Plieno rūšių pasirinkimas automobilių stampavimui: inžineriniai kriterijai

TRUMPAI

Optimalių plieno rūšių parinkimas automobilių stampavimui reikalauja tikslaus balanso tarp trijų konkuruojančių kintamųjų: formuojamumo (plastiškumas), mechaninės stiprumo (atkirtis/tempiamas) ir gamybos kainos. Nors žemo anglies turinio plienai, tokie kaip SAE 1008, iki šiol yra standartas matomoms korpuso plokštėms dėl jų puikaus paviršiaus apdorojimo, šiuolaikinės saugos reikalavimai priverčia pramonę naudoti didelio stiprumo mažo lydinio (HSLA) ir pažangius didelio stiprumo plienus (AHSS) konstrukciniam vientisumui užtikrinti. Sėkminga medžiagos parinktis priklauso nuo kompromiso supratimo tarp metalo gebėjimo temptis nesuskilstant ir jo sugebėjimo sugerti smūgio energiją.

Svarbiausi parinkimo veiksniai: inžineriniai kriterijai

Prieš nustatant klasę, inžinieriai turi įvertinti medžiagos mechanines savybes atsižvelgdami į detalės geometriją ir funkciją. Automobilių štampavime visuotinai pripažinta pagrindinė kompromiso sritis: didėjant stiprumui, formuojamumas paprastai mažėja. Šis atvirkštinis ryšys lemia, kad giliai traukiamoms detalėms reikia teikti pirmenybę pratęsimui, o saugiai kritinėms detalėms – tempimui.

Pagrindiniai štampuojamų medžiagų našumo rodikliai apima:

• Takumo stipris prieš tempimo stiprį: Takumo stipris nustato tamprumo deformacijos ribą, o tempimo stipris apibrėžia lūžio tašką. Konstrukciniams elementams aukštas takumo taškas yra būtinas, kad būtų išvengta nuolatinės deformacijos veikiant apkrovai.
• Pratęsimas (n-reikšmė): Plastiškumo kietėjimo rodiklis (n-reikšmė) rodo, kaip gerai plienas pasiskirsto apkrovoje. Aukštesnės n-reikšmės leidžia sudaryti sudėtingesnes formas be lokalizuoto storio sumažėjimo ar plyšimų.
• Anizotropija (r-reikšmė): Tai matuoja medžiagos atsparumą plonėjimui. Aukšta r-reikšmė yra būtina giliam formavimui, pvz., alyvos karteriams ar dujų bakams.

Svarbi taip pat ir sąnaudų efektyvumas. Nors pažangios rūšys leidžia sumažinti svorį, dažnai reikalingos didesnės talpos presai ir brangesnės įrankių dengimo dangos, kad būtų galima valdyti padidėjusį dilimą. Pagal Worthy Hardware , šių parametrų supratimas yra pirmasis žingsnis siekiant išvengti brangių gamybos gedimų, tokių kaip plyšimai ar pernelyg didelis tamprusis grįžtamas deformacijos pokytis.

Standartinės anglinio plieno rūšys (darbiniai arkliukai)

Angliniai plienai iki šiol lieka automobilių pramonės pagrindu, sudarydami didelę bendro transporto priemonės masės dalį. Šios rūšys klasifikuojamos pagal anglies kiekį, kuris tiesiogiai veikia jų kietumą ir plastiškumą.

Žemo anglies kiekio ir minkštas plienas (SAE 1008, 1010)

Žemo anglies kiekio plienai, dažnai vadinami minkštaisiais plienais, paprastai turi mažiau nei 0,25 % anglies. Tokios rūšys kaip SAE 1008 ir SAE 1010 yra pramonės standartas matomoms „A klasės“ paviršiaus detalėms, tokioms kaip sparnai, dangčiai ir durelių skydai. Jų didelis plastiškumas leidžia juos išspaudžiant formuoti į sudėtingas, sklandžias kreives nesutrūkinėjant. Be to, jie lengvai suvirinami ir dažomi, todėl yra idealūs karkaso surinkimui (BIW).

