TL;DR

The boru tērauda karstās štampēšanas process (zināms arī kā spiedizolēšana) ir termiskā veidošanas metode, kas pārveido zemlēguma boru tēraudu—parasti 22MnB5 —no ferīta-perlitu mikrostruktūras (~600 MPa) pilnībā martensīta stāvoklī (~1500 MPa). Šo pāreju sasniedz, загotni sakarsējot līdz austenīta temperatūrai ( 900–950°C ) un pēc tam to formējot un dzesējot ūdeni dzesētā matricā ar ātrumu, kas pārsniedz 27°C/s . Šis process ļauj ražot sarežģītas, vieglas automašīnu detaļas ar ļoti augstu izturību un bez atspraudzes, piemēram, B stabiņus un jumta raiļus.

Karstās štampēšanas fizika: tiešās un netiešās metodes

Karstā štampēšana nav viendabīgs process; to iedala divās atšķirīgās metodēs— Tiešs un Netiešā —definēts pēc tā, kad veidošana notiek attiecībā pret termisko ciklu. Atšķirības izpratne ir būtiska procesu inženieriem, kuri izvēlas aprīkojumu konkrētu detaļu ģeometrijām.

Tiešā karstā štancēšana

Tiešā metode ir nozares standarts lielākajai daļai strukturālo komponentu pateicoties tās efektivitātei. Šajā secībā plakanu заготовку vispirms silda krāsnī līdz aptuveni 900–950°C lai sasniegtu homogēnu austenītisku struktūru. Karsto заготовку pēc tam ātri pārvieto (parasti mazāk nekā 3 sekundēs) uz presi, kur tā tiek vienlaikus veidota un quenchēta dzesētā instrumentā. Šī metode ir izdevīga, taču tās pielietojumu ierobežo materiāla formējamība augstās temperatūrās; ļoti lielas dziļumveidošanas operācijas var izraisīt sienu sabiezēšanu vai plaisas.

Netiešā karstā štancēšana

Detaļām ar ļoti sarežģītām ģeometrijām, kas pārsniedz tērauda karstformēšanas robežas, tiek izmantota netiešā metode. Šeit заготовka tiek aukstā veidā līdz gandrīz galīgajai formai (90–95% pabeigts) pirms sildīšanas. Pēc tam priekšformētā daļa tiek austenitizēta speciālā krāsnī un pārnesta uz presi, lai veiktu galīgo kalibrēšanu un quenching procesu. Lai gan tas ļauj izveidot sarežģītākas formas, tas ievērojami palielina cikla ilgumu un kapitālieguldījumus, jo nepieciešams papildus aukstās stampēšanas posms un 3D formas krāsns apstrādes sistēmas.

Metalurģiskā transformācija: 22MnB5 pārvēršana martensītā

Karstās formēšanas būtība slēpjas mikrostruktūras fāžu pārveidošanā 22MnB5 tēraudā. Sākotnējā piegādātajā stāvoklī šis boru sakausētais tērauds ir ar ferīta-perlitu mikrostruktūru, kuras plūstamības robeža ir aptuveni 350–550 MPa un vilkmes izturība apmēram 600 MPa. Procesa inženierijas uzmanība veltīta trim kritiskiem mainīgajiem lielumiem, lai mainītu šo struktūru.

1. Austenitizācija

Tērauda jāuzsilda virs augšējās kritiskās temperatūras (Ac3), parasti apmēram 850°C , lai gan procesa iestatījumu vērtības bieži svārstās no 900°C līdz 950°C lai nodrošinātu pilnīgu pārveidošanos. Uzturēšanās laikā (parasti 4–10 minūtes atkarībā no biezuma un krāsns tipa) ogleklis veido cieto šķīdumu, radot austēnītu. Šī sejcentrētā kubiskā (FCC) struktūra ir plasta, ļaujot sarežģītu formēšanu ar zemāku tonnāžu salīdzinājumā ar auksto žāvēšanu.

2. Borona un atdzišanas ātrumu loma

Borons tiek pievienots sakausējumam (0,002–0,005%), konkrēti, lai aizkavētu ferīta un perlitu veidošanos atdzišanas laikā. Šis cietināmības aģents ļauj tēraudam izkalt ar pārvaldāmu ātrumu — parasti >27°C/s (kritiskais atdzišanas ātrums) — lai izvairītos no bainīta līknes deguna un tieši pārveidotos par martensīts . Ja atdzišanas ātrums nokrītas zem šī sliekšņa, veidojas mīkstākas fāzes, piemēram, bainīts, kas kompromitē gala izturību.

3. Al-Si pārklājuma risinājums

Temperatūrās virs 700°C tīrs tērauds ātri oksidējas, veidojot cietu nogulsni, kas bojā formas un prasa pēcapstrādes strūklas tīrīšanu. Lai to novērstu, tiek izmantoti rūpniecības standarta materiāli, piemēram, Usibor 1500P izmanto priekšapplikētu alumīnija-silīcija (Al-Si) pārklājumu. Sildot šis pārklājums sakausējas ar bāzes materiālu, veidojot Fe-Al-Si difūzijas slāni, kas novērš nogulšņu veidošanos un decarbūrēšanos. Šī inovācija atbrīvo no nepieciešamības izmantot aizsargatmosfēru krāsnīs un turpmākas tīrīšanas darbības, vienkāršojot ražošanas līniju.

