Delrapport 10 Kantbockning

Delrapport 10 Kantbockning Lars-Olof Ingemarsson, IVF Industriforskning och utveckling AB 2002-09-10 ACCRA Teknik AB AK-Konsult Amada/Promecam AB AvestaPolarit AB Bendiro AB Chalmers Tekniska Högskola -Institutionen för byggnadsmekanik Ferruform AB Kanthal AB IM Institutet för Metallforskning AB IVF Industriforskning och utveckling AB ORTIC AB PRESS & PLÅTINDUSTRI AB Scandinavian CAD AB SSAB Tunnplåt AB Volvo Personvagnar AB VINNOVA

Kantbockning Lars-Olof Ingemarsson, IVF Industriforskning och utveckling AB

Innehållsförteckning Inledning 1 Provning 2 Resultat 4 Minsta radie 4 Återfjädring 9 Sammanfattning av resultaten 17

Inledning I projektet Formning av ultrahöghållfasta stål VAMP 15, fanns intresse av att utreda gränsen för formbarhet för bl a kallbearbetade rostfria stål. Som jämförelse mellan formningsteknikerna diskuterades det att man skulle tillverka samma profil med rullformningsverktyg och kantbockning och utvärdera egenskaperna. Rullformningsdelen redovisas i VAMP 15 Delrapport 8. 1

Provning Bockningsmetoden som använts vid provningen är luftbockning, där plåten endast är i kontakt med V-spårets kanter och stämpelrörelsen avbryts innan plåten bottnar i dynan. Bockprovning gjordes på Amada-Promecam AB i Alingsås. Bockproverna som bestod av samma material som vid rullformning klipptes upp i bitar om 100 x 54 mm, se bild 1-3. Två mål man ville uppnå med bockprovningen: 1 Att hitta den minsta bockningsradien vid 120 graders bockning 2 Att jämföra likheter i beteende av material i återfjädring som vid rullformning. Provningen fick i praktiken anpassas till de verktyg som fanns tillgängliga på plats. Processparametrarna anpassades så att det mjuka referensmaterialet fick bestämma kantpressens Y-position, där referensmaterialets innervinkel blev 60 efter bockning. Detta utfördes för de verktygskombinationer där de ultrahöghållfasta stålen gick att forma. Detta skulle simulera samma förutsättningar som vid rullformning där Y- positionen på kantpressen motsvarade rullformningsverktygets vinkel. Därefter bockade man samtliga material med samma tjocklek och noterade återfjädringen. Radien på bockade profiler har mätts upp i efterhand. Radien mättes upp med hjälp av lupp och en cirkelmönstrad OH-film med ökning av cirklarna med 0,5 mm mellan varje cirkelradie. För varje prov har tre profiler bockats för uppmätning och ett medelvärde har tagits fram, på samma sätt som vid mätningen av de rullformade profilerna. Innervinkeln 60 mättes upp med hjälp av en vinkelmätningsutrustning som satt på kantbockmaskinen hos Amada-Promecam AB. Bild 1 Kantpress som användes vid provning på Amada-Promecam AB i Alingsås. 2

Bild 2 Bockning sett från sidan vid provningstillfället. Bild 3 Färdigbockade prover 60 och ca 10 cm långa. 3

Resultat Minsta radie I tabell 1 nedan följer en matris för minsta möjliga erhållna r/t (radien/tjockleken) och vilket verktyg som användes. Verktyget anges med följande beteckningar, t ex 45/08*30R0,8, som betecknar: 45 = Vinkel på dynan 08 = dynans bredd 30 = vinkeln på stämpeln 0,8 = radien på stämpeln 4

Tabell 1 Minsta radie/tjockleksförhållande vid de utförda kantbockningsförsöken (efter återfjädring). Material Nedre namnet : beteckning i rapportens diagram Rostfritt stål Verktyg Radie t mm R/t R p0,2 N/mm 2 Vinkel (grader) 304 (300) 45/08*30R0,8 1,45 0,5 2,90 285 60,2 HyTens 1200 45/08*30R0,8 0,68 0,5 1,37 1079 79,1 301(1050) HyTens 1400 45/08*30R0,8 0,60 0,5 1,20 1280 81,3 301(1250) HyTens 1500 45/12*45R0,5 0,42 0,5 0,84 1409 80,5 301(1400) HyTens 1700 301(1500) 60/16*60R2,0 1,70 0,5 3,40 1559 100,5 304 (300) 45/08*30R0,8 0,30 0,8 0,38 311 68,0 HyTens 1300 35/16*30R1,0 0,70 0,8 0,88 1163 81,4 301(1170) HyTens 1500 301(1400) 60/16*60R2 1,65 0,8 2,06 1405 83,8 HyTens 1300 301(1000) 60/16*60R2,0 1,58 1,5 1,05 1062 73,7 Kolstål Material Verktyg Radie t mm R/t R p0,2 N/mm 2 Vinkel (grader) FeP06 45/08*30R0,8 0,87 0,8 1,09 250 59,5 Docol 1000 45/12*45R0,5 0,60 0,8 0,75 901 76,0 Docol 1400 45/08*60R2,0 1,40 0,8 1,75 1306 76,2 FeP06 45/08*30R0,8 0,97 1,5 0,65 250 62,7 Docol 1000 60/16*60R2,0 1,62 1,5 1,08 799 71,2 Docol 1400 60/16*60R2,0 Spruckna i alla försök 1,5-1271 5

