TL;DR

Augstas izturības tērauda (HSS) stampēšana ir kritiski svarīgs ražošanas process, kas ļauj automašīnu rūpniecībai sasniegt divus mērķus: maksimizēt degvielas efektivitāti, samazinot svaru, vienlaikus atbilstot stingriem avārijas drošības standartiem. Izmantojot jaunās paaudzes materiālus, piemēram, Divfāžu (DP) un TRIP tēraudus, ražotāji var izmantot plānākus biezumus, nezaudējot strukturālo izturību.

Tomēr šī izturība tiek iegūta par samazinātu veidojamību un ievērojamu elastisko atgriešanos (atkukojumu). Veiksmīgai realizācijai nepieciešama visaptveroša preses līnijas modernizācija — no lielākas tonnāžas jaudas un speciāliem padeves izlīdzinātājiem līdz sarežģītai simulācijas programmatūrai, lai kompensētu atkukojumu. Šis ceļvedis aplūko materiālu zinātni, aprīkojuma prasības un procesu stratēģijas, kas nepieciešamas, lai apgūtu augstas izturības tērauda stampēšanu automobiļu pielietojumos.

Materiālu ainava: no HSLA līdz UHSS

Termins "augstas izturības tērauds" ir plašs jēdziens, kas aptver vairākas atsevišķas metālurgijas attīstības paaudzes. Automobiļu inženieriem ir būtiski svarīgi atšķirt šīs kategorijas, lai nodrošinātu pareizu pielietojumu un veidņu dizainu.

HSLA (Augststiprīgs zemā ligiera)

HSLA tēraudi kalpo par pamatu mūsdienu strukturālajām sastāvdaļām. Markas, piemēram, HSLA 50XF (350\/450), piedāvā plūstamības robežu apmēram 50 000 PSI (350 MPa). Šo rezultātu tie sasniedz, mikroleģējot ar elementiem, piemēram, vanādiju vai niobiju, nevis vienkārši palielinot oglekļa daudzumu. Lai gan tie ir stiprāki nekā maieglība, parasti tie saglabā labu formējamību un metināmību, tāpēc tos var izmantot šasiju komponentiem un pastiprinājumiem.

AHSS (jaunās paaudzes augstizturīgais tērauds)

AHSS attēlo patiesu soli automobiļu iespējās. Šiem tēraudiem raksturīga daudzfāžu mikrostruktūra, kas ļauj sasniegt unikālas mehāniskās īpašības.

• Divfāžu (DP): Pašreizējais rūpniecības "darba zirgs" (piemēram, DP350/600). Tā mikrostruktūra sastāv no cietiem martensīta saliņiem, kas izkliedēti mīkstā ferīta matricā. Šī kombinācija nodrošina zemu plūstamības robežu formas veidošanai, bet augstu deformācijas cietināšanas ātrumu gala daļas izturībai.
• TRIP (plastiskuma transformācija inducēta): Šie tēraudi satur saglabātu austēnītu, kas pārveidojas par martensītu laikā deformācijas laikā. Tas ļauj izteikti palielināt izstiepšanos un enerģijas absorbēšanu, padarot tos par ideālu izvēli sadursmju zonām.

UHSS (ultraaugstas izturības tērauds)

Kad stiepes izturība pārsniedz 700–800 MPa, mēs nonākam UHSS jomā. Šeit ietilpst martensīta pakāpes un preses cietināšanas tēraudi (PHS), piemēram, bora tērauds. Šie materiāli bieži ir tik izturīgi, ka tos nevar efektīvi aukstā veidgriezt, nepiedraudot plaisāšanu, tādēļ tiek pieņemtas karstās veidgriešanas tehnoloģijas.

Preses un aprīkojuma prasības: slēptās izmaksas

Pāreja no maiga tērauda uz augstas izturības tērauda veidgriešanu automašīnās lietojumprogrammas prasa vairāk nekā tikai stiprākas mirstes; tās prasa visaptverošu iekārtu revīziju.

Tonspēka reizinātājs

Materiāla izturība tieši saistīta ar spēku, kas nepieciešams tā deformēšanai. Inženieriem vispārīgs pamatnoteikums ir tāds, ka DP800 štamponēšanai vienādai detaļas ģeometrijai nepieciešams aptuveni divreiz lielāks tonspēks salīdzinājumā ar HSLA 50XF. Mekāniskās prešes, kas bija pietiekamas maigam tēraudam, bieži apstājas vai trūkst enerģijas jaudas kustības apakšējā punktā, kad tiek apstrādātas šīs klases.

Spragšķa efekta vadība

Viens no kaitīgākajiem fenomeniem HSS štamponēšanā ir "spragšķis" vai negatīvs tonspēks. Kad augstas izturības заготовка pārtrūkst (tiekt sagriezta), uzkrātā potenciālā enerģija atbrīvojas momentāni. Tas rada spēcīgu triecienviļņu, kas atgriežas caur preses struktūru, liekot stieņiem un gultņiem piedzīvot stiepes/saspiešanas ciklus, uz kuriem tie netika konstruēti. Spragšķa efekta samazināšana bieži prasa hidrauliskos amortizatorus vai preses palēnināšanu, kas ietekmē ražošanas apjomu.

