TL;DR

A az ütköző megerősítés hidegalakítási folyamata a modern járműveknél elsősorban a Hőszelesés (más néven sajtoló keményítés) révén érhető el. Ez a módszer a bór ötvözete acélból (általában 22MnB5 ) Ultra Magas Szilárdságú Acél (UHSS) alkatrészekké alakítja az anyagot, amelyek szakítószilárdsága meghaladja a 1 500 MPa -t. A folyamat során az alaplemezeket több mint 900°C -ra hevítik, hogy ausztenites állapotba kerüljenek, majd gyorsan vízhűtéses sablonba kerülnek, ahol a kialakítás és a lehűlés egyszerre történik. Ez kiküszöböli a rugózást és lehetővé teszi összetett, könnyű és ütközésálló szerkezetek létrehozását, amelyek elengedhetetlenek a globális biztonsági előírások teljesítéséhez.

Az ütköző megerősítések mérnöki szerepe

A lökhárító megerősítések, gyakran nevezik lökhárító gerendáknak, a jármű ütközéskezelő rendszerének elsődleges szerkezeti alapját képezik. Ezek az alkatrészek az elsődleges kapcsolatot jelentik a külső karosszéria-felület és a jármű alváza között (gyakran ütközési dobozon keresztül), és feladata az, hogy első vagy hátsó ütközés során elnyeljék és szórássá alakítsák a mozgási energiát. A mérnöki kihívás az ütésvédelem -val/-vel súlycsökkentés (LW) követelmények kielégítése között, amelyeket a tüzelőanyag-felhasználás szabályozásai és az EV hatótávolságra vonatkozó előírások határoznak meg.

Hagyományosan a lökhárító gerendákat hidegen hengerelt lágyacélból gyártották. Azonban a magasabb biztonsági osztályok iránti igény miatt az ipar sztenderdje a Ultra magas szilárdságú acélok (UHSS) , különösen olyan bór-mangán ötvözetek, mint a 22MnB5. Bár néhány prémium alkalmazásban alumíniumötvözeteket (6000 vagy 7000-es sorozat) használnak a magas szilárdság-súly arányuk miatt, a bóracél marad a domináns anyag a kiváló költség-teljesítmény arány és a martenzites edzési képesség miatt.

A metalurgiai átalakulás kritikus fontosságú: az acél ferrikus-perlitikus mikroszerkezettel indul (szakítószilárdság ~600 MPa), majd hőkezelve teljesen martenzites szerkezetté alakul (szakítószilárdság >1500 MPa). Ez az átalakulás lehetővé teszi a mérnökök számára a falvastagság csökkentését – gyakran 1,2–2,0 mm-ig – a szerkezeti integritás vesztesége nélkül.

Alapfolyamat: Meleg alakítás (sajtolt edzés) munkafolyamat

A meleg alakítás az egyetlen gyártási eljárás, amely 1500 MPa feletti lökhárító rudak kialakítását teszi lehetővé anélkül, hogy a hidegalakítással járó jelentős rugózás lépne fel. A folyamat egy pontossággal szabályozott hőciklus, amely integrálja az alakítást és a hőkezelést.

1. Ausztenitizálás (Fűtés)

A folyamat során a megelőzőleg kivágott lemezeket (gyakran Al-Si bevonattal ellátott, hogy megakadályozzák a hengerlését) eltávolítják a rakományból, és betáplálják őket egy hengerkemencébe. A lemezeket körülbelül 900°C–950°C -ra hevítik, és meghatározott ideig ezen a hőmérsékleten tartják. Ez a hőkezelés átalakítja az acél mikroszerkezetét ferritről ausztenit -re, ezzel rendkívül alakíthatóvá téve az anyagot, és csökkentve a folyáshatárát körülbelül 200 MPa-ra, ami megkönnyíti az alakítást.

2. Szállítás és alakítás

Amint a lemez kilép a kemencéből, a sebesség elsődleges fontosságú. Robotkarok néhány másodperc alatt (általában <3 másodperc) szállítják a izzó lemezt az sajtolóformába, hogy megakadályozzák a korai hűlést. Ezután a hidraulikus vagy szervo-mechanikus sajtoló gyorsan lezáródik. A zárósebesség gyakran 500–1000 mm/s között van, biztosítva, hogy az anyagot a fázisátalakulás megkezdődése előtt alakítsák meg.

3. Formahűtés

Ez a meghatározó lépés a az ütköző megerősítés hidegalakítási folyamata . Az alakzat bonyolult belső hűtőcsatornákkal rendelkezik, amelyeken keresztül hideg víz cirkulál. Amikor az sajtó eléri az alsó holtpontot (BDC), ott marad, és a formázott alkatrészt nagy erővel (általában 500–1500 tonna, az alkatrész méretétől függően) tartja. Ez a kontaktus gyorsan kivonja a hőt, olyan hűtési sebességet elérve, amely meghaladja a 27°C/s . Ez a gyors edzés kikerüli a perlit/bainit képződési zónákat, és az ausztenitet közvetlenül átalakítja martensit .

4. Alkatrész kiegyezése

Körülbelül 5–10 másodpercnyi edzési idő után a sajtó kinyílik, és a megkeményített alkatrész ki van dobva. Az alkatrész most már rendelkezik végső mechanikai tulajdonságaival: extrém keménységgel, nagy szakítószilárdsággal és nulla rugóhatással, mivel a hőfeszültségek a fázisátalakulás során feloldódnak.

Gyártási módszertanok összehasonlítása

Habár a meleg sajtolás az arany standard a nagyteljesítményű merevítések esetében, a hideg sajtolás és a hengerlés továbbra is fontos szerepet játszik bizonyos alkalmazásokban. A kompromisszumok megértése elengedhetetlen a folyamat kiválasztásához.

