Високошвидкісна виробнича лінія гарячого штампування для надміцної сталі (алюмінію)
Ключові характеристики
Виробнича лінія розроблена для оптимізації процесу виробництва автомобільних деталей шляхом застосування технології гарячого штампування. Цей процес, відомий як гаряче штампування в Азії та пресове гартування в Європі, включає нагрівання заготовки до певної температури, а потім її пресування у відповідних формах за допомогою технології гідравлічного пресування, підтримуючи тиск для досягнення бажаної форми та фазового перетворення металевого матеріалу. Технологію гарячого штампування можна класифікувати на пряме та непряме гаряче штампування.
Переваги
Однією з ключових переваг гарячештампованих конструкційних компонентів є їхня чудова формуваність, що дозволяє виготовляти складні геометрії з винятковою міцністю на розтяг. Висока міцність гарячештампованих деталей дозволяє використовувати тонші металеві листи, зменшуючи вагу компонентів, зберігаючи при цьому структурну цілісність та стійкість до зіткнень. Інші переваги включають:
Зменшення кількості операцій з'єднання:Технологія гарячого штампування зменшує потребу в зварювальних або кріпильних з'єднаннях, що призводить до підвищення ефективності та покращення цілісності виробу.
Мінімізована пружинна віддача та деформація:Процес гарячого штампування мінімізує небажані деформації, такі як пружинний зворотний зв'язок деталі та короблення, забезпечуючи точну розмірну точність та зменшуючи потребу в додатковій обробці.
Менше дефектів деталей:Гарячештамповані деталі мають менше дефектів, таких як тріщини та розколи, порівняно з методами холодного формування, що призводить до покращення якості продукції та зменшення кількості відходів.
Тоннаж нижнього преса:Гаряче штампування зменшує необхідний тоннаж преса порівняно з методами холодного формування, що призводить до економії коштів та підвищення ефективності виробництва.
Налаштування властивостей матеріалу:Технологія гарячого штампування дозволяє налаштовувати властивості матеріалу на основі конкретних ділянок деталі, оптимізуючи продуктивність та функціональність.
Покращені мікроструктурні покращення:Гаряче штампування дає можливість покращити мікроструктуру матеріалу, що призводить до покращення механічних властивостей та збільшення довговічності виробу.
Оптимізовані етапи виробництва:Гаряче штампування виключає або зменшує проміжні етапи виробництва, що призводить до спрощення виробничого процесу, підвищення продуктивності та скорочення термінів виконання робіт.
Застосування продукту
Виробнича лінія високошвидкісного гарячого штампування високоміцної сталі (алюмінію) знаходить широке застосування у виробництві білих автомобільних кузовних деталей. Це включає вузли стійок, бампери, дверні балки та вузли рейлінгів даху, що використовуються в легкових автомобілях. Крім того, використання передових сплавів, що стали можливими завдяки гарячому штампуванню, все частіше досліджується в таких галузях, як аерокосмічна, оборонна та ринки, що розвиваються. Ці сплави пропонують переваги вищої міцності та зменшеної ваги, яких важко досягти за допомогою інших методів формування.
На завершення, виробнича лінія високошвидкісного гарячого штампування високоміцної сталі (алюмінію) забезпечує точне та ефективне виробництво складних кузовних деталей автомобілів. Завдяки чудовій формуваності, зменшеній кількості з'єднувальних операцій, мінімізації дефектів та покращеним властивостям матеріалу, ця виробнича лінія надає численні переваги. Її застосування поширюється на виробництво білих кузовних деталей для легкових автомобілів та пропонує потенційні переваги в аерокосмічній, оборонній та ринках, що розвиваються. Інвестуйте у виробничу лінію високошвидкісного гарячого штампування високоміцної сталі (алюмінію), щоб досягти видатної продуктивності, продуктивності та переваг легкої конструкції в автомобільній та суміжних галузях промисловості.
Що таке гаряче штампування?
Гаряче штампування, також відоме як загартування під тиском у Європі та гаряче штампування в Азії, – це метод формування матеріалу, при якому заготовку нагрівають до певної температури, а потім штампують і гартують під тиском у відповідній матриці для досягнення бажаної форми та викликання фазового перетворення в металевому матеріалі. Технологія гарячого штампування включає нагрівання листів борної сталі (з початковою міцністю 500-700 МПа) до стану аустенітизації, швидке перенесення їх у матрицю для високошвидкісного штампування та гартування деталі у матриці зі швидкістю охолодження понад 27°C/с, а потім період витримки під тиском для отримання надвисокоміцних сталевих компонентів з однорідною мартенситною структурою.
Переваги гарячого штампування
Покращена гранична міцність на розтяг та здатність формувати складні геометрії.
Зменшення ваги компонентів завдяки використанню тоншого листового металу при збереженні структурної цілісності та стійкості до зіткнень.
Зменшення потреби в з'єднувальних операціях, таких як зварювання або кріплення.
