TRUMPAI

The boro plieno karšto formavimo procesas (dar žinomas kaip presavimo kietinimas) yra terminis formavimo metodas, kuris transformuoja mažaangį borą turintį plieną – paprastai 22MnB5 – iš feritinės-perlitinės mikrostruktūros (~600 MPa) į visiškai martensitinę būseną (~1500 MPa). Ši transformacija pasiekiama šildant заготовку iki austenitinimo temperatūrų ( 900–950°C ) ir toliau formuojant bei aušinant ją vandeniu aušinamame įrante greičiais, viršijančiais 27°C/s . Procesas leidžia gaminti sudėtingus, lengvus automobilių komponentus su ultraaukštu stiprumu ir be atsitraukimo, tokius kaip B stulpeliai ir stogo skersiniai.

Karšto formavimo fizika: tiesioginis ir netiesioginis metodai

Karštas formavimas nėra vientisas procesas; jis klasifikuojamas į du skirtingus metodus – Tiesioginis ir Netiesioginė —apsibrėžia, kada formavimas vyksta lyginant su šiluminiu ciklu. Suprasti šį skirtumą yra būtina technologams, parenkantiems įrangą specifinėms detalės geometrijoms.

Tiesioginis karštas presavimas

Tiesioginis metodas yra pramonės standartas daugumai konstrukcinių detalių dėl jo efektyvumo. Šioje sekos eigoje plokščias ruošinys iš pradžių yra įkaitinamas krosnyje iki maždaug 900–950°C kad būtų pasiekta homogeniška austenitinė struktūra. Karštas ruošinys tada greitai (paprastai per mažiau nei 3 sekundes) perkeliamas į presą, kuriame jis tuo pačiu metu formuojamas ir aušinamas vėsinamame įrankyje. Šis metodas yra ekonomiškas, tačiau ribojamas medžiagos formuojamumo aukštoje temperatūroje; labai dideli įtempimo gyliai gali sukelti plonėjimą ar įtrūkimus.

Netiesioginis karštas presavimas

Detalėms, turinčioms itin sudėtingas geometrijas, kurios viršija plieno karšto formavimo ribas, naudojamas netiesioginis metodas. Šiuo atveju ruošinys yra šaltai formuojamas iki beveik galutinės formos (90–95 % baigta) prieš kaitinimą. Iš anksto suformuota detalė tada austenizuojama specialioje krosnyje ir perkeliam į presą galutiniam kalibravimui ir aušinimui. Nors tai leidžia sudėtingesnes formas, žymiai padidėja ciklo trukmė ir kapitalo investicijos dėl papildomo šaltojo štampavimo etapo bei 3D formos krosnies tvarkymo sistemų reikalingumo.

Metalurginis virsmas: 22MnB5 pavertimas martensitu

Karo štampavimo esmė slypi mikrostruktūrinėje fazės transformacijoje 22MnB5 plieno. Pristatytas būvis, šis boru legiruotas plienas turi feritinę-perlitinę mikrostruktūrą, kurios takumo riba yra apie 350–550 MPa, o tempimo stipris maždaug 600 MPa. Proceso inžinerija nukreipta į trys pagrindinius kintamuosius, kurie keičia šią struktūrą.

1. Austenitizacija

Plieną reikia pašildyti aukščiau viršutinės kritinės temperatūros (Ac3), paprastai apie 850 °C , nors proceso nustatymo taškai dažnai svyruoja nuo 900 °C iki 950 °C kad būtų užtikrinta visiška transformacija. Išlaikymo metu (paprastai 4–10 minučių, priklausomai nuo storio ir krosnies tipo) anglis patenka į tirpalą kietojoje fazėje, sukuriant austenitą. Ši centruoto paviršiaus kubinė (FCC) struktūra yra plastiška, leidžianti sudėtingą formavimą mažesne jėga, palyginti su šaltuoju kalavijavimu.

2. Boros ir aušinimo greičio vaidmuo

Boras pridedamas prie lydinio (0,002–0,005 %), kad būtų specialiai sulėtinta ferito ir perlitų susidarymas aušinant. Šis kietėjimą skatinantis priedas leidžia plieną ausinti priimtinu greičiu – paprastai >27 °C/s (kritinis aušinimo greitis) – kad bainito kreivės nosis būtų aplenkta ir medžiaga tiesiogiai transformuotųsi į martensitas . Jei aušinimo greitis nukrenta žemiau šio slenksčio, susidaro minkštesnės fazės, tokios kaip bainitas, dėl ko sumažėja galutinė stiprumas.

3. Al-Si dengimo sprendimas

Temperatūroms virš 700 °C atviras plienas greitai oksiduojasi, suformuodamas kietą apnašą, kuris pažeidžia formas ir reikalauja papildomo smėlio šlifavimo po proceso. Siekiant tai sumažinti, pramonės standartinės medžiagos, tokios kaip Usibor 1500P naudoja iš anksto padengtą aliuminio-silicio (Al-Si) danga. Šildymo metu ši danga susijungia su pagrindu, sudarydama Fe-Al-Si difuzinį sluoksnį, kuris neleidžia susidaryti apnašams ir decarbūrizacijai. Ši inovacija panaikina būtinybę naudoti apsaugines krosnyse atmosferas ir atlikti vėlesnius valymo etapus, supaprastinant gamybos liniją.

