ҚЫСҚАША

Жоғары беріктікке ие болатты (HSS) штамптеу автомобиль өнеркәсібінің екі мақсатына қол жеткізуге мүмкіндік беретін маңызды өндірістік процесс: массаның азаюы арқылы отынның пайдалы әсер коэффициентін максималдандыру және қатаң авариялық қауіпсіздік стандарттарын сақтау. Dual Phase (DP) және TRIP болаттары сияқты алдыңғы қатарлы маркаларды пайдалана отырып, өндірушілер құрылымдық беріктіктен айырылмай-ақ жұқа қабықшаларды қолдана алады.

Дегенмен, бұл беріктік формалау қабілетінің төмендеуі мен серпімді қалпына келудің (серпімді оралу) айтарлықтай өсуіне баға төлейді. Сәтті жүзеге асыру үшін престік желіні жалпы түрде жаңарту қажет – бұған үлкен күш көрсеткіштері, арнайы лента түзеткіштерден бастап серпімді оралуды компенсациялау үшін алдыңғы қатарлы симуляциялық бағдарламалық жасақтамаға дейінгі жабдықтар жатады. Бұл нұсқаулық жоғары беріктік болатын автомобиль қолданбаларын штамптауды меңгеру үшін қажетті материалдар ғылымы, жабдықталу талаптары мен технологиялық стратегияларды қарастырады.

Материалдар әлемі: HSLA-дан UHSS-қа дейін

"Жоғары беріктік болат" термині металлургиялық дамудың бірнеше әртүрлі буынын қамтитын кең түсінік. Автомобиль инженерлері үшін осы санаттардың арасында дұрыс қолдану мен матрица дизайндау үшін айырмашылықты ажырату маңызды.

HSLA (Жоғары беріктікті, төмен қоспалы)

HSLA болаттары заманауи конструкциялық бөлшектер үшін негізгі тұтас орта ретінде қызмет етеді. HSLA 50XF (350/450) сияқты маркалар шамамен 50,000 PSI (350 МПа) астам ағу беріктігін қамтамасыз етеді. Олар көміртегіге қосымша ванадий немесе ниобий сияқты элементтерді микросәйкестендіру арқылы мұндай қасиетке ие болады. Жұмсақ болатқа қарағанда берік болса да, жалпы алғанда олар пішіндеуге және пісіруге қолайлы болып қала береді, сондықтан рама бөлшектері мен күшейткіштер үшін қолданылады.

AHSS (Жетілдірілген Жоғары Беріктік Болаты)

AHSS автомобиль мүмкіндіктерінде нақты секіріс болып табылады. Бұл болаттар өзгеше механикалық қасиеттерге ие болуға мүмкіндік беретін көпфазалық микрокұрылымға ие.

• Екі фазалы (DP): Қазіргі уақытта өнеркәсіптің "жұмыс аттары" (мысалы, DP350/600). Оның микрокұрылымы жұмсақ феррит матрицасында шашырап жатқан қатты мартенсит аралдарынан тұрады. Бұл комбинация пішіндеуді бастау үшін төмен ағу беріктігін және соңғы бөлшектің беріктігі үшін жоғары қатаюлау дәрежесін қамтамасыз етеді.
• TRIP (пластикалық деформация әсерінен түрлену): Бұл болаттар мартенситке айналатын сақталған аустениттен тұрады кезінде деформация. Бұл ерекше созылу мен энергияны жұтуға мүмкіндік береді, соқтығысу аймақтары үшін идеалды нұсқа болып табылады.

UHSS (Өте жоғары беріктіктегі болат)

Созылу беріктігі 700–800 МПа-дан жоғары болған кезде біз UHSS аймағына енеміз. Мартенситтік маркалар мен борлы болат сияқты Қысым арқылы қатайтылатын болаттар (PHS) осы топқа жатады. Бұл материалдар әдетте нақтырақ берік болып келеді, сынбай эффективті түрде суық шөмілдірудің мүмкіндігі болмайды, сондықтан ыстық шөмілдіру технологиялары қолданылады.

Престеу және жабдық талаптары: Жасырын шығындар

Жұмсақ болаттан жоғары беріктіктегі болатпен престеу автомобиль қолданбаларына өту тек мықтырақ матрицаларды ғана емес, сонымен қатар толық кәсіпорын тексерісін талап етеді.

Тонналық көбейткіш

Материалдың беріктігі оны деформациялау үшін қажет күшпен тура пропорционал. Инженерлер үшін жалпы ереже — DP800-ді престеу шамамен екі есе көп тоннажды hSLA 50XF-тің бірдей бөлшек геометриясы үшін. Жұмсақ болат үшін жеткілікті болатын механикалық престер жиі осындай маркаларды өңдеген кезде штоктың төменгі жағында тоқтап қалады немесе энергия сыйымдылығын жоғалтады.