Hűvös bélyegzés jól alkalmazható alacsony szilárdságú alkatrészekhez vagy lágyacél rögzítőkonzolokhoz, ahol a költség és a ciklusidő elsőbbséget élvez a tömegcsökkentéssel szemben. Az ultrahigh szilárdságú acélok (UHSS) hideg alakítása azonban súlyos eszközkopást és kiszámíthatatlan rugózást eredményez. Gurított Formálás hatékony állandó keresztmetszetű gerendáknál (egyenes gerendáknál), de nem képes kezelni a modern aerodinamikai tervek által megkövetelt összetett íveket és integrált rögzítési elemeket.

A gyártók számára, akik ezek között a lehetőségek között kell dönteniük, az ideális gyártási partner kiválasztása döntő fontosságú. Olyan vállalatok, mint a Shaoyi Metal Technology lezárják ezt a rést, komplex sajtolási kapacitások kínálásával. Az IATF 16949 tanúsítvánnyal és akár 600 tonnás sajtókapacitással rendelkezve támogatják az autóipari projekteket gyors prototípusgyártástól a tömeggyártásig, kritikus szerkezeti alkatrészeket kezelhetnek a globális OEM-szabványokhoz szükséges pontossággal.

Utófeldolgozás és minőségbiztosítás

A meleg alakítással előállított ütközőgerendák extrém keménysége egyedi kihívásokat jelent a további feldolgozás során. A hagyományos mechanikus vágószerszámok általában azonnal tönkremennek vagy elkopnak a 1500 MPa-s acélon.

Lézeres vágás és darabolás

A végső méretek eléréséhez és a rögzítőfuratok kialakításához a gyártók elsősorban 5-tengelyes lézervágó cellákat használnak. Ez a kontaktmentes módszer pontos éleket biztosít mikrotörések nélkül, amelyek baleset esetén potenciális törési pontok lehetnek. Bár lassabb, mint a mechanikus döfés, a lézervágás rugalmasságot nyújt ugyanazon vonalon különböző ütközőgerenda-változatok gyártásához.

Felületkezelés

Ha a boronacél alaplemez bevonat nélküli volt, a magas kemencetemperatúra miatt felületi oxidáció (bőrösödés) keletkezik. Ezeket az alkatrészeket meg kell előznie a sándrosításnak az e-köpenyezés előtt, hogy biztosítsa a megfelelő tapadást. Másik lehetőségént az Al-Si (alumínium-szilícium) előbevont alaplemezek megakadályozzák a bőrösödés kialakulását, de gondos folyamatirányítást igényelnek, hogy elkerüljék a bevonat leválását az alakítás során.

Minőség ellenőrzés

A biztonsági alkatrészek esetében a szigorú tesztelési protokollok kötelezőek. A szabványos minőségellenőrzési intézkedések a következők:

• Vickers keménységtesztelés: a martenzites átalakulás ellenőrzése a kritikus zónákban.
• 3D kék fény szkennelés: méreti pontosság ellenőrzése CAD-adatokhoz képest, biztosítva, hogy a rögzítési pontok illeszkedjenek a járművázhoz.
• Mikroszerkezet-elemzés: időszközönként végzett romboló vizsgálat a szörény vagy vas tartalmának hiányára a teherhordó területeken.

Gyártási stratégia optimalizálása

A meleg alakított lökhárító megerősítők felhasználása jelentős változást jelent az autógyártásban, elsődlegessé téve az utasbiztonságot és a jármű hatékonyságát. A hőmérséklet, átviteli sebesség és hűtési nyomás változóinak behatósa révén a gyártók olyan alkatrészeket állítanak elő, amelyek ellenállnak a rendkívül nagy erőknek, miközben minimális tömeget biztosítanak. Ahogy az acél minőségek 1800 MPa és azon túl fejlődnek, az alakítási folyamat pontossága marad a jármű biztonsági szerkezetek következő generációjának meghatározó tényezője.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mi a különbség a közvetlen és a közvetett forró bélyegzés között?

A direkt Meleg Alakítás , először felmelegítik a nyers alakot, majd egyetlen lépésben alakítják és hűtik. Ez a leggyakoribb módszer a lökhárító gerendáknál. Indirekt Meleg Alakítás a részt hidegen alakítják közel végső formájához először, majd felmelegítik, végül egy hűtött szervezetbe helyezik hűtésre és kalibrálásra. A közvetett bélyegzés lehetővé teszi az összetettebb geometriákat, de drágább a szükséges extra szerszámok miatt.

2. Miért adnak bort a lökhárító merevítőkben használt acélhoz?

A bor nagyon csekély mennyiségben (általában 0,002%–0,005%) kerül hozzá az acélhoz, hogy jelentősen javítsa az érmetetőség acél tulajdonságait. Késlelteti a lágyabb mikroszerkezetek, például a ferrit és a gyöngyös képződését hűlés közben, biztosítva, hogy az acél teljesen átalakuljon kemény martensitté még az ipari bélyegző szervek által elérhető hűlési sebességeknél is.

3. Forró bélyegzett alkatrészek hegeszthetők?

Igen, a meleg sajttal készült boronacél alkatrészek hegeszthetők, de ehhez speciális paraméterek szükségesek. Mivel a hegesztés hője helyileg lehűtheti (lágyíthatja) a hőkezelt zónát, ami egy „lágy pont” kialakulásához vezethet, a hegesztési folyamatot – legyen az pont- vagy lézerhegesztés – gondosan kontrollálni kell. Gyakran lézeres ablációt alkalmaznak a hegesztési területeken az Al-Si bevonat eltávolítására az összeszerelés előtt, hogy biztosítsák a hegesztés minőségét.