TL;DR

Les procés d'embolcall del reforç del paragolpes per a vehicles moderns s'aconsegueix predominantment mitjançant Estampació a calor (també conegut com Embutició en Calor). Aquest mètode transforma l'acer d'aliatge de bor (típicament 22MnB5 ) en components d'Acer d'Ultra Alta Resistència (UHSS) amb resistències a la tracció superiors a 1,500 MPa . El procés implica escalfar les peces a més de 900°C per assolir un estat austenític, seguit d'un trasllat ràpid a un motlle refrigerat per aigua on es produeix simultàniament la conformació i la tempra. Això elimina el retrocés elàstic i permet crear estructures complexes, lleugeres i resistents a xocs, essencials per complir amb els estàndards globals de seguretat.

El Paper d'Enginyeria dels Reforços de Paragolpes

Les reforços del paragolpes, comunament anomenats bigues del paragolpes, fan servir com el suport estructural principal del sistema de gestió d'impactes d'un vehicle. Funcionant com el punt de connexió entre la fàscia externa i el xassís del vehicle (sovint mitjançant caixes d'impacte), aquests components han d'absorbir i dissipar l'energia cinètica durant col·lisions frontals o posteriors. El repte d'enginyeria rau en equilibrar seguretat en cas d'impacte amb reducció de pes (LW) exigits per les normatives de rendiment energètic i els requisits d'abast dels vehicles elèctrics (EV).

Històricament, les bigues del paragolpes es fabricaven en acer suau mitjançant mètodes d'estampació en fred. Tanmateix, la demanda de qualificacions de seguretat superiors ha desplaçat l'estàndard del sector cap a Acers d'Ultra-Alta Resistència (UHSS) , especialment aliatges de bor-mangànes com el 22MnB5. Tot i que els aliatges d'alumini (sèrie 6000 o 7000) s'utilitzen en algunes aplicacions premium per la seva elevada relació resistència-pes, l'acer de bor continua sent el material dominant degut a la seva excepcional relació cost-rendiment i capacitat d'assolir un enduriment martensític.

La transformació metal·lúrgica és fonamental: l'acer comença amb una microestructura ferrítica-perlítica (resistència a la tracció ~600 MPa) i es tracta tèrmicament per assolir una estructura completament martensítica (resistència a la tracció >1.500 MPa). Aquesta transformació permet als enginyers reduir el gruix de la paret —sovint fins a 1,2 mm–2,0 mm— sense comprometre la integritat estructural.

Procés central: Flux de treball del conformant calent (Press Hardening)

El conformant calent és l'únic procés de fabricació capaç de formar bigues paragols de més de 1.500 MPa sense els importants problemes de retrocés elàstic associats al formatge a fred. El flux de treball és un cicle tèrmic de precisió controlada que integra el formateig i el tractament tèrmic.

1. Austenització (Escalfament)

El procés comença desapilant els testsos pre-tallats (sovint recoberts amb Al-Si per evitar l’escorça) i alimentant-los a un forn de cinta rodan. Els testsos s’escalfen fins a aproximadament 900°C–950°C i es mantenen durant un temps d’immersió determinat. Aquest tractament tèrmic converteix la microestructura de l’acer de ferrita a austenita , fent que el material sigui molt malleable i reduint la seva resistència a la fluència fins a uns 200 MPa, facilitant així l’embutició.

2. Transferència i embutició

Un cop el test ha sortit del forn, la velocitat és fonamental. Uns braços robòtics de transferència mouen el test incandescent al motlle de premsa en pocs segons (típicament <3 segons) per evitar el refredament prematur. A continuació, la premsa hidràulica o servo-mecànica tanca ràpidament. Les velocitats de tancament solen estar entre 500 i 1.000 mm/s per assegurar que el material s’embuti abans que comenci la transformació de fase.

3. Templada en motlle

Aquest és el pas definitiu de la procés d'embolcall del reforç del paragolpes . La matriu està equipada amb canals interns de refrigeració pels quals circula aigua refredada. Quan la premsa arriba al punt mort inferior (PMI), roman en repòs, mantenint la peça formada sota una gran força (típicament entre 500 i 1.500 tones segons la mida de la peça). Aquest contacte extreu ràpidament la calor, assolint una velocitat de refrigeració superior a 27°C/s . Aquest refredament ràpid evita les zones de formació de perlita/bainita i transforma l'austenita directament en martensita .

4. Expulsió de la peça

Després d'un temps de tempteig d'uns 5 a 10 segons, la premsa s'obre i la peça endurida és expulsada. El component ja posseeix les seves propietats mecàniques finals: duresa extrema, alta resistència a la tracció i cap recuperació elàstica, ja que les tensions tèrmiques es relaxen durant el canvi de fase.

