profondo, la piegatura e l'idroformatura dipendono direttamente dalla capacità del materiale di sottoporsi a deformazione di plastica controllata senza guasto. Mentre molti ingegneri considerano la forza e la duttilità come proprietà materiali primari, la dipendenza direzionale di queste proprietà - noto come anisotropia - spesso determina se una parte può essere formata con successo.

Le origini dell'anisotropia in lamiera laminata

Durante la laminazione a caldo o a freddo, il materiale subisce grandi ceppi di compressione e taglio che causano la microstruttura policristallina per sviluppare un orientamento preferenziale del grano, o la texture cristallina. I cereali ruotano in modo che i loro piani di scivolamento e direzioni allineano preferibilmente con la direzione di rotolamento.

Oltre alla texture cristallina, l'anisotropia può anche derivare dalla texture morfologica, l'allungamento e l'allineamento delle particelle di seconda fase e dei confini del grano, e dalla fibra meccanica, in particolare nei materiali fortemente laminati. L'effetto netto è che i metalli di lamiere sono raramente isotropici; essi presentano diversi gradi di anisotropia che devono essere caratterizzati e contabilizzati per la formazione di simulazioni e progettazione del die.

Misure chiave di Anisotropy: ]r-Valore e Δ]r

Il coefficiente di Lankford ]r] è definito come il rapporto tra la vera e propria varietà di larghezza e la vera tensione di spessore durante un test di trazione uniaxial. Un materiale con ]r 1 resiste alla diraddizione, rendendolo più adatto per il disegno profondo dove il vuoto è teso sopra un pugno.

  • Normal anisotropy ([[]]r̄[]]]]]]: la media ]]]-valore in tutte le direzioni, che rappresenta la resistenza generale al diradamento.
  • Anisotropia pubblica (Δ]]r]]]]: la variazione di r con direzione, solitamente calcolato come (r0 + r90 − 2r45)/2.

Per esempio, i fogli di acciaio a basso tenore di carbonio mostrano comunemente ]r̄ valori di 1.5–2.0 e Δ]r vicino a zero dopo l'elaborazione ottimizzata. Leghe di alluminio, per contrasto, hanno spesso [[AS:4]]r̄ sotto 1.0 e positivo Δ

Anisotropia e il diagramma di limite di formatura

Il diagramma di limite di formatura (FLD) è lo strumento più usato per valutare la formabilità del foglio nel disegno di processo. Definisce le combinazioni di ceppi principali e minori che possono essere applicati senza la nuca o la frattura.

Le correzioni del FLC sono state proposte per spiegare l'anisotropia normale e planare. L'equazione Keeler-Brazier, per esempio, riguarda FLD0 a n] (il criterio di indurimento del profilo) e lo spessore, ma è stato sviluppato per l'acciaio isotropico.

Un effetto notevole dell'anisotropia è che il FLC nella regione del basso profilo positivo (stensificazione biassiale) è sollevato per i materiali con alto r̄ perché il materiale resiste alla diradamento. Tuttavia, alto Δ]]r può causare guasto prematuro in una direzione anche quando appare la maggior parte dello stato critico globale.

Il ruolo della plastica di cristallo e l'evoluzione della texture

Oltre ai parametri del continuum come ]r]]-valore, la plasticità del cristallo sottostante spiega perché l'anisotropia si evolve durante la formazione. Come procede la deformazione, la texture cristallica cambia attraverso la rotazione della retice, che può rafforzare o indebolire l'anisotropia iniziale.

L'evoluzione della texture è particolarmente importante in acciai ad alta resistenza avanzati (AHSS) e in lega di alluminio 6xxx-serie utilizzati nelle strutture del corpo automobilistico. Questi materiali spesso mostrano anisotropia complessa che non può essere catturata da un singolo calibrazione valore.