Padeves līnijas modernizācija

Koils barības sistēma bieži vien ir neievērots aizkavs. Standarta izlīdzinātāji, kas paredzēti maigam tēraudam, nevar efektīvi noņemt spirāles deformāciju no augstas izturības materiāliem. Augstizturīgu tēraudu (HSS) apstrādei nepieciešami izlīdzinātāji ar:

• Mazāka diametra darba rulli: Lai materiāls tiktu saliekts asāk.
• Tuvo rulu attālumu: Lai piemērotu pietiekamu maiņstrāvas slodzi.
• Lielāki atbalsta rulli: Lai novērstu darba rulu nolieci milzīgā spiediena ietekmē.

Procesa izaicinājumi: siltums, nodilums un veidojamība

Formēšanas fizikālās īpašības radikāli mainās, palielinoties plūstamības robežai. Berze rada ievērojami vairāk siltuma, un kļūdu robežas kļūst šaurākas.

Siltuma uzkrāšanās un berze

Iešņā, enerģija vienkārši nepazūd; tā pārvēršas siltumā. Saskaņā ar nozares datiem, veidojot 2 mm biezu zemas stiprības tēraudu, formas stūrī temperatūra var sasniegt aptuveni 120°F (50°C), savukārt DP1000 veidošana var izraisīt temperatūras pieaugumu līdz 210°F (100°C) vai pat augstāk. Šis termiskais uzplūds var iznīcināt standarta smērvielas, izraisot tiešu metāla saskari ar metālu.

Rīku nolietojums un aizķeršanās

Lielāki kontaktspiedieni, kas nepieciešami AHSS veidošanai, rada paātrinātu rīku nolietošanos. "Aizķeršanās"—gadījums, kad materiāls no loksnes pielīp rīkam—ir bieža izgāšanās forma. Tiklīdz rīks sāk aizķerties, izstrādājuma kvalitāte strauji pasliktinās. Pētījumi liecina, ka nodiluši rīki var samazināt DP un TRIP klases caurumu izplešanās spēju (mērs malas izstiepjamībai) līdz pat 50%, izraisot malu plaisāšanu liekšanas operācijās.

Pareiza partnera izvēle

Ņemot vērā šīs sarežģītības, ļoti svarīgi ir izvēlēties ražošanas partneri, kuram ir piemērots aprīkojums. Tādi ražotāji kā Shaoyi Metal Technology pārvarēt šo plaisu, piedāvājot precīzas spiedpreses iespējas līdz 600 tonnām, konkrēti apmierinot automašīnu strukturālo komponentu augsto tonnāžas prasības. To IATF 16949 sertifikāts nodrošina stingru procesu kontroles uzturēšanu AHSS — no prototipa līdz masveida ražošanai.

Atgriešanās pēc veidošanas: Precizitātes ienaidnieks

Atgriešanās pēc veidošanas ir ģeometriskā izmaiņa, kuru detaļa piedzīvo veidošanas procesa beigās, kad tiek novākti veidošanas spēki. Augstas stiprības tēraudiem tas ir galvenais kvalitātes izaicinājums.

Elastiskās atgriešanās fizika

Elastiskā atgriešanās ir proporcionāla materiāla plūstamības robežai. Tā kā AHSS plūstamības robeža ir 3–5 reizes augstāka nekā mīkstajam tēraudam, atgriešanās pēc veidošanas ir attiecīgi daudz nopietnāka. Sānu sienas noliekšanās vai leņķa izmaiņas, kas bija niecīgas mīkstajā tēraudā, DP600 kļūst par būtisku tolerances pārkāpumu.

Simulācija ir obligāta

Metode "mēģini un kļūdies" vairs nav pieļaujama. Mūsdienu rīku dizains balstās uz modernu simulācijas programmatūru (piemēram, AutoForm ) prognozēt atsitienu, pirms tērauds vispār tiek griezts. Šie "digitālie procesa dubultnieki" ļauj inženieriem testēt kompensācijas stratēģijas — piemēram, pārliekšanu vai materiāla pārbīdi — virtuāli. Tagad rūpniecības standarts ir palaist pilnas atsitienu kompensācijas cilpas programmatūrā, lai izveidotu "vēja slazda" virsmu iekaluma aprīkojumam.

Nākotnes tendences: Karstā kalšana un vairāku daļu integrācija

Kopā ar drošības standartu attīstību, rūpniecība pāriet no aukstās kalšanas saviem kritiskākajiem pielietojumiem.

Karstā izspiešana (presēšanas cietināšana)

Detaļām, piemēram, A-stabliņiem un B-stabliņiem, kuriem nepieciešama stiepes izturība virs 1500 MPa, aukstā kalšana bieži vien ir neiespējama. Risinājums ir karstā kalšana, kur bora tēraudu (piemēram, Usibor) silda līdz aptuveni 900 °C, veido, kamēr tas ir mīksts, un pēc tam quenchē iekšpusē ar ūdeni dzesētais iekalums. Šis process rada detaļas ar ārkārtīgu izturību un gandrīz bez atsitiena.

Lāzera metināti загlушки (LWB)

Ražotāji kā ArcelorMittal veicina vairākdaļu integrāciju (MPI), izmantojot lāzerķīlētus заготовки. Savienojot dažādas tērauda šķiras (piemēram, mīkstu dziļrakstīšanas šķirni un cietu UHSS šķirni) vienā заготовkē pirms stampēšanas, inženieri var regulēt konkrētu detaļas zonu veiktspēju. Tas samazina