Vidutinio ir aukšto anglies plienas (SAE 1045, 1095)

Didėjant anglies kiekiui, plienas tampa kietesnis ir stipresnis, tačiau žymiai mažiau formuojamas. Vidutinio anglies kiekio rūšys, tokios kaip SAE 1045 naudojamos detalėms, reikalaujančioms didesnio atsparumo dilimui, pavyzdžiui, pavaroms ar tvirtinimo elementams. Aukšto anglies kiekio plienai, tokie kaip SAE 1095 , geriausiai tinka aplikacijoms, reikalaujančioms itin didelio kietumo ir formos išlaikymo, pavyzdžiui, spyruoklėms ar segtuvams. Talan Products pastebima, kad nors šios rūšys siūlo geresnį ilgaamžiškumą, jos sudaro sunkumų spaudimui, dažnai reikalingos kelios formavimo pakopos arba terminis apdorojimas.

Aukštos stiprumo ir pažangių plienų (HSLA ir AHSS)

Norėdami laikytis griežtesnių degalų vartojimo standartų ir saugos nuo susidūrimų taisyklių, automobilių inžinieriai vis dažniau naudojasi aukštos stiprybės mažo stiprumo plienais (HSLA) ir pažangiomis aukštos stiprumo plienais (AHSS). Šios medžiagos leidžia gamintojams naudoti plonesnius gabalus (įskaičiuoti) svorio mažinimui, nepažeidžiant konstrukcijos vientisumo.

HSLA plienai jie pasiekia stiprumą mikro lydiniais elementais, tokiais kaip vanadiumas ar niobis. Jie plačiai naudojami šasijos komponentams, pakabos rankoms ir stiprinimams. AHSS , įskaitant dvigubos fazės (DP) ir transformacijos indukcinio plastiškumo (TRIP) plienas, siūlo dar agresyvesnį stiprumo ir svorio santykį, kurio traukos stiprumas dažnai viršija 800 MPa.

Šių medžiagų apdorojimas reikalauja specializuotų gebėjimų. Didesnis stipris sukelia reikšmingą „atšokimą“ – metalo polinkį grįžti į pradinę formą po išspaudimo. Tai kompensuoti reikalingas pažangus įrankių projektavimas ir patvarios presų linijos. Sudėtingiems konstrukciniams komponentams, tokiems kaip valdymo svirtys ar rėmai, būtina bendradarbiauti su gamintoju, gebančiu susidoroti su didelėmis apkrovomis. Įmonės, tokios kaip Shaoyi Metal Technology naudoja IATF 16949 sertifikuotas tikslumo technologijas ir iki 600 tonų spaudimo pajėgumus, kad efektyviai gamintų šiuos kritiškai svarbius saugos komponentus.

Atsparūs korozijai ir nerūdijantys variantai

Komponentams, veikiamiems sunkių sąlygų, pvz., išmetimo sistemoms ar išorinėms detalėms, korozijos atsparumas tampa lemiamu veiksniu. Nors cinkavimas (cinko danga) apsaugo anglies plieno kūgo plokštes, kai kurios aplikacijos reikalauja nerūdijančio plieno būdingų savybių.

Feritinis nerūdijantis plienas (400 serija): 409 klasė yra pagrindinis pasirinkimas automobilių išmetimo sistemoms. Ji siūlo pakankamą atsparumą korozijai žemesne kaina nei 300 serija ir atspari oksidacijai aukštose temperatūrose. Ji yra magnetinė ir turi vidutinį formavimo lygį.

Austenitinė nerūdijanti plienas (300 serija): 304 klasė užtikrina geresnį atsparumą korozijai bei neturi magnetinių savybių, estetiškai patrauklų paviršių. Pagal Larson Tool and Stamping , ši klasė yra pageidaujama dekoratyvinėms detalėms, ratų dangteliams ir daliams, kuriose rūdijimas nepriimtinas. Tačiau ji brangesnė ir linkusi į darbo sukietėjimą, kas gali apsunkinti presavimo procesą.