Мінімізоване пружинення та деформація деталі.
Менше дефектів деталей, таких як тріщини та розколи.
Менші вимоги до тоннажу преса порівняно з холодним формуванням.
Можливість налаштування властивостей матеріалу на основі конкретних зон деталі.
Покращені мікроструктури для кращої продуктивності.
Оптимізований виробничий процес з меншою кількістю операційних кроків для отримання готового продукту.
Ці переваги сприяють загальній ефективності, якості та продуктивності гарячештампованих конструкційних компонентів.
Детальніше про гаряче штампування
1. Гаряче штампування проти холодного штампування
Гаряче штампування – це процес формування, який виконується після попереднього нагрівання сталевого листа, тоді як холодне штампування – це безпосереднє штампування сталевого листа без попереднього нагрівання.
Холодне штампування має очевидні переваги над гарячим. Однак воно також має деякі недоліки. Через вищі напруження, що виникають під час процесу холодного штампування порівняно з гарячим, вироби, виготовлені методом холодного штампування, більш схильні до розтріскування та розколу. Тому для холодного штампування потрібне точне штампувальне обладнання.
Гаряче штампування включає нагрівання сталевого листа до високих температур перед штампуванням та одночасне гартування у матриці. Це призводить до повного перетворення мікроструктури сталі на мартенсит, що забезпечує високу міцність від 1500 до 2000 МПа. Отже, гарячештамповані вироби демонструють вищу міцність порівняно з холодноштампованими аналогами.
2. Процес гарячого штампування
Гаряче штампування, також відоме як «гартування під тиском», передбачає нагрівання високоміцного листа з початковою міцністю 500-600 МПа до температур від 880 до 950°C. Потім нагрітий лист швидко штампується та гартується у матриці, досягаючи швидкості охолодження 20-300°C/с. Перетворення аустеніту на мартенсит під час гартування значно підвищує міцність деталі, дозволяючи виготовляти штамповані деталі з міцністю до 1500 МПа. Методи гарячого штампування можна розділити на дві категорії: пряме гаряче штампування та непряме гаряче штампування:
При прямому гарячому штампуванні попередньо нагріта заготовка безпосередньо подається в закриту матрицю для штампування та гартування. Подальші процеси включають охолодження, обрізання кромок та пробивання отворів (або лазерне різання), а також очищення поверхні.
Fiture1: режим обробки гарячим штампуванням – пряме гаряче штампування
У процесі непрямого гарячого штампування етап холодного формування виконується перед переходом до етапів нагрівання, гарячого штампування, обрізки країв, пробивання отворів та очищення поверхні.
Основна відмінність між процесами непрямого гарячого штампування та прямого гарячого штампування полягає у включенні етапу холодного формування перед нагріванням у непрямому методі. При прямому гарячому штампуванні листовий метал безпосередньо подається в нагрівальну піч, тоді як при непрямому гарячому штампуванні холодноформований попередньо сформований компонент надсилається в нагрівальну піч.
Процес непрямого гарячого штампування зазвичай включає такі кроки:
Холодне формування перед попереднім формуванням -- Нагрівання -- Гаряче штампування -- Обрізка країв та пробивання отворів -- Очищення поверхні
Fiture2: режим обробки гарячим штампуванням – непряме гаряче штампування
3. Основне обладнання для гарячого штампування включає нагрівальну піч, прес для гарячого формування та форми для гарячого штампування.
Нагрівальна піч:
Нагрівальна піч оснащена можливостями нагрівання та контролю температури. Вона здатна нагрівати високоміцні пластини до температури рекристалізації протягом заданого часу, досягаючи аустенітного стану. Вона повинна бути здатною адаптуватися до вимог великомасштабного автоматизованого безперервного виробництва. Оскільки нагріту заготовку можна обробляти лише роботами або механічними маніпуляторами, піч вимагає автоматизованого завантаження та розвантаження з високою точністю позиціонування. Крім того, під час нагрівання сталевих пластин без покриття вона повинна забезпечувати газовий захист для запобігання окисленню поверхні та декарбонізації заготовки.
Гарячий формувальний прес:
Прес є основою технології гарячого штампування. Він повинен мати можливість швидкого штампування та витримування, а також бути оснащений системою швидкого охолодження. Технічна складність пресів гарячого формування значно перевищує складність звичайних пресів холодного штампування. Наразі лише кілька іноземних компаній опанували технологію проектування та виробництва таких пресів, і всі вони залежать від імпорту, що робить їх дорогими.
Форми для гарячого штампування:
Гарячештампувальні форми виконують як етапи формування, так і гартування. На етапі формування, після подачі заготовки в порожнину форми, форма швидко завершує процес штампування, щоб забезпечити завершення формування деталі до того, як матеріал пройде мартенситне фазове перетворення. Потім вона переходить на етап гартування та охолодження, де тепло від заготовки всередині форми безперервно передається до форми. Охолоджувальні трубки, розташовані всередині форми, миттєво відводять тепло через проточну охолоджувальну рідину. Мартенситно-аустенітне перетворення починається, коли температура заготовки падає до 425°C. Перетворення між мартенситом та аустенітом завершується, коли температура досягає 280°C, і заготовка виймається при 200°C. Роль утримання форми полягає в запобіганні нерівномірному тепловому розширенню та стисненню під час процесу гартування, що може призвести до значних змін форми та розмірів деталі, що призведе до браку. Крім того, це підвищує ефективність теплопередачі між заготовкою та формою, сприяючи швидкому гартуванню та охолодженню.
Підсумовуючи, основне обладнання для гарячого штампування включає нагрівальну піч для досягнення потрібної температури, прес для гарячого формування для швидкого штампування та витримки із системою швидкого охолодження, а також форми для гарячого штампування, які виконують як етапи формування, так і загартування, щоб забезпечити належне формування деталі та ефективне охолодження.
Швидкість охолодження під час гартування впливає не тільки на час виробництва, але й на ефективність перетворення аустеніту в мартенсит. Швидкість охолодження визначає, яка кристалічна структура буде сформована, і пов'язана з кінцевим ефектом гартування заготовки. Критична температура охолодження борної сталі становить близько 30℃/с, і лише коли швидкість охолодження перевищує критичну температуру охолодження, утворення мартенситної структури може бути максимально стимульовано. Коли швидкість охолодження менша за критичну швидкість охолодження, у кристалізаційній структурі заготовки з'являться немартенситні структури, такі як бейніт. Однак, чим вища швидкість охолодження, тим краще, і чим вища швидкість охолодження призведе до розтріскування відформованих деталей, і прийнятний діапазон швидкості охолодження необхідно визначати залежно від складу матеріалу та умов процесу деталей.
Оскільки конструкція охолоджувальної труби безпосередньо пов'язана з розміром швидкості охолодження, охолоджувальна труба зазвичай проектується з точки зору максимальної ефективності теплопередачі, тому напрямок спроектованої охолоджувальної труби є складнішим, і його важко отримати механічним свердлінням після завершення лиття у форму. Щоб уникнути обмежень механічною обробкою, зазвичай вибирається метод резервування водяних каналів перед литтям у форму.
Оскільки матеріал форми для гарячого штампування повинен мати добру структурну жорсткість та теплопровідність, а також стійкість до сильного тертя, що виникає внаслідок дії заготовки за високої температури, та абразивного зношування від частинок оксидного шару, що випадає, оскільки він працює тривалий час при температурі від 200℃ до 880~950℃ в умовах сильного чергування холоду та нагрівання. Крім того, матеріал форми також повинен мати добру корозійну стійкість до охолоджувальної рідини, щоб забезпечити безперебійний потік охолоджувальної труби.
Підрізання та пірсинг
Оскільки міцність деталей після гарячого штампування досягає близько 1500 МПа, то при використанні пресового різання та штампування вимоги до тоннажу обладнання більші, а знос різальної кромки є серйозним. Тому для вирізання кромок та отворів часто використовуються лазерні різальні установки.
4. Загальні марки сталі для гарячого штампування
Продуктивність перед штампуванням
Продуктивність після штампування
Наразі загальноприйнятою маркою сталі для гарячого штампування є B1500HS. Міцність на розтяг до штампування зазвичай становить від 480 до 800 МПа, а після штампування міцність на розтяг може досягати 1300-1700 МПа. Тобто, сталевий лист з міцністю на розтяг 480-800 МПа, що піддається гарячому штампуванню, може досягти міцності на розтяг приблизно 1300-1700 МПа.
5. Використання сталі для гарячого штампування
Застосування деталей, оброблених методом гарячого штампування, може значно покращити безпеку автомобіля під час зіткнень та забезпечити легкість кузова білого кольору. Наразі технологія гарячого штампування застосовується до білих деталей кузова легкових автомобілів, таких як передня стійка, середня стійка, бампер, дверна балка, рейлінги даху та інші деталі. Див. рисунок 3 нижче для прикладів деталей, придатних для полегшення.
рисунок 3: Білі компоненти корпусу, придатні для гарячого штампування
Рис. 4: Лінія гарячого штампування Jiangdong Machinery 1200 тонн
Наразі рішення JIANGDONG MACHINERY для виробничих ліній гідравлічних пресів для гарячого штампування є дуже зрілими та стабільними, в галузі гарячого штампування в Китаї вони займають провідні позиції. Як віце-голова відділення ковальського машинобудування Китайської асоціації верстатобудування, а також члени Китайського комітету зі стандартизації ковальського машинобудування, ми також проводимо дослідницьку та прикладну роботу з національного надшвидкісного гарячого штампування сталі та алюмінію, що відіграло величезну роль у сприянні розвитку галузі гарячого штампування в Китаї та навіть у світі.