Minsta r/t (radien / tjockleken) för kantbockat kolstål och rostfritt stål Notera att det är olika verktygsradier och olika dynöppningar 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 304 (300) 0,5 mm 301 (1000) 0,5 mm 301 (1300) 0,5 mm 301 (1400) 0,5 mm 301 (1700) 0,5 mm 304 (300) 0,8 mm 301 (1000) 0,8 mm 301 (1400) 0,8 mm 301 (1000) 1,5 mm FeP06 Docol 0,8 mm 1000 0,8 mm Docol 1400 0,8 mm FeP06 1,5 mm Docol 1000 1,5 mm Docol 1400 1,5 mm Bild 4 Sammanställning av tabell r/t ovan i diagramform. Värdena ovan kan jämföras med SSAB och AvestaPolarits rekommenderade minsta radier för 90 graders bockvinkel Tabell 2 Material DC06/FeP06: Docol 1000 DP: Docol 1400 DP: Minsta rekommenderade bockningsradie jämfört med värden från bocknings- och rullformningsförsöken i VAMP 15. Minsta rekommenderade bockningsradie SSAB bockningsvinkel 90 grader 0 t (alla plåttjocklekar) 3 t (alla tjocklekar) 4 t (alla tjocklekar) Minsta radie efter återfjädring vid bockningsförsök i VAMP 15, bockningsvinkel 120 grader Minsta radie efter återfjädring vid rullformningsförsök i VAMP 15, bockningsvinkel 120 grader 1,5 t 0,3 0,6 t 1,1 t 0,6 1,1 t Inga godtagbara prover 0,6 1,1 t HyTens 1200 1,5 t 1,4 t 0,9 t HyTens 1300 1,5-3 t 0,9-1,5 t 1,0 1,1 t HyTens 1400 3 t 1,2 t 0,9 t HyTens 1500 3 6 t 0,8-2 t 0,7 1,9 t HyTens 1700 6 t 3,4 t 2,9 t 6

Nedanstående två diagram visar resultaten av skillnaden i formbarhet mellan en bockad profil och rullformad profil. Att beakta av resultaten i bild 5 för kantbockning är att minsta erhållna radie tagits fram för de verktyg som fanns på plats hos Amada-Promecam AB. r/t som funktion av R p0,2 kantbockade material 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 t = 0,5 mm rostfritt t = 0,8 mm rostfritt t = 1,5 mm rostfritt t = 0,8 mm kolstål t = 1,5 mm kolstål 0,5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Rp0,2 N/mm 2 Bild 5 Lägsta radie/tjocklek vid bockningsförsök (efter återfjädring) i förhållande till materialets sträckgräns. Minsta r/t efter återfjädring vid rullformning 3,5 3,0 2,5 t= 0,5 mm rostfritt 2,0 t= 0,8 mm rostfritt t= 0,8 mm kolstål 1,5 t= 1,5 mm rostfritt 1,0 t= 1,5 mm kolstål 0,5 0,0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Sträckgräns (MPa) Bild 6 Lägsta radie/tjocklek vid rullformningsförsök (efter återfjädring) i förhållande till materialets sträckgräns. Rullformning utförd med fyra rullpar. 7

Analys av ovanstående diagram visar att vid rullformning är formbarheten jämnare än vid bockning. I bild 5 framgår också att hållfastheten påverkar erhållen bockningsradie vid en och samma nosradie. Att vissa kurvor viker upp igen beror på att man använt en större bockningsradie för den högre hållfastheten för att materialet inte ska spricka. 8