Taikymo pritaikymas: kuri klasė tinka kuriai daliai?

Teisingos medžiagos pasirinkimas galiausiai priklauso nuo detalės vietos ir paskirties automobilio konstrukcijoje. Ši sprendimų matrica padeda supaprastinti atrankos procesą:

• Matomi išoriniai (apvalkalai): Pirmenybė teikiama paviršiaus kokybei ir formuojamumui. Panaudojimas: Žemo anglis / IF plienai / Kepimo sukietėjimo plienas.
• Saugumo narve (pylnės, stogo reljefai): Pirmenybė - energijos absorbcija ir avarijos apsauga. Panaudojimas: Dvigubos fazės (DP) arba borinio plieno (karštojo stabdymo)
• Chasija ir pakaba: Pirmenybė teikiama pavargimo stiprumui ir ilgaamžiškumui. Panaudojimas: HSLA 350/420.
• Išmetamųjų ir šilumos skydas: Pirmenybė teikiama šilumos ir korozijos atsparumui. Panaudojimas: Nešluostinis 409 arba aliuminio plienas.

Suvienodindami medžiagų savybes su konkrečiais streso ir aplinkos sąlygomis, inžinieriai gali užtikrinti ilgaamžiškumą ir veiksmingumą, tuo pačiu kontroliuojant gamybos išlaidas.

Plieno atrankos strategijų santrauka

Pereinant nuo paprastų mažai legiruotų plienų prie sudėtingų daugiapjūčių lydinių, atsiranda šiuolaikinės automobilių inžinerijos raida. Sėkmingi išspaudimo projektai priklauso ne tik nuo medžiagos rūšies pasirinkimo iš lentelės, bet ir nuo viso komponento gyvavimo ciklo analizės – nuo presavimo linijos iki susidūrimo bandymų laboratorijos. Ar tai būtų elektromobilių lengvatikio konstrukcijos optimizavimas, ar komercinių sunkvežimių patvarumas, tinkama plieno rūšis yra automobilių saugumo ir efektyvumo pagrindas.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kuo skiriasi HSLA ir mažai legiruotas plienas išspaudžiant?

HSLA (aukštos stiprybės mažai legiruotas) plienas yra žymiai stipresnis už mažai legiruotą plieną dėl legiruojančių elementų pridėjimo, todėl galima naudoti plonesnes, lengvesnes detalias. Tačiau HSLA mažiau formuojamas ir turi didesnį tamprųjį grįžimą, reikalinga didesnė jėga ir tikslus įrankių kompensavimas, palyginti su minkštu, plastišku mažai legiruotu plienu, naudojamu giliai ištraukiamiems kūno skydams.

2. Kodėl automobilių kūno skydams naudojamas SAE 1008?

SAE 1008 yra pageidautinas dėl puikios formuojamumo ir paviršiaus apdorojimo kokybės. Dėl žemo anglies kiekio jis gali būti ištemptas į sudėtingas, lygias formas be plyšimų, taip pat užtikrina nuoseklų paviršių dažymui, kas yra svarbu automobilio išorės vizualinei patraukliai.

3. Ar nerūdijantis plienas gali būti naudojamas automobilių konstrukciniams dalinams?

Nors nerūdijantis plienas yra nepaprastai stiprus ir atsparus korozijai, palyginti su AHSS ar HSLA, jis paprastai yra per brangus plačiai naudoti saugos karkase. Jis dažniausiai naudojamas išmetimo sistemose (dėl didelio karščio atsparumo) ir dekoratyviniame apdailos elemente (dėl korozijos atsparumo), nors kai kuriose specializuotose aukštos našumo programose jis gali būti naudojamas konstrukcijai.