Anisotropia in processi di formatura chiave

Disegno profondo e Coppa orecchio

Se un vuoto circolare viene disegnato in una tazza, il materiale scorre più facilmente nelle direzioni con un basso ]]r[[FLT: 1]]-valore (dove la diradamento è più facile) e meno facilmente in direzioni con più alto ]]] [

In produzione di acciaio, una combinazione di laminazione a caldo, riduzione a freddo, e la temperatura di ricottura può essere adattata per produrre una texture con Δr[FLT: 1]] vicino a zero. Per l'alluminio, dove l'auricolare è una sfida persistente, le modifiche includono l'aggiunta di manganese o cromo per alterare la texture di ricristallizzazione classica, o utilizzando l'approccio asimmetrico

Formatura e stretching

In stretch, dove il foglio è bloccato ai bordi e allungato su un pugno, l'anisotropia colpisce la distribuzione di diradamento e la posizione del primo collo. Quando un foglio è allungato nella direzione di rotolamento, il materiale può trasferire la tensione alla direzione trasversale se il valore r è alto, portando a più uniformità diradamento. Tuttavia, materiali altamente anisotropici possono sviluppare le superfici pelabili localizzate nella direzione più debole.

L'emming, la piegatura dei bordi per unire due fogli, è anche sensibile all'anisotropia. Durante il ciclo di emming, il foglio subisce la piegatura e l'inclinazione dei materiali che possono causare la crepa se il materiale è troppo anisotropico. Per esempio, i gradi di alluminio con una texture cubo forte tendono a rompere al raggio di orlo quando piegato perpendicolare alla direzione di rotolamento, mentre la piegatura parallela è più perdonante.

Gestione dell'anisotropia nella selezione dei materiali e nella progettazione dei processi

Per il disegno profondo, gli acciai con alto r̄] e basso Δ]r sono preferiti. Per la simulazione di allungamento o flessione, l'anisotropia moderata è accettabile fintanto che i ]r-

Le regolazioni di processo possono anche ridurre gli effetti dell'anisotropia:

  • Applicare una forza portante vuota che varia con direzione (supporti vuoti segmentati) può equalizzare il flusso del materiale.
  • Utilizzando perline disegnate con lunghezze o posizioni diverse può aggiungere resistenza in direzioni che fluiscono troppo facilmente.
  • La formazione di fogli di magnesio e alluminio riduce l'anisotropia attivando sistemi di scivolamento aggiuntivi, aumentando l'efficace r̄].
  • Il trattamento termico dopo (o durante) la formazione, come il trattamento termico soluzione e l'invecchiamento per leghe indurenti di precipitazione, può parzialmente annientare le differenze di resistenza legate alla texture.

Nei casi in cui l'auricolare è inevitabile, la geometria vuota può essere adattata, ad esempio utilizzando uno spazio vuoto ovale che produce una tazza circolare dopo la formazione. Modelli predittivi che rappresentano Δ]r ora permettono di arrotondare la formatura con alta precisione, riducendo il rottame ] La raccolta di articoli anisotropy [3]

Anisotropia in materiali non tradizionali

I laminati in fibra di metallo (ad esempio GLARE) combinano strati di metallo e piramide composita, portando a proprietà direzionali estreme che devono essere modellate strato per strato. Leghe di alluminio ad alta resistenza della serie 2xxx e 7xxx hanno forti texture di ricristallizzazione che causano una forte anisotropia nel temper T6; la loro formabilità è migliorata dal calore della soluzione

Future Directions: Anisotropy in Digital Twins e Machine Learning

La digitalizzazione continua della formazione di metallo comprende gli sforzi per costruire modelli materiali che evolvono automaticamente l'anisotropia come cambiamento delle condizioni di processo. Gli algoritmi di apprendimento automatico formati su dati ODF da elettroni diffrazione backscatter (EBSD) possono prevedere il ]r]]-valore evoluzione senza risolvere la plasticità di cristallo. Questi modelli sono abbastanza veloci da incorporare in codice elemento finito, consentendo un processo di elaborazione di elaborazione di tempo reale di un doppio digitale di formatore

Inoltre, il monitoraggio della texture in linea utilizzando sensori di corrente ultrasuoni o esorbitanti potrebbe fornire feedback per regolare velocità di rotolamento, lubrificante o forze portanti vuote sul mosca. Come aumenta la produttività della linea di stampa, la capacità di gestire la variazione dell'anisotropia all'interno di una bobina diventa cruciale.

Conclusioni

La forma di anisotropy non è un difetto nei metalli di lamiere; è una caratteristica intrinseca dei prodotti laminati che devono essere contabilizzati in tutte le operazioni di formatura.