Återfjädring En jämförelse gjordes av återfjädring för V-profiler som kantbockats och rullformats. Jämförelsen har sina begränsningar då förutsättningarna skiljer sig betydligt. Den huvudsakliga likheten mellan proven är strävan mot profiler med en innervinkel av 60 (bockningsvinkel 120 ). Vid rullformningsförsöken användes ett fast verktyg med profilen 60 oavsett radie som materialet löpte igenom. För små radier låg plåten an mot stora delar av både inner- och ytterverktyg, till skillnad från den luftbockning som beskrivs i denna rapport, där ytterradien aldrig bottnar i verktyget. Ännu en skillnad är att de rullformade profilerna gjordes 2 m långa, mot 1 dm i detta försök. Det visade sig vid rullformningsförsöken, se nedan, att färre rullpar vid rullformning av profilen gav mindre återfjädring än om man valde fler rullpar som gav lägre stigningsvinkel mellan varje rullpar. Det minsta antal rullpar som provades var två plus ett rullpar som bara styrde materialet in i processen (vars inverkan vi kan bortse ifrån vid denna jämförelse). Med två rullpar gav detta en stigningsvinkel av 30 (bockningsvinkel 60 ) för varje rullpar, vilket medförde att materialet plasticerades mer vid varje formningssteg. Detta medförde mindre återfjädring än vid exempelvis 7,5 bockningsvinkel vid 8 rullpar. Om kantbockningen i dessa försök ska liknas med rullformning är det med ett rullpar och stigningsvinkel 60 (bockningsvinkel 120 ), samt stor luftspalt mellan inner- och ytterverktyg i radiedelen det närmaste man kan komma rullformning. Vid rullformning av V-formad profil som använts vid provning för exempelvis produktion är fyra rullpar mest relevant. Diagrammet på nästa sida för jämförelse mellan kantbockning och rullformning, visar resultat med fyra rullpar. Viktigt att påpeka är att IVFs provningar för att utvärdera skillnader mellan rullformning och kantbockning hade som utgångspunkt att göra två så likvärdiga provningar som möjligt, och däremellan jämföra återfjädring samt minsta radie. En systematisk ökning av radie/öppningsvinkel för att erhålla hela bockar utfördes inte. Därför saknas uppgifter på minsta möjliga bockningsradie från flera material, som inte kunde luftbockas med liknande radier som vid rullformningen. 9

Studie av återfjädringen över sträckgräns för de material med lägst erhållen radie vid kantbockningsförsök 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 Rostfria material t=0,5 mm Rostfria material t=0,8 mm Kolstål material t=0,8 mm Kolstål material t=1,5 mm Rostfria material t=1,5 mm 50 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Rp02 (N/mm 2 ) Bild 7 Uppmätt vinkel vid kantbockning av profil för minsta erhållna radie vid olika sträckgränser. 90 Jämförelse mellan vinkel efter återfjädring för V-profiler tillverkade genom kantbockning (streckade linjer) och rullformning med fyra rullpar, minsta möjliga r/t 80 70 60 50 RF 0,5 mm rostfritt RF 0,8 mm rostfritt RF 0,8 mm kolstål RF 1,5 mm kolstål RF 1,5 mm rostfritt KB 0,8 mm rostfritt KB 0,5 mm rostfritt KB 1,5 mm rostfritt KB 0,8 mm kolstål KB 1,5 mm kolstål 40 Bild 8 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Sträckgräns (MPa) Skillnad i innervinkel efter återfjädring för rullformning och kantbockning. 10

Bild 9 Närbild av luftbockad profil. Lägg märke till präglingen i botten från nosradien. Materialet är FeP06 och tjockleken på plåten är 1,5 mm. Bild 10 Närbild av luftbockad profil, sprucken i radien. Materialet är Docol 1400 och tjockleken på plåten är 1,5 mm. 11

Bild 11 Närbild av luftbockad profil. Materialet är Docol 1400 och tjockleken på plåten är 1,5 mm. Plåten har värmebehandlats innan bockning. Ovan visas tre bilder på kolstål med tjockleken 1,5 mm. För mjukt kolstål blev det en prägling efter stämpeln i radien och som tidigare redovisats gick det inte att kantbocka Docol 1400 överhuvudtaget med de verktyg som fanns tillgängliga. Ett försök gjordes med lokal värmebehandling, i en linje motsvarande bockningsradien, varav man lyckades bocka Docol 1400 med plåttjockleken 1,5 mm som bild 11 visar. Nedan kan resultatet ses för utförda prover på Amada Promecam i Alingsås för kantbockningen med två olika verktygsuppsättningar. Kombination med 0,8 mm stämpel med 8 mm dynöppning och 1,0 mm stämpel med 16 mm dynöppning. När det saknas staplar för vissa material i diagrammen innebär det att provet har fått sprickbildningar i någon form. Därför är provet borträknat som resultat. 12

