TL;DR

La processo di stampaggio del rinforzo paraurti per veicoli moderni è ottenuto principalmente tramite Imballaggio a caldo (noto anche come Indurimento in stampo). Questo metodo trasforma l'acciaio legato al borone (tipicamente 22MnB5 ) in componenti in acciaio ad altissima resistenza (UHSS) con resistenze a trazione superiori a 1.500 MPa . Il processo prevede il riscaldamento delle lamiere a oltre 900°C per raggiungere uno stato austenitico, seguito da un rapido trasferimento in uno stampo refrigerato ad acqua, dove formatura e tempra avvengono simultaneamente. Ciò elimina il rimbalzo elastico e permette la creazione di strutture complesse, leggere e resistenti agli urti, fondamentali per soddisfare gli standard di sicurezza globali.

Il ruolo ingegneristico dei rinforzi paraurti

I rinforzi del paraurti, comunemente noti come traversi del paraurti, svolgono il ruolo di struttura portante primaria nel sistema di gestione dell'impatto di un veicolo. Funzionando da punto di collegamento tra la fascia esterna e il telaio del veicolo (spesso tramite crash box), questi componenti devono assorbire e dissipare l'energia cinetica in caso di collisioni anteriori o posteriori. La sfida ingegneristica consiste nel bilanciare resistenza agli urti con riduzione del peso (LW) richieste dettate dalle normative sul risparmio di carburante e dai requisiti sull'autonomia dei veicoli elettrici.

Storicamente, i traversi del paraurti venivano prodotti in acciaio dolce mediante procedimenti di stampaggio a freddo. Tuttavia, la richiesta di valutazioni di sicurezza superiori ha spostato lo standard industriale verso Acciai ad Ultra-Alta Resistenza (UHSS) , in particolare leghe al boronemanganese come il 22MnB5. Sebbene le leghe di alluminio (serie 6000 o 7000) vengano utilizzate in alcune applicazioni premium per il loro elevato rapporto resistenza-peso, l'acciaio al borone rimane il materiale dominante grazie al suo eccezionale rapporto costo-prestazioni e alla capacità di raggiungere una tempra martensitica.

La trasformazione metallurgica è fondamentale: l'acciaio parte da una microstruttura ferritica-perlitica (resistenza a trazione ~600 MPa) e viene trattato termicamente per ottenere una struttura completamente martensitica (resistenza a trazione >1.500 MPa). Questa trasformazione consente agli ingegneri di ridurre lo spessore delle pareti, spesso fino a 1,2 mm–2,0 mm, senza compromettere l'integrità strutturale.

Processo Principale: Flusso Operativo della Stampaggio a Caldo (Indurimento per Pressa)

Lo stampaggio a caldo è l'unico processo produttivo in grado di formare traverse paraurti con resistenza superiore a 1.500 MPa, evitando i significativi problemi di springback associati alla formatura a freddo. Il processo consiste in un ciclo termico controllato con precisione che integra la formatura e il trattamento termico.

1. Austenitizzazione (Riscaldamento)

Il processo inizia con la separazione dei grezzi pre-tagliati (spesso rivestiti con Al-Si per prevenire la formazione di ossidazioni) e il loro inserimento in un forno a rulli. I grezzi vengono riscaldati a circa 900°C–950°C e mantenuti per un tempo di permanenza specifico. Questo trattamento termico trasforma la microstruttura dell'acciaio da ferrite a austenite , rendendo il materiale altamente malleabile e riducendo il suo carico di snervamento a circa 200 MPa, facilitando così la formatura.

2. Trasferimento e Formatura

Una volta uscito dal forno, la velocità è fondamentale. Bracci robotizzati trasferiscono rapidamente il pezzo incandescente nello stampo della pressa entro pochi secondi (tipicamente <3 secondi) per evitare un raffreddamento prematuro. La pressa idraulica o servo-meccanica si chiude quindi rapidamente. Le velocità di chiusura variano spesso tra 500 e 1.000 mm/s per garantire che il materiale venga formaturato prima che inizi la trasformazione di fase.

3. Tempra in stampo

Questo è il passaggio determinante della processo di stampaggio del rinforzo paraurti . La stampa è dotata di complessi canali di raffreddamento interni attraverso i quali circola acqua refrigerata. Mentre la pressa raggiunge il punto morto inferiore (BDC), si mantiene in questa posizione, mantenendo il pezzo formatosi sotto un'elevata tonnellata (tipicamente da 500 a 1.500 tonnellate, a seconda delle dimensioni del pezzo). Questo contatto estrae rapidamente il calore, raggiungendo una velocità di raffreddamento superiore a 27°C/s . Questo rapido tempraggio evita le zone di formazione della perlite/bainite e trasforma l'austenite direttamente in martensite .

4. Espulsione del Pezzo

Dopo un tempo di tempra di circa 5-10 secondi, la pressa si apre ed il pezzo indurito viene espulso. Il componente ora possiede le sue proprietà meccaniche finali: estrema durezza, elevata resistenza a trazione e nessun springback, poiché le tensioni termiche vengono scaricate durante il cambiamento di fase.

