SHRNUTÍ

Lisování oceli vysoké pevnosti přináší tři hlavní inženýrské výzvy: výrazný pružná návratnost způsobený vysokou mezí kluzu, rychlý opotřebení nástroje způsobený extrémními kontaktními tlaky a nebezpečné zpětné zatížení (snap-through), které může poškodit vnitřní komponenty lisy (snap-through), které může poškodit vnitřní komponenty lisy. Překonání těchto výzev vyžaduje odchod od tradičních postupů používaných u měkké oceli k pokročilým nápravným strategiím, včetně simulačních metod založených na napětí pro kompenzaci, použití nástrojových ocelí z práškové metalurgie (PM) se speciálními povlaky a technologie servolisu pro řízení energie při nižších rychlostech. Úspěšná výroba závisí na optimalizaci celého procesu – od návrhu nástrojů po mazání – za účelem zachování rozměrové přesnosti bez obětování životnosti zařízení.

Výzva 1: Pružné vrácení a rozměrová kontrola

Nejrozšířenějším problémem při tváření vysokopevnostních ocelí (AHSS) a vysokopevnostních nízkolegovaných ocelí (HSLA) je pružné zpětné prohnutí – elastická relaxace kovu po odstranění deformačního zatížení. Na rozdíl od měkké oceli, která si relativně dobře zachovává tvar, mají AHSS výrazně vyšší mez kluzu, což způsobuje intenzivní „odskočení“. Tato geometrická odchylka není pouze lineárním návratem do původní polohy; často se projevuje zkroucením boční stěny a torzní deformací, což značně znepřízlušňuje dosažení přesné rozměrové stability u přesných součástí.

Tradiční metody typu pokus-omyl jsou u AHSS neefektivní. Inženýři proto musí spoléhat na pokročilé analyzy konečných prvků (FEA) které využívají modely predikce založené na napětí namísto jednoduchých kritérií založených na přetvoření. Simulace umožňují konstruktérům nástrojů aplikovat geometrickou kompenzaci – úmyslné přehnutí nebo deformování pracovní plochy matrice, aby se díl po pružném zpětném prohnutí vrátil do požadovaného konečného tvaru. Simulace samotné však často nestačí bez mechanického zásahu.

Praktické úpravy procesu jsou stejně důležité. Techniky jako rotační ohýbání a použití zámkové kroky nebo „mincové výstupky“ mohou pomoci uzamknout napětí do materiálu. Podle Výrobce , využití servolisovací technologie k naprogramování „pobytu“ na konci zdvihu umožňuje materiálu se uvolnit pod zatížením, což výrazně snižuje pružné vrácení tvaru. Tento přístup „nastavení tvaru“ je mnohem účinnější než jednoduché tváření nárazem, které vyžaduje nadměrnou sílu lisu a urychluje opotřebení nástrojů.

Výzva 2: Opotřebení nástrojů a porucha razníků

Zvýšené meze kluzu materiálů AHSS – často přesahující 600 MPa nebo dokonce 1000 MPa – působí obrovský kontaktový tlak na tvářecí nástroje. Toto prostředí vytváří vysoké riziko zadrhávání, odlamování a katastrofické poruchy nástroje. Běžné nástrojové oceli, jako D2 nebo M2, které jsou dostatečné pro mírnou ocel, často selhávají předčasně při zpracování AHSS kvůli abrazivnímu charakteru materiálu a vysoké energii potřebné k jeho tváření.

Pro boj s tímto musí výrobci přejít na Nástrojové oceli práškové metalurgie (PM) . Třídy jako PM-M4 nabízejí vyšší odolnost proti opotřebení u velkých sérií, zatímco PM-3V poskytuje houževnatost potřebnou k prevenci odlamování při aplikacích s vysokým nárazovým zatížením. Mimo výběr materiálu je klíčová i úprava povrchu. Wilson Tool doporučuje přejít u děrovacích nástrojů z válcového broušení na broušení přímé čáry. Tato podélná struktura snižuje třecí sílu při vyhazování a minimalizuje riziko zadírání během fáze vysouvání.

Povrchová povlaky jsou poslední bariérou obrany. Pokročilé povlaky nanášené fyzikální depozicí (PVD) nebo tepelnou difuzí (TD), jako jsou titan karbonitrid (TiCN) nebo karbid vanadu (VC), mohou prodloužit životnost nástrojů až o 700 % ve srovnání s nepovlakovanými nástroji. Tyto povlaky vytvářejí tvrdou, mazivou bariéru, která odolává extrémnímu teplu vznikajícímu deformací energie u vysoce pevných ocelí.