Ražošanas līnija: kritiskās iekārtas un parametri

Karstās kalšanas līnijas ieviešanai nepieciešamas speciālas mašīnas, kas spēj kontrolēt ekstremālas termiskās gradientes un augstus spiedienus. Kapitāla ieguldījumi ir ievērojami, bieži prasot stratēģiskas partnerattiecības prototipu izstrādei un papildu ražošanai.

• Krāsns tehnoloģija: Rullīšu gultņu krāsnis ir standarts augsta apjoma tiešajam karstvēmim. Tām jāsaglabā temperatūras vienmērīgums ietvaros ±5 °C, lai nodrošinātu vienmērīgas mehāniskās īpašības. Netiešiem procesiem vai zemākiem apjomiem var izmantot kamerkrāsnis. Kopējais uzturēšanās laiks ir atkarīgs no заглушки biezuma, parasti to aprēķina kā t = (biezums × konstante) + bāzes laiks , kas parasti rezultātā dod 4–6 minūtes standarta biezumiem.
• Hidrauliskie un servo preses: Atšķirībā no aukstā vēmēšanas, presē jāuztur kustība kursa apakšā, lai noturētu detaļu pret atdzesētām formas virsmām. Hidrauliskais vai servo-hidrauliskās preses tiek preferētas to spējas dēļ piemērot un noturēt maksimālo tonnāžu (bieži 800–1200 tonnas) nepieciešamajam quenching laikam (5–10 sekundes). Kopējais cikla laiks parasti svārstās no 10 līdz 30 sekundēm.
• Instrumenti un dzesēšanas kanāli: Šķidrs ir siltuma apmaiņa. Tā ir jāietver sarežģīti iekšējie dzesēšanas kanāli (dažreiz ar caurulēm vai 3D drukātu), lai ūdens cirkulētu ar augstu plūsmas ātrumu. Mērķis ir ātri izņemt siltumu, saglabājot instrumentu virsmas temperatūru zem 200°C, lai nodrošinātu efektīvu dzesēšanu.
• Lasera griezšana: Tā kā gatavotā sastāvdaļa ir ~1500 MPa slīpuma izturība, tradicionālie mehāniskie griezuma formējumi gandrīz uzreiz izkārnās. Tāpēc lasera griezšana (parasti 5 asiņu šķiedras laseri) ir standarta metode caurumu un gala perimetru nogriešanai pēc formēšanas.

Ražotājiem, kas pārceļas no prototipa uz masveida ražošanu, šīs iekārtas ķēdes sarežģītība var būt šķērslis. Izmantošana Shaoyi Metal Technology kompleksie štampēšanas risinājumi var apklust šo atdalību. To spējas, kas ietver precizitātes presēšanas darbus līdz 600 tonām un atbilstību IATF 16949 standartiem, nodrošina nepieciešamo inženierbūves infrastruktūru, lai apstiprinātu procesa parametrus un uzskaļotu ražošanu bez tūlītēju lielu kapitāla izdevumu.

Augstās lietojumprogrammas: pielāgotas īpašības un mīkstas zonas

Modernā transportlīdzekļu drošības konstrukcija bieži vien prasa, lai viena komponente būtu duāla īpašību dēļ: augsta pretestība ieplūdi (sastā) un augsta enerģijas absorbcija (lētāka). Siltumapstrāde ļauj to Pielāgotas īpašības .

Mīkla zona tehnoloģija

Pārvaldot aukstuma ātrumu konkrētos diega apgabalos, inženieri var novērst martensītu pārveidošanu konkrētos apgabalos. Piemēram, B stūrei var būt nepieciešama pilnībā martensitiska augšējā daļa (1500 MPa), lai aizsargātu pasažiera galvu, bet mīkstāka, elastīgā zemākā daļa (500700 MPa), lai absorbētu enerģiju blakus trieciena laikā. Tas ir panākts, izolējot konkrētas instrumentu daļas vai izmantojot sildīšanas elementus, lai saglabātu formēšanas temperatūru virs martensīta sākuma temperatūras (Ms), lai tās vietā veidojas bainīts vai ferīts.

Saldētas bezmaksas materiāli (TWB)

Cita metode ir lasersildīšana ar divām dažādām tērauda šķiedrām vai biezumiem pirms karstai stampēšanai. Lai noteiktu, vai ir iespējams izmantot šo metodi, ir jānorāda, ka ir iespējams izmantot arī citu tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko tehnisko teh Kad to ievieto karstā formā, bora puse sasmalcina, bet HSLA puse saglabā elastību, radot daļu ar atšķirīgām darbības zonām bez sarežģītām sienas sildīšanas sistēmām.

Stratēģiskā analīze: priekšrocības, trūkumi un izmaksas

Nolemjot izmantot karsto stampēšanu, ir jānosaka sarežģīts kompromiss starp veiktspēju un izmaksām. Turpmāk izklāstītajā analīzē tiek uzsvērti galvenie automobiļu inženieru lēmumu pieņemšanas faktori.