Comparació dels mètodes de fabricació

Encara que el repujat en calent és l'estàndard d'or per a reforços d'alt rendiment, el repujat en fred i la conformació per rodets continuen sent rellevants per a aplicacions específiques. Comprendre els compromisos és essencial per a la selecció del procés.

Estampació freda és adequat per a components de baixa resistència o suports d'acer suau on es prioritza el cost i el temps de cicle per sobre de la reducció de pes. Tanmateix, formar UHSS en fred provoca un desgast sever de les eines i un reboteig imprevisible. Formació per rodil·la és eficient per a bigues amb una secció transversal constant (bigues rectes), però no pot adaptar-se a les corbes complexes ni a les funcions integrades de muntatge exigides pels dissenys aerodinàmics moderns.

Per als fabricants que han de triar entre aquestes opcions, seleccionar el soci de fabricació adequat és fonamental. Empreses com Shaoyi Metal Technology compensen aquesta diferència oferint capacitats completes d'estampació. Amb certificació IATF 16949 i capacitat de premsa fins a 600 tones, donen suport a projectes automotrius des del prototipatge ràpid fins a la producció massiva, gestionant components estructurals claus amb la precisió necessària per complir amb els estàndards globals dels OEM.

Postprocessat i Control de Qualitat

L'extrema duresa dels reforços de para-xocs estampats en calent introdueix reptes únics en el processament posterior. Les matrius tradicionals de tall mecànic solen fallar o desgastar-se immediatament amb l'acer de 1.500 MPa.

Tall i retallada làser

Per assolir les dimensions finals i tallar els forats de muntatge, els fabricants utilitzen predominantment cèl·lules de tall làser de 5 eixos . Aquest mètode sense contacte assegura vores precises sense microgrietas, que són punts potencials de fallada en casos de xoc. Tot i ser més lent que el perforat mecànic, la retallada làser ofereix la flexibilitat necessària per a diferents variants de para-xocs en la mateixa línia.

Tractament de superfície

Si la planxa d'acer borat no estava recoberta, les altes temperatures del forn provoquen oxidació superficial (escòria). Aquestes peces han de passar per granalla abans del recobriment electrostàtic per garantir una bona adhesió. Alternativament, Al-Si (alumini-silici) les planxes pre-recobertes eviten la formació d'escòria però requereixen un control de procés cuidadoso per evitar la desllaminació del recobriment durant la fase de conformació.

Verificació de qualitat

Els protocols d'assaig rigorosos són imprescindibles per a les peces de seguretat. Les mesures habituals de control de qualitat inclouen:

• Assaig de duresa Vickers: verificar la conversió martensítica en les zones clau.
• escaneig tridimensional amb llum blava: comprovar l'exactitud dimensional respecte a les dades CAD, assegurant que els punts de muntatge coincideixin amb el xassís.
• Anàlisi de microestructura: assaigs destructius periòdics per confirmar l'absència de bainita o ferrita en les zones portants.

Optimització de l'estratègia de producció

La transició cap a reforços de para-xocs estampats en calent representa un canvi definitiu en la fabricació d'automòbils, prioritzant la seguretat dels passatgers i l'eficiència del vehicle. Dominant les variables de temperatura, velocitat de transferència i pressió de tempte, els fabricants ofereixen components que suporten forces immenses minimitzant alhora la massa. A mesura que els graus d'acer evolucionen cap als 1.800 MPa i més enllà, la precisió del procés d'estampat roman el factor clau per definir la següent generació d'estructures de seguretat dels vehicles.

Preguntes freqüents

1. Quina és la diferència entre el estampat calent directe i indirecte?

DINS estampació en calent directa , primer s'escalfa el tros inicial i després es forma i es tempra en un sol pas. Aquest és el mètode més comú per a les barres paraxocs. Estampació en calent indirecta implica formar a fred la peça fins a una forma gairebé final, escalfar-la després i, finalment, col·locar-la en un motriu refredat per a la tempra i la calibració. L'estampat indirecte permet geometries més complexes però és més costós a causa de l'eina addicional necessària.

2. Per què s'afegeix bor alacer utilitzat en reforços de paraxocs?

S'afegeix bor en quantitats mínimes (típicament entre 0,002% i 0,005%) per millorar significativament la templabilitat delacer. Retarda la formació d'estructures més planes com la ferrita i la perlita durant el refredament, assegurant que elacer es transformi completament en martensita, fins i tot amb les velocitats de refredament assolibles en motrius d'estampat industrial.

3. Es poden soldar les peces estampades en calent?

Sí, es poden soldar peces d'acer borat termoestampat, però requereixen paràmetres específics. Com que la calor de la soldadura pot recuitar localment (ablandar) la zona tractada tèrmicament, creant una «zona tova», cal controlar minuciosament el procés de soldadura—sigui per punts o per làser. Sovint s'utilitza l'ablatió làser per eliminar el recobriment Al-Si en les zones de soldadura abans del muntatge per garantir la integritat de la soldadura.