Výzva 3: Výkon lisu a rázové zatížení při průrazu

Skryté nebezpečí při tváření oceli vysoké pevnosti spočívá v dopadu na lis samotný, konkrétně ohledně energetická kapacita a zpětné zatížení (snap-through), které může poškodit vnitřní komponenty lisy (průrazového efektu). Mechanické lisy jsou dimenzovány na nosnost blízko dolní úvratě zdvihu, ale tváření AHSS vyžaduje vysokou energii mnohem dříve ve zdvihu. Navíc, když materiál praskne (dojde k průrazu), náhlé uvolnění uložené potenciální energie způsobí rázovou vlnu šířící se zpět konstrukcí lisu. Tato „průrazová“ zátěž může zničit ložiska, ojnice a dokonce i rám lisu, pokud překročí povolenou reverzní nosnost zařízení (která obvykle činí pouze 10–20 % přímé kapacity).

Zmírnění těchto sil vyžaduje pečlivý výběr zařízení a nástrojů. Různé délky děrovacích nástrojů a šikmé řezné hrany mohou rozložit zatížení proražením v čase, čímž se sníží špičkový ráz. U těžkých konstrukčních dílů je však často limitujícím faktorem samotná kapacita lisy. Bezpečné zvládnutí těchto zatížení vyžaduje často spolupráci se specializovaným výrobcem. Například Komplexní lisyovací řešení společnosti Shaoyi Metal Technology zahrnují lisovací kapacity až do 600 tun, což umožňuje stabilní výrobu těžkých automobilových komponentů, jako jsou ramena řízení a rámky karoserie, které by přetížily menší běžné lisy.

Správa energie je dalším kritickým faktorem. Zpomalení konvenčního mechanického lisu za účelem snížení rázových zatížení neúmyslně snižuje dostupnou energii setrvačníku (která je úměrná druhé mocnině rychlosti), což může vést ke zastavení. Servolisy tento problém řeší tím, že udržují plnou dostupnost energie i při nízkých rychlostech, a umožňují tak pomalý, kontrolovaný průraz, který chrání jak nástroj, tak pohon lisu.

Výzva 4: Meze tvárnosti a trhliny na hranách

S rostoucí pevností oceli klesá její tažnost. Tento kompromis se projevuje jako praskání okrajů , zejména při ohýbání okrajů nebo rozšiřování otvorů. Mikrostrukturní fáze, které dávají AHSS jeho pevnost (např. martenzit), mohou působit jako místa iniciace trhlin, když je materiál stříhán. Běžná střihací mezera 10 % tloušťky materiálu, obvyklá u měkké oceli, často vede ke špatné kvalitě hrany a následnému poškození během tváření.

Optimalizace mezery nástroje je hlavním protiopatřením. Podle MetalForming Magazine , austenitové nerezové třídy mohou vyžadovat čistoty až 35-40% tloušťky materiálu, zatímco feritové a dvojfázové oceli obvykle vyžadují 10-15% nebo optimalizované technické čistoty, aby se minimalizovala zóna tvrzená při práci na okraji nereza. Laserové řezání je alternativou k prototypování, ale pro sériovou výrobu inženýři často používají operaci holení - sekundární řez, který odstraní materiál tvrzeného okraje před finálním krokem tvarování - k obnovení pružnosti okraje a zabránění prasknutí.

Závěr

Úspěšné tváření oceli vysoké pevnosti není jen otázkou vyššího tlaku; vyžaduje zásadní rekonstrukci výrobního procesu. Od použití simulačně řízené kompenzace pružného návratu až po nasazení nástrojových ocelí PM a vysoce výkonných servolisovacích lisů musí výrobci pohlížet na AHSS jako na samostatnou třídu materiálu. Proaktivním řešením fyzikálních jevů, jako je pružná relaxace, opotřebení a lomová mechanika, mohou výrobci vyrábět lehčí a pevnější díly bez nutnosti nepřiměřeně vysokých výrobních zmetků či poškozování zařízení.

Nejčastější dotazy

1. Jaký je největší problém při tváření oceli vysoké pevnosti?

Nejvýznamnějším problémem je obvykle pružná návratnost , kdy materiál po odstranění tvářecí síly elasticky obnoví svůj tvar. To ztěžuje dosažení přesných rozměrových tolerancí a vyžaduje pokročilé simulační metody a strategie kompenzace nástrojů pro jejich napravení.

2. Jak snížit opotřebení nástrojů při tváření AHSS?

Opotřebení nástrojů je zmírněno použitím ocelí z prachové metalurgie (PM) (jako PM-M4 nebo PM-3V), které nabízejí vynikající odolnost vůči opotřebení. Kromě toho je použití pokročilých povlaků, jako je PVD nebo TD (tepelná difúze), a optimalizace směru broušení úderem (podélně oproti válcovitému) nezbytnými kroky k prodloužení životnosti nástroje.

3. Věříme, že Proč je pro lisovací stroje nebezpečná obrácená hmotnost?

Reverzní přepážka se vyskytuje, když se materiál zlomí a energie uložená v lisovém rámu náhle uvolní. Tato nárazová vlna vytváří zpětnou sílu na konektorové body. Pokud tato síla překročí jmenovitý výkon listu (obvykle 10-20% přední kapacity), může způsobit katastrofální poškození ložisek, kliků a struktury listu.