Автомобиль бөлшектерін ыстық немесе суық шабу: Инженерлік шешім қабылдау нұсқаулығы

ҚЫСҚАША

Автомобиль бөлшектері үшін ыстық және суық таңбалауды таңдау негізінен тартылу күші , геометриялық күрделілік және өндіріс құны ыстық таңбалау (престе қатайту) А-тірегі мен есік сақиналары сияқты қауіпсіздіктің маңызды «ақ корпус» элементтері үшін өнеркәсіптік стандарт болып табылады, бор құрамындағы болатты 950°C дейін қыздырып, серпімділік қалдығы жоқ, әлсіз цикл уақытымен (8–20 секунд) 1500 МПа-дан жоғары беріктікке қол жеткізеді. Суық таңбалау шасси мен конструкциялық бөлшектерді жоғары көлемде өндіруде тиімділіктің негізгі факторы болып табылады, ол төмен энергиялық шығындар мен жоғары өндіріс жылдамдығын ұсынады, бірақ қазіргі заманғы 1180 МПа-дық Жоғары беріктікті болаттарды (AHSS) пішіндеу кезінде серпімділік қалдығы мәселесін бастан өткереді.

Негізгі механизм: жылу мен қысым

Инженерлік деңгейде бұл екі процесс арасындағы айырмашылық — бұл қайта кристалдану температурасы металлдың бұл жылулық порогі деформация кезінде болаттың микрқұрылымы өзгеретінін немесе тек механикалық кернеу арқылы қатайтынатынын анықтайды.

Изгі сурет басу , сонымен қатар престеу арқылы қатайту деп те белгілі, формалау алдында бос фрагментті оның аустениттену температурасының (әдетте 900–950°C) жоғарысына дейін қыздыруды қажет етеді. Негізгісі — формалау мен суық суыту престік сумен салқындайтын матрицада бір уақытта жүреді. Бұл тез суыту болаттың микрқұрылымын феррит-перлиттен мартенсит болаттың ең қатты фазасына айналдырады. Нәтижесінде престен жұмсақ және иілгіш болып кірген бөлшек, өте жоғары беріктіктегі қауіпсіздік экраны ретінде шығады.

Соңғы басқару бөлме температурасында (рекристалдану нүктесінің существенно төменінде) жүреді. Ол негізделген пластикалық қатайту (немесе күшейту), мұнда пластиктік деформация өзі кристалдық торды ығыстырып, беріктікті арттырады. Қазіргі заманғы суық тегістеу престері — әсіресе серво және тасымалдау жүйелері — үлкен күш (3000 тоннаға дейін) түсіре алады, бірақ материалдың пішінделуі оның бастапқы созылуымен шектеледі. Материал күйін жылу арқылы «қайта орнататын» ыстық тегістеуге қарсы, суық тегістеу металдың бастапқы пішініне қайтуға бейімділігімен күресуі керек, бұл құбылыс серпінді қайту деп аталады.

Ыстық тегістеу (пресс арқылы қатайту): Қауіпсіздік торының шешімі

Ыстық тегістеу автомобильдің «қауіпсіздік торы» атауына ие болды. Шығарындылар нормалары жеңілдетуді талап етсе де, соққыдан қорғау стандарттары қатаңдаса, OEM-дер отыратындардың қауіпсіздігін қамтамасыз етпейтін жұқа, бірақ берік бөлшектерді шығару үшін престе қатайтуға жүгінеді.

Процесс: Аустениттену және салқындату

Бұл процесс үшін стандартты материал 22MnB5 борлы болат . Процесс жолы ерекше және энергия сыйымды:

1. Жылу: Бос жұмыс бетілері шамамен 950°C-ға дейін қыздыру үшін роликті-оттақ пеш арқылы (жиі 30 метрден астам) жылжиды.
2. Тасымалдау: Роботтар ашық айналатын бос жұмыс бетін суып кетуді болдырмау үшін шапшаң әрекетпен (<3 секунд ішінде) престеу құрылғысына жылжытады.
3. Пішіндеу және салқындату: Қалып жабылады, бұйымды пішіндеп қана қоймайды, сонымен қатар оны >27°C/с жылдамдықпен салқындатады. Цикл уақыты үшін тар орын болып табылатын осы қалыптағы «ұстау уақыты» (5–10 секунд).

