Накратко

The процес на щамповане на усилване на броня за съвременните превозни средства се постига предимно чрез Топка маркиране (известно още като пресоване с охлаждане). Този метод трансформира борна легирана стомана (обикновено 22MnB5 ) в елементи от свръхвисокопрочна стомана (СВПС) с якост при опън над 1,500 MPa . Процесът включва нагряване на заготовки над 900°C за достигане на аустенитно състояние, последвано от бързо прехвърляне във форма с водно охлаждане, където формоването и закаляването се извършват едновременно. Това елиминира възстановяването и позволява създаването на сложни, леки и устойчиви на сблъсване конструкции, които са от съществено значение за отговаряне на глобалните стандарти за безопасност.

Инженерната роля на усилванията на броня

Усилвателите на бамперите, често наричани греди на бампера, служат като основен структурен скелет на системата за управление на удара при автомобила. Като функционират като точка на свързване между външната фасция и шасито на автомобила (често чрез кашони за сблъсък), тези компоненти трябва да абсорбират и разсейват кинетичната енергия по време на челни или задни сблъсъци. Инженерното предизвикателство се крие в постигането на баланс между сигурност при сблъсък с обестяване (LW) изисквания, диктувани от правилата за икономия на гориво и изискванията за обхват при ЕП.

Традиционно гредите на бампера се произвеждат от мека стомана чрез студено формоване. Въпреки това, търсенето на по-високи оценки за безопасност е преместило индустриалния стандарт към Ултрависокопрочни стомани (UHSS) , по-специално бор-мanganезови сплави като 22MnB5. Въпреки че алуминиевите сплави (серия 6000 или 7000) се използват в някои висококачествени приложения поради високото им съотношение между якост и тегло, борната стомана остава доминиращият материал поради изключителното си съотношение между цена и производителност и способността си да постига мартенситно закаляване.

Металургичната трансформация е от решаващо значение: стоманата започва с феритно-перлитна микроструктура (якост на опън ~600 MPa) и се подлага на термична обработка, за да постигне напълно мартенситна структура (якост на опън >1 500 MPa). Тази трансформация позволява на инженерите да намалят дебелината на стената — често до 1,2–2,0 mm — без да компрометират структурната цялост.

Основен процес: Работен поток при горещо щамповане (пресово закаляване)

Горещото щамповане е единственият производствен процес, който може да формира брони с якост над 1 500 MPa, без сериозните проблеми с еластичното връщане, свързани с хладното формоване. Работният поток представлява прецизно контролиран термичен цикъл, който комбинира формоване и термична обработка.

1. Аустенизация (нагряване)

Процесът започва с разопаковане на предварително изрязани заготовки (често с алуминиево-силициево покритие, за да се предотврати окаляването) и подаване в пещ с ролково дъно. Заготовките се нагряват до приблизително 900°C–950°C и се задържат в продължение на определено време. Това термично обработване променя микроструктурата на стоманата от феритна в аустенит , което прави материала много пластичен и намалява границата му на овлажняване до около 200 MPa, за по-лесно оформяне.

2. Прехвърляне и оформяне

След като заготовката напусне пещта, скоростта е от съществено значение. Роботизирани ръце преместват светещата заготовка в матрицата на пресата за секунди (обикновено <3 секунди), за да се предотврати прекомерно охлаждане. След това хидравличната или серво-механична преса бързо се затваря. Скоростите на затваряне често варират между 500 до 1 000 мм/с за да се осигури оформянето на материала преди началото на фазовата трансформация.

3. Охлаждане в матрицата

Това е определящата стъпка на процес на щамповане на усилване на броня . Матрицата е оснащена със сложни вътрешни охлаждащи канали, по които циркулира студена вода. Когато пресата достигне долна мъртва точка (DMT), тя задържа формованият елемент под висок тонаж (обикновено 500–1500 тона, в зависимост от размера на детайла). Този контакт бързо отвежда топлина, постигайки скорост на охлаждане над 27°C/s . Това бързо закаляване заобикаля зоните на образуване на перлит/бейнит и трансформира аустенита директно в мартенсит .

4. Изваждане на детайла

След време на закаляване от приблизително 5 до 10 секунди, пресата се отваря и затвърденият елемент се изхвърля. Компонентът вече притежава окончателните си механични свойства: изключителна твърдост, висока якост на опън и нулево възстановяване (спрингбек), тъй като топлинните напрежения се разтоварват по време на фазовата промяна.

Сравняване на методите за производство

Макар че горещото клеймоване е златният стандарт за високоефективни усилващи елементи, студеното клеймоване и валцоването остават актуални за определени приложения. Разбирането на компромисите е от съществено значение за избора на процес.