Gamybos linija: svarbiausi įrenginiai ir parametrai

Įdiegiant karštojo presavimo liniją, reikalinga specializuota įranga, gebanti valdyti didelius terminius gradientus ir aukštą toną. Kapitalo investicijos yra didelės, dažnai reikalingi strateginiai partnerystės susitarimai prototipų gamybai ir pertekliniam gamybos pajėgumui.

• Krosnies technologija: Ritininiai krosnys yra standartas didelės apimties tiesioginiam karščio formavimui. Jos turi išlaikyti temperatūros vienodumą ±5 °C ribose, kad būtų užtikrintos nuolatinės mechaninės savybės. Netiesioginiams procesams ar mažesnėms apimtims gali būti naudojamos kamerinės krosnys. Bendras laikymo laikas priklauso nuo заготовkės storio ir dažniausiai apskaičiuojamas pagal formulę t = (storis × konstanta) + bazinis laikas , dažnai sudarant 4–6 minutes standartinėms skersmenų reikšmėms.
• Hidrauliniai ir servospaudai: Skirtingai nei šaltam formavimui, spaudas turi stabtelėti žemiausiame ėjimo taške, kad detalė būtų prilaikoma prieš atšaldytas formos paviršių. Hidraulinis arba servo-hidrauliniai spaudai yra pageidaujami dėl jų gebėjimo taikyti ir išlaikyti maksimalią tonąžą (dažnai 800–1200 tonų) reikiamą kietinimo laiką (5–10 sekundžių). Bendras ciklo laikas paprastai trunka nuo 10 iki 30 sekundžių.
• Įrankiai ir aušinimo kanalai: Šilumos mainų mašina. Jis turi turėti sudėtingus vidinius aušinimo kanalus (dažnai išgręžtus arba 3D spausdintuvus), kad vanduo cirkuliotų dideliu srautu. Siekiant užtikrinti efektyvų užtemdymą, reikia greitai išgauti šilumą, išlaikant įrankio paviršiaus temperatūrą žemiau 200°C.
• Lazerinis apdailavimas: Kadangi gama yra ~1500 MPa, tradiciniai mechaniniai apdailos strypai beveik akimirksniu nusideda. Todėl lazerio apdaila (paprastai 5 ašinių skaidulų lazeriai) yra standartinis metodas, skirtas po formavimo pjaustyti skyles ir galutinį perimetrą.

Gamintojams, pereinantiems nuo prototipo iki masinės gamybos, šios įrangos grandinės sudėtingumas gali būti kliūtis. Įsipareigojimai Shaoyi Metal Technology visapusiškos spaustukų sprendimai gali užpildyti šią spragą. Jų pajėgumai, įskaitant tikslų spausdinimo darbą iki 600 tonų ir IATF 16949 standartų laikymąsi, suteikia reikiamą inžinerijos infrastruktūrą, kad būtų galima patvirtinti proceso parametrus ir skalės gamybą be nedelsiant didelių kapitalo išlaidų.

Išplėstinės programos: pritaikytos savybės ir minkštos zonos

Šiuolaikinis transporto priemonių saugos projektavimas dažnai reikalauja, kad vienas komponentas turėtų dvi savybes: didelį atsparumą įsilaužimui (kietas) ir didelį energijos absorbciją (švelnus). Karštojo spausdinimo būdu tai galima padaryti per Priderintos savybės .

Švelnios zonos technologija

Inžinieriai, kontroliuodami aušinimo greitį tam tikrose matmenų vietose, gali užkirsti kelią martensito transformacijai tam tikrose vietose. Pavyzdžiui, B stulpelyje gali prireikti visiškai martensitinio viršutinio skersmens (1500 MPa), kad būtų apsaugota keleivio galva, bet minkštesnė, lankstesnė apatinė skersmuo (500700 MPa), kad būtų absorbuojama energija šoninio smūgio metu. Tai pasiekiama izoliuojant konkrečias įrankio dalis arba naudojant šildymo elementus, kad matmenų temperatūra būtų didesnė už martensito pradžios temperatūrą (Ms), todėl vietoje jų būtų galima formuoti bainito arba ferito.

Saldytos antklodės

Kitas metodas - prieš karštojo spausdinimo procesą suvirinti du skirtingus plieno gramus arba storis. Be to, ši informacija gali būti naudojama ir kaip pagrindinė informacija, kad būtų galima nustatyti, ar ši informacija yra pagrįsta. Kai karštojo spausdinimo būdu, boras kietėja, o HSLA pusė pasilieka lankstumą, todėl yra sukurtos dalys, turinčios atskiras veikimo zonas be sudėtingų šildymo sistemų.

Strateginė analizė: privalumai, trūkumai ir išlaidos

Sprendimas taikyti karštojo spausdinimo formą apima sudėtingą sąveiką tarp veiksmingumo ir sąnaudų. Toliau pateiktoje analizėje pabrėžiami pagrindiniai automobilių inžinierių sprendimai.