Снэп-турғыдан өту соққысын басқару

Жоғары беріктікті болаттарды (HSS) штамптаудың ең зиянды құбылыстарының бірі — «снэп-турғыдан өту» немесе теріс тоннаждық күш. Жоғары беріктікті заготовка сынған кезде (кесілген кезде), жиналған потенциалдық энергия лездей босап шығады. Бұл престің конструкциясы арқылы қатты соққы толқынын жібереді және тірегіш тягрлар мен подшипниктерге олар үшін есептелмеген созылу/сығылу циклдарын тудырады. Снэп-турғыдан өту құбылысын азайту үшін жиі гидравликалық демпферлер қажет немесе престің жылдамдығын төмендету қажет, бұл өнімділікті төмендетеді.

Беру желісін жаңарту

Катушканы беру жүйесі жиі назардан тыс қалатын тар орын болып табылады. Жұмсақ болатқа арналып жасалған стандартты түзеткіштер жоғары беріктікті материалдардан катушканың иілуін тиімді түрде жоя алмайды. ЖББ-ны өңдеу мыналарды қажет етеді:

• Кіші диаметрлі жұмыс валдары: Материалды қаттырақ иілу үшін.
• Жақынырақ орналасқан валдар: Жеткілікті айнымалы кернеу түсіру.
• Үлкен тірек валдар: Жұмыс валдарының қатты қысым астында иілуін болдырмау үшін.

Процестің қиыншылықтары: Жылу, Тозу және Пішінделу

Шығын беру кедергісі артқан сайын пішіндеу физикасы радикалды өзгереді. Үйкеліс едәуір көп жылу туғызады, ал қате жіберуге мүмкіндік терезесі тараяды.

Жылу жиналуы мен үйкеліс

Тегістеуде энергия жоғалмайды, ол жылуға айналады. Саланың деректері бойынша, 2 мм шамалы болатты пішіндеу матрица бұрышында шамамен 120°F (50°C) температура туғызуы мүмкін, ал DP1000-ді пішіндеу температураны 210°F (100°C) немесе одан жоғары деңгейге көтеруі мүмкін. Бұл жылулық секіріс стандартты сұйық майлау заттарының ыдырауына әкеліп соғады, нәтижесінде тікелей металл-металмен жанасу пайда болады.

Құралдың тозуы мен бітелуі

Қатты болаттарды пішіндеу үшін қажет болатын жоғары контактілік қысымдар құралдың тез тозуына әкеледі. «Жабысу» — бұл жапырақ материалдың құралға жабысып қалуы — жиі кездесетін істен шығу түрі. Бір құрал жабыса бастаса, бөлшектің сапасы төмендейді. Зерттеулер жүргізілген дәлелдерге сәйкес, тозған құралдар DP мен TRIP маркалы болаттардың тесікке дейінгі ұлғаю мүмкіндігін (шетінің созылуының өлшемі) 50%-ға дейін азайтуы мүмкін, ол фланец операциялары кезінде шетінің жарылуына әкеледі.

Дұрыс серіктесті таңдау

Осындай күрделіліктерді ескере отырып, дұрыс жабдық портфеліне ие өндірістік серіктесті таңдау өте маңызды. Shaoyi Metal Technology сияқты өндірушілер автомобильдің құрылымдық бөлшектерінің жоғары тоннаждық талаптарын ескере отырып, 600 тоннаға дейінгі дәлме-дәл престік мүмкіндіктерді ұсыну арқылы осы саңылауды жабады. Олардың IATF 16949 сертификаты қатты болаттар үшін қажет болатын қатаң процестік бақылауларды — прототиптен массалық өндіріске дейінгі — қатаң сақтауын қамтамасыз етеді.

Пружинирование: Дәлдіктің негізгі қауіп-қатері

Созылу процесінің соңында пісіру күштері жойылған кезде бөлшек тәжірибе жүзінде өткізетін геометриялық өзгеріс. Жоғары беріктік болаттар үшін бұл негізгі сапа шақырысы.

Серпімді қалпына келудің физикасы

Серпімді қалпына келу материалдың ағу шегіне пропорционал. AHSS-ның ағу шегі жұмсақ болаттың көрсеткішінен 3–5 есе жоғары болғандықтан, серпімді қалпына келу де пропорционалды түрде күштірек болады. Жұмсақ болатта елемей кетуге болатын бүйір қабырғаның иілуі немесе бұрыштық өзгеріс DP600 болатында толеранттылықтың айқын бұзылуына алып келеді.

Моделдеу міндетті

Тәжірибе мен қате әліппе қолданылатын әдіс емес. Қазіргі заманның құралдарын жобалау алдын-ала болат кесілмеден бұрын серпімді қалпына келуді болжау үшін күрделі модельдеу бағдарламаларына (мысалы AutoForm ) сүйенеді. Бұл «Сандық процесс серіктері» инженерлерге шиеленісті шешу стратегияларын — мысалы, артық иілу немесе материалды орын ауыстыру — виртуалды түрде сынауға мүмкіндік береді. Өнеркәсіптің қазіргі стандарты — бақылау машинасы үшін «жел сепкіш» бетін жасау үшін бағдарламада толық серпімді қалпына келу компенсация циклін жүргізу.