Bockning för 0,5 mm material med verktygsradien 0,8 mm och dynbredd 8 mm 10 2,50 9 2,25 8 2,00 7 1,75 6 5 4 1,50 1,25 1,00 Vinkel Radie 3 0,75 2 0,50 1 0,25 Bild 12 Återfjädring (stapelhöjd) och minsta radie (streck i stapeln) vid 120 graders V-bockning av rostfria material med tjockleken 0,5 mm. De mest höghållfasta materialen med sträckgränsen 1400 och 1500 MPa sprack vid bockning med rubricerad verktygskombination längs valsriktningen. Man kan i diagrammet se att återfjädringen blir något större för högre materialhållfasthet vid bockning valsriktningen. För radien kan man enbart se i diagrammet att för materialen 1050 och 1250 blir radien något större valsriktningen än vid bockning längs valsriktningen. 13

Bockning för 0,8 mm material med verktygsradien 0,8 mm och dynbredd 8 mm 10 2,50 9 2,25 8 2,00 7 1,75 Vinkel (grader) 6 5 4 1,50 1,25 1,00 Radie (mm) Vinkel Radie 3 0,75 2 0,50 1 0,25 FeP06 Docol 1000 Docol 1400 304 (300) 301(1170) 301(1400) Bild 13 Återfjädring och radie vid V-bockning av 0,8 mm plåt, bockade med samma verktygskombination. FeP06, Docol 1400, 304 (300), 301(1400) och 301(1400) har inte blivit provade. Docol 1000, Docol 1400, och 301 (1170) bockade längs valsriktningen har spruckit. Bockning för 1,5 mm material med verktygsradien 0,8 mm och dynbredd 8 mm 10 2,50 9 2,25 8 2,00 7 1,75 6 5 4 1,50 1,25 1,00 Vinkel Radie 3 0,75 2 0,50 1 0,25 Bild 14 Återfjädring och radie vid bockning av 1,5 mm plåt. Där staplar inte finns med i diagrammet har materialet spruckit vid bockning med rubricerad verktygskombination. 14

Bockning för 0,5 mm material med verktygsradien 1,0 mm och dynbredd 16 mm 10 2,50 9 2,25 8 2,00 7 1,75 6 5 1,50 1,25 Vinkel Radie 4 1,00 3 0,75 2 0,50 1 0,25 Bild 15 V-bockning av rostfritt material med tjocklek 0,5 mm. Material 301(1500) har spruckit vid bockning längs valsriktningen. För bockning valsriktningen kan en svag tendens av ökad återfjädring med ökande sträckgräns urskiljas. Diagrammet visar också att radien minskar med ökande sträckgräns. Bockning för 0,8 mm material med verktygsradien 1,0 mm och dynbredd 16 mm 10 2,50 9 2,25 8 2,00 7 1,75 6 1,50 5 4 1,25 1,00 Vinkel Radie 3 0,75 2 0,50 1 0,25 Bild 16 Återfjädring och radie vid bockning av 0,8 mm plåt. Docol 1400 och 301(1400) har spruckit vid provning. Vid bockning valsriktningen ökar återfjädringen med sträckgränsen för kolstålet, ökningen är inte signifikant för rostfritt. Radien minskar med ökande sträckgräns för kolstål bockade valsriktningen. 15

Bockning för 1,5 mm material med verktygsradien 1,0 mm och dynbredd 16 mm 10 2,50 9 8 2,00 7 6 5 4 1,50 1,00 Vinkel Radie 3 2 0,50 1 Bild 17 V-bockning av 1,5 mm plåt. Där staplar saknas har proverna spruckit vid provning. 16

Sammanfattning av resultaten För de rostfria materialen med 0,5 mm tjocklek minskar radien ju högre sträckgräns materialet har vid bockning både och längs valsriktningen. Detta gäller vid jämförelse inom bockade eller längsbockade prover. Större radie för mjuka material gäller för de flesta av de övriga försöksserierna, dock inte för rostfritt av 0,8 mm tjocklek. Bockning valsriktningen ger generellt en större radie än bockning längs valsriktningen. Återfjädringen ökar med sträckgränsen vilket ger större vinkel ju högre sträckgräns materialet har. I diagrammen är detta tydligare för bockning valsriktningen. Återfjädringen blir större för 16 mm dynbredd och med större stämpelradie. Detta är naturligt då materialet vid radien plasticerar mindre i bredare än i smalare bockningsverktyg. Vid jämförelse mellan rullformning och luftbockning beträffande återfjädring blir återfjädringen betydligt mindre vid rullformning. Detta kan bero på att verktygsradien har större påverkan vid rullformning då nosradien vid luftbockning inte styr radien av densamma. Ju mindre radie som erhålls ju mer plasticeras materialet och detta påverkar återfjädringen. 17