Confronto tra Metodologie Produttive

Mentre la stampaggio a caldo è lo standard di riferimento per rinforzi ad alte prestazioni, lo stampaggio a freddo e la profilatura rimangono rilevanti per applicazioni specifiche. Comprendere i compromessi è essenziale per la selezione del processo.

Stampinga a freddo è adatto per componenti a bassa resistenza o supporti in acciaio dolce quando il costo e il tempo di ciclo sono prioritari rispetto alla riduzione del peso. Tuttavia, la formatura a freddo di acciai ultrareististenti provoca un grave usura degli utensili e un ritorno elastico imprevedibile. Formativo di rotoli è efficiente per travi con sezione costante (travi dritte), ma non riesce a gestire le complesse curve a raggio variabile e le caratteristiche integrate di fissaggio richieste dai moderni design aerodinamici.

Per i produttori che devono scegliere tra queste opzioni, selezionare il giusto partner di produzione è fondamentale. Aziende come Shaoyi Metal Technology colmano questa lacuna offrendo capacità complete di stampaggio. Con certificazione IATF 16949 e capacità di pressa fino a 600 tonnellate, supportano progetti automobilistici dal prototipaggio rapido alla produzione di massa, gestendo componenti strutturali critici con la precisione richiesta dagli standard globali dei costruttori OEM.

Post-Elaborazione e Controllo Qualità

L'elevata durezza dei rinforzi per paraurti stampati a caldo introduce sfide uniche nella lavorazione successiva. Le tradizionali matrici di tranciatura meccanica generalmente si rompono o si usurano immediatamente con l'acciaio da 1.500 MPa.

Tranciatura e taglio laser

Per ottenere le dimensioni finali e praticare i fori di montaggio, i produttori utilizzano prevalentemente celle di taglio laser a 5 assi . Questo metodo senza contatto garantisce bordi precisi senza microfessurazioni, che rappresentano potenziali punti di rottura in caso di impatto. Sebbene più lento del punzonatura meccanica, il taglio laser offre la flessibilità necessaria per realizzare diversi varianti di paraurti sulla stessa linea.

Trattamento superficiale

Se la lamiera in acciaio al borone non è rivestita, le alte temperature del forno provocano ossidazione superficiale (calamina). Questi pezzi devono essere sottoposti a sabbiatura prima dell'elettrocoating per garantire un'adeguata adesione. In alternativa, Lamiere pre-rivestite in Al-Si (alluminio-silicio) impediscono la formazione di calamina, ma richiedono un rigoroso controllo del processo per evitare lo scollamento del rivestimento durante la fase di formatura.

Verifica della qualità

Protocolli rigorosi di test sono imprescindibili per i componenti legati alla sicurezza. Le normali misure di controllo qualità includono:

• Prova di durezza Vickers: verifica della conversione martensitica nelle zone critiche.
• scansione 3D a luce blu: controllo della precisione dimensionale rispetto ai dati CAD, garantendo che i punti di montaggio siano allineati con il telaio.
• Analisi della microstruttura: test distruttivi periodici per confermare l'assenza di bainite o ferrite nelle aree portanti.

Ottimizzazione della strategia produttiva

La transizione verso rinforzi paraurti stampati a caldo rappresenta un cambiamento definitivo nella produzione automobilistica, orientato alla sicurezza dei passeggeri e all'efficienza del veicolo. Dominando le variabili di temperatura, velocità di trasferimento e pressione di tempra, i produttori realizzano componenti in grado di resistere a forze enormi riducendo al minimo la massa. Con l'evoluzione degli acciai verso resistenze di 1.800 MPa e oltre, la precisione del processo di stampaggio rimane il fattore critico nel definire le strutture di sicurezza delle prossime generazioni di veicoli.

Domande frequenti

1. Qual è la differenza tra stampaggio a caldo diretto e indiretto?

In stampaggio a caldo diretto , la piastra viene riscaldata per prima e poi formata e temprata in un unico passaggio. Questo è il metodo più comune per le traverse dei paraurti. Stampaggio a caldo indiretto prevede la formatura a freddo del pezzo in una forma quasi finale, successivamente il riscaldamento e infine il posizionamento in una stampa refrigerata per la tempra e la calibratura. Lo stampaggio indiretto permette geometrie più complesse, ma è più costoso a causa degli utensili aggiuntivi richiesti.

2. Perché viene aggiunto il boro all'acciaio utilizzato nei rinforzi dei paraurti?

Il boro viene aggiunto in quantità minime (tipicamente 0,002%–0,005%) per migliorare significativamente la induribilità dell'acciaio. Ritarda la formazione di microstrutture più morbide, come ferrite e perlite, durante il raffreddamento, garantendo che l'acciaio si trasformi completamente in martensite, anche con le velocità di raffreddamento ottenibili negli stampi industriali.

3. I componenti stampati a caldo possono essere saldati?

Sì, le parti in acciaio borotermico possono essere saldate, ma richiedono parametri specifici. Poiché il calore generato dalla saldatura può ricotturare localmente (ammorbidire) la zona trattata termicamente, creando un "punto debole", il processo di saldatura—sia a punti che al laser—deve essere accuratamente controllato. Spesso si utilizza l'ablazione laser per rimuovere il rivestimento Al-Si nelle aree di saldatura prima del montaggio, al fine di garantire l'integrità del giunto saldato.