Болашақтағы тенденциялар: Қыздырып құю және бірнеше бөлшекті интеграциялау

Қауіпсіздік стандарттары дамыған сайын, саланың ең маңызды қолданбалары үшін суық құюдан тыс жолдар ізделуде.

Ыстық тегістеу (пресс арқылы қатайту)

Тартылыс беріктігі 1500 МПа-дан жоғары болатын А-бағандар мен В-бағандар сияқты бөлшектер үшін суық құю жиі мүмкін емес. Шешім — бор қосылған болатты (мысалы, Usibor) шамамен 900°C-қа дейін қыздырып, жұмсартып пішіндеу және кейіннен сумен салқындатылатын матрицада бекіту арқылы жылумен құю. ішінде бұл процесс өте берік бөлшектерді және шынымен серпімсіз пішіндеу нәтижесін береді.

Лазерлік пісірілген заготовкалар (LWB)

Изгілдер сияқты ArcelorMittal лазерлік пісірілген заготовкаларды қолданып, бірнеше бөлшекті интеграциялауды (MPI) насихаттайды. Пішіндеуге дейін әртүрлі маркалы болаттарды (мысалы, жұмсақ терең тартылатын марка мен қатты UHSS маркасын) бір заготовкаға лазерлік пісіру арқылы инженерлер бөлшектің белгілі аймақтарының өнімділігін реттей алады. Бұл жалпы бөлшек санын азайтады, жинау кезеңдерін жояды және салмақ таралуын оптимизациялайды.

Қорытынды: Жеңілдету шеберлігіне апарадын жол

Жоғары беріктік болатын автомобиль өндіру процестерін меңгеру енді тек қана бәсекеге қабілеттілік емес, сонымен қатар Tier 1 жеткізушілері үшін базалық талап болып табылады. Жұмсақ болаттан AHSS және UHSS-қа өту өндірістік мәдениеттің өзгеруін талап етеді — эмпирикалық «сынақ» әдістерінен деректерге негізделген, симуляцияға негізделген инженерияға көшу.

Осы саладағы сәттілік үш бағанға негізделеді: жоғары тоннажды және соққыны ұстай алатын мықты жабдық жоғары тоннажды және соққыны ұстай алатын мықты жабдық; серпімділікті болжау және компенсациялау үшін алдын ала моделдеу беріктік пен пішінделушілік арасындағы тепе-теңдікті қамтамасыз ету үшін; материалдар бойынша экспертиза автомобильдердің конструкциялары әлдеқайда жеңілірек және қауіпсіз болуын қамтамасыз ету мақсатында дамыта түскен сайын, осындай қиын материалдарды тиімді түрде штамптау қабілеті автомобиль өндірісінің келесі ұрпағының лидерлерін анықтайтын болады.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Автомобиль штампылау үшін ең жақсы металл қандай?

Бірден-бір «ең жақсы» металл жоқ; таңдау нақты қолданылуына байланысты. HSLA жалпы конструкциялық бөлшектер үшін құны мен беріктігінің тепе-теңдігіне байланысты өте жақсы. Екі фазалы (DP) болат жолдар мен көлденең құрылымдар сияқты соққыға байланысты бөлшектер үшін жоғары энергияны жұту қабілетіне байланысты жиі қолданылады. Сыртқы панельдер (бамперлер, капоттар) үшін бетінің сапасын және шарға төзімділікті қамтамасыз ету мақсатында жұмсақ Пісіру арқылы қатайтатын (BH) болаттар қолданылады.

2. Жоғары беріктіктегі болаттан жасалған автомобиль бөлшектерін жөндеуге бола ма?

Әдетте, жоқ. Ерекше жоғары берікті болат (UHSS) немесе қысым арқылы қатайтылған борлы болаттан жасалған бөлшектерді жөндеуге, қыздыруға немесе бөліктерге бөлуге болмайды. Дәнекерлеу немесе түзету кезінде пайда болатын жылу нақты мүкендеп жасалған микрокристалдық құрылымды бұзып, бөлшектің соққы кезіндегі қауіпсіздік қабілетін қатты төмендетеді. Өндірушінің нұсқаулығы бұл компоненттерді толығымен ауыстыруды талап етеді.

3. HSLA мен AHSS арасындағы негізгі айырмашылық қандай?

Негізгі айырмашылық олардың микрокристалдық құрылымы мен беріктікті арттыру механизмінде жатыр. HSLA (Жоғары беріктіктегі төмен қоспалы) бірфазалы ферриттік құрылымда беріктікті арттыру үшін шағын қоспа элементтерді (ниобий сияқты) пайдаланады. AHSS (Жоғары беріктікпен қосылған болат) күрделі көпфазалық микрокұрылымдарды (мысалы, DP болатындағы феррит пен мартенсит) пайдаланады және жоғары беріктік пен пішіндеуге бейімділіктің HSLA-ның қол жеткізе алмайтын деңгейін қамтамасыз етеді.