«Нөлдік серпім» артықшылығы

Ыстықтан қалыптау процесінің негізгі артықшылығы — өлшемдік дәлдік. Бұйым ыстық және пластикалы күйде пішінделіп, мартенситті түрлену кезінде пішіні «мұздатылады», сондықтан шын мәнінде серпім болмайды . Бұл бір бөлшектен тұратын есік сақиналары немесе күрделі В-бағандар сияқты күрделі геометрияларды жасауға мүмкіндік береді, ал оларды суықтай өңдеген кезде айқын бүліну немесе сынғыштық болмаса-ақ мүмкін емес болар еді.

Типілік қолданулар

• А-бағандар мен В-бағандар: Аударылу кезінде қорғау үшін маңызды.
• Шатыр рельстері мен есік сақиналары: Бірнеше бөлшектерді жоғары беріктікке ие жалғыз компоненттерге біріктіру.
• Бамперлер мен соққылық арқалықтар: Жиі 1,200 МПа-дан жоғары болатын ағу беріктігін талап етеді.

Суық тегістеу: Тиімділіктің негізгі құралы

Қызумен тегістеу соңғы беріктік пен күрделілік жағынан алда болса да, суық тегістеу көлемдік тиімділікте және жұмыс істеу шығындары басымдық танытады. Гигапаскаль деңгейіндегі күрделі, терең тартылу геометриясын талап етпейтін бөлшектер үшін суық тегістеу экономикалық тұрғыдан тиімді таңдау болып табылады.

Үшінші буындың AHSS технологиясының дамуы

Тарихи тұрғыдан суық тегістеу жұмсақ болаттармен шектеліп келді. Дегенмен, жаңа 3-ші буынның жетілдірілген жоғары беріктік болаттары (AHSS) , мысалы, суық қатырып бөлу (QP980) немесе TRIP-тың көмегімен баинитті феррит (TBF1180), айырманы жояды. Бұл материалдар суық тегістеу бөлшектеріне 1,180 МПа немесе тіпті 1,500 МПа шейінгі созылу беріктігіне жетуге мүмкіндік береді, бұрын ыстық тегістеуге ғана қалдырылған аймаққа енуіне әкеледі.

Жылдамдық пен инфрақұрылым

Суық тегістеу желісі әдетте прогрессивті немесе тасымалдау матрицаларын пайдаланады және үздіксіз жұмыс істейді. Қатыру процесіне тән тоқта-тоқта жұмыс істеуіне (суық қатыру кезінде күтуге) қарама-қарсы, суық тегістеу престері жоғары жүріс жиілігінде жұмыс істей алады және бөлшектерді секундтың үлесінде шығарады. Пешке қуат беру қажет емес, бұл әр бөлшекке шаққандағы энергия тұтынуын едәуір төмендетеді.

Үлкен көлемді компоненттер үшін осындай пайдалы әсерді пайдалануды қалайтын өндірушілер үшін дұрыс қабілетті тауар өндірушімен серіктестік маңызды. Мысалы Shaoyi Metal Technology прототиптаудан массалық өндіріске өтуге мүмкіндік береді және 600 тоннаға дейінгі престік қуаттылықпен IATF 16949 сертификаты бар дәлме-дәл тегістеуді ұсынады. Күрделі субфреймдер мен бақылау иінтілерімен жұмыс істеу қабілеті заманауи суық тегістеудің қаншалықты қатаң OEM стандарттарын қанағаттандыра алатынын көрсетеді.

Серпімді оралу проблемасы

Суық тегістеуде жоғары беріктік болатының негізгі инженерлік кедергісі — серпімді қалпына келу . Беріктік шегі артқан сайын пішіндеуден кейінгі серпімді оралу да артады. Құрал-жабдық инженерлері металлды одан әрі иілетін, бірақ дәл келетін допусқа «компенсацияланған» матрицаларды жобалау үшін күрделі симуляциялық бағдарламалық жасақтаманы қолдануы керек. Бұл суық AHSS үшін құрал-жабдық жобалауды ыстық тегістеуге қарағанда айтарлықтай қымбат және итерациялы етеді.

Негізгі салыстыру матрицасы

Сатып алушылар мен инженерлер үшін шешім көбінесе өнім көрсеткіштері мен өндіріс экономикасы арасындағы тікелей алмастыруға негізделеді. Төмендегі кестеде автомобиль қолданбалары үшін жалпы келісім көрсетілген.

Технологиялық бірігу: Айырма тұйықталуда

«Ыстық» және «суық» дегендің арасындағы екідік айырмашылық бұрынғыдай қатаң емес. Әрбір үдерістің кемшіліктерін жоюға бағытталған жаңа технологиялар пайда болу арқасында өнеркәсіпте бірігу байқалады.