Хладно отпечатване подходящ е за компоненти с по-ниска якост или скоби от мека стомана, когато приоритет имат разходите и времето за цикъл, а не намаляването на теглото. Въпреки това, студеното формоване на УВС води до сериозно износване на инструментите и непредвидимо възстановяване след деформация. Формиране на ролка е ефективно за греди с постоянна напречна секция (прави греди), но не може да осигури сложните извивки и интегрираните монтажни елементи, необходими за съвременните аеродинамични конструкции.

За производителите, които търсят оптимални решения сред тези възможности, изборът на подходящ партньор за производство е от решаващо значение. Компании като Shaoyi Metal Technology преодоляват тази пропаст, като предлагат всеобхватни възможности за щанцоване. Със сертифициране по IATF 16949 и пресове с капацитет до 600 тона, те поддържат автомобилни проекти – от бързо прототипиране до масово производство – и обработват критични структурни компоненти с точността, изисквана от глобалните стандарти на OEM производители.

Последващите обработки и контрол на качеството

Екстремната твърдост на усилвателите за бампери, изработени чрез горещо формоване, създава уникални предизвикателства при последващата обработка. Традиционните режещи матрици обикновено мигновено се повреждат или износват при работа със стомана от 1500 MPa.

Лазерно рязане и отрязване

За постигане на окончателните размери и изрязване на монтажните отвори производителите най-често използват 5-осни лазерни рязане-клетки . Този безконтактен метод осигурява прецизни ръбове без микротръпвания, които са потенциални точки на разрушаване при катастрофи. Въпреки че е по-бавен от механичното пробиване, лазерното рязане предлага гъвкавостта, необходима за различни варианти на бампери на една и съща производствена линия.

Повърхностно обработване

Ако суровата заготовка от борова стомана е без покритие, високите температури в пещта причиняват окисляване на повърхността (нагар). Такива части трябва да бъдат обработени с пясъкоструйна обработка преди e-покритието, за да се осигури правилното залепване. Като алтернатива, Al-Si (алуминий-силиций) предварително покритите заготовки предотвратяват образуването на нагар, но изискват прецизен контрол на процеса, за да се избегне отлепянето на покритието по време на фазата на формоване.

Проверка на качеството

Строгите протоколи за тестване са задължителни за безопасносни части. Стандартните мерки за контрол на качеството включват:

• Тест за твърдост по Викерс: проверка на мартензитната трансформация в критичните зони.
• 3D сканиране със синя светлина: проверка на размерната точност спрямо CAD данните, осигурявайки съвпадение на точките за монтиране с шасито.
• Анализ на микроструктурата: периодично разрушаващо тестване за потвърждение отсъствието на бейнит или ферит в носещите области.

Оптимизиране на производствената стратегия

Преходът към усилени брони, произведени чрез горещо формоване, представлява окончателна промяна в автомобилното производство, като поставя приоритет на пасажирската безопасност и ефективността на превозното средство. Контролирайки параметрите температура, скорост на трансфер и налягане при закаляване, производителите осигуряват компоненти, които издържат на огромни сили, докато минимизират масата. Докато класовете на стоманата напредват към 1800 MPa и още по-високи стойности, прецизността на процеса на формоване остава ключов фактор за дефиниране на следващото поколение структури за безопасност на превозните средства.

Често задавани въпроси

1. да се съобрази с Каква е разликата между прякото и непрякото топлопечатане?

В директно горещо штамповане , празното гориво първо се нагрява, след което се образува и изгася в една стъпка. Това е най-разпространеният метод за бумперни лъчи. Индиректно горещо штамповане включва първо обработване на частите на студено до почти крайната им форма, след което нагряване и накрая поставяне в охладена матрица за загряване и калибриране. Непрякото штампиране позволява по-сложна геометрия, но е по-скъпо поради допълнителното инструментиране.

2. Да се съобразяваме. Защо се добавя бор към стоманата, използвана в укрепванията на брониращите устройства?

Борът се добавя в малки количества (обикновено 0,002%0,005%) за значително подобряване на утвърдимост от стоманата. Той забавя образуването на по-меки микроструктури като ферит и перлит по време на охлаждане, като гарантира, че стоманата напълно се превръща в твърд мартензит дори при скоростите на охлаждане, постижими в промишлените штамповани матрици.

3. Не се притеснявай. Може ли да се заваряват частите с горещ штамп?

Да, горещо штампованите борни стоманени части могат да се заваряват, но изискват специфични параметри. Тъй като топлината от заварката може локално да отпуши (омекоти) термично обработената зона, създавайки „омекотена точка“, процесът на заваряване – независимо дали точково или с лазер – трябва да се контролира внимателно. Често се използва лазерно аблатиране за премахване на Al-Si покритието в областите за заваряване преди монтажа, за да се осигури цялостността на заварката.