• Престеу арқылы салқындатылған болаттар (PQS): Бұлар — ыстық шөмілу үшін құрастырылған, бірақ толығымен морт болатын мартенситке қарсы түрде серпімділікті сақтайтындай етіп жасалған гибридті материалдар. Бұл бір бөлшек ішінде әртүрлі қасиеттерді қамтамасыз етеді — соққы аймағында қатты, ал энергияны жұту үшін жаншылу аймағында серпімді болады.
• Суықтан пішінделетін 1500 МПа: Болат өндірушілер суықтан пішіндеуге болатын мартенситтік маркаларды (MS1500) енгізуде, олар пешті қолданбай-ақ ыстық шөмілген болат деңгейіндегі беріктікті қамтамасыз етеді. Дегенмен, бұлардың пішінделу қабілеті өте шектеулі болғандықтан, қазіргі уақытта олар тек рульдәукілдегі панельдер немесе бампер арқалықтары сияқты қарапайым пішіндерге ғана шектеледі.

Соңында, шешім матрицасы геометрия егер бөлшек күрделі пішінге ие болса (терең созу, қатаң радиустар) және 1000 МПа-дан жоғары беріктікті талап етеді, ыстық таспа көбінесе жарамды нұсқа болып табылады. Егер геометрия қарапайым болса немесе беріктік талабы 1000 МПа-дан төмен болса, суық таспа маңызды үнемдеу мен жылдамдық артықшылығын ұсынады.

Қорытынды: Дұрыс процесті таңдау

"Ыстық немесе суық" талқылауы бір процестің дамығырақ болуы туралы емес, көлік архитектурасындағы компоненттің қызметіне өндіру әдісін сәйкестендіру туралы. Ыстық таспа қауіпсіздік торының танымал патшасы болып қала береді — жоғары беріктіктегі күрделі құрылымдық тіреулер арқылы жолаушыларды қорғау үшін маңызды. Сәтсіздік мүмкін емес жерде ол премиум шешім болып табылады.

Керісінше, суық штамптеу автомобильдің массалық өндірісінің негізі болып табылады. Оның 3-ші буын AHSS материалдарымен дамуы оны структуралық міндеттердің артуын өтеуге мүмкіндік береді және престі қатайту цикл уақытының қажеттілігінсіз жеңілдету пайдасын әкеледі. Сатып алу командалары үшін стратегия анық: күрделі, бұзуға төзімді қауіпсіздік бөлшектері үшін ыстық штамптеуді көрсетіңіз және бағдарлама шығындарын бәсекеге қабілетті ұстау үшін басқа барлық үшін суық штамптеуді максималдандырыңыз.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Ыстық және суық штамптеу арасындағы айырмашылық неде?

Негізгі айырмашылық температура мен материалдың түрленуінде жатыр. Изгі сурет басу микроқұрылымын өзгерту үшін (~950°C дейін) металды қыздырады (мартенситті құру), серпімділік болмастан күрделі, өте жоғары беріктіктегі бөлшектердің пішінделуіне мүмкіндік береді. Соңғы басқару жоғары қысымды қолданып, бөлшектің қатайуына сүйеніп, бөлшекті қалыпты температурада пішіндіреді. Ол тезірек және энергияны тиімдірек пайдаланады, бірақ жоғары беріктіктегі маркаларда серпімділік пен төмен формалану қабілеті шектеулі.

2. Автомобильдің A-бағаналары үшін неге ыстық штамптеу қолданылады?

A-бағандары өзара біріктірудің ерекше түрін талап етеді күрделі геометрия (көлік конструкциясы мен көру сызықтарына сәйкес келу үшін) және ерекше беріктік (аударылып түскен кезде шатырдың құлауын болдырмау үшін). Қыздыру таспасы 22MnB5 болатын күрделі пішіндерді 1500 МПа-дан астам созылу беріктігімен пісіруіне мүмкіндік береді, ал салқындатылған таспа трески немесе айқын бұрмалау болмайтындай жоғары беріктікке жеткізуге қабілетсіз.

3. Салқындатылған таспа ыстық таспадан әлсіз бөлшектер жасайды ма?

Әдетте, иә, бірақ айырма азая бастады. Дәстүрлі салқындатылған таспа күрделі бөлшектер үшін әдетте 590–980 МПа шамасында шектеледі. Алайда, заманауи 3-ші ұрпақ AHSS (Жоғары беріктіктегі болаттың жетілдірілген түрлері) салқындатылған таспаларды қарапайым пішіндерде 1180 МПа немесе тіпті 1470 МПа-ға дейін жеткізуге мүмкіндік береді. Дегенмен, ең жоғары беріктік деңгейі (1800–2000 МПа) үшін ыстық таспа – бұл жалғыз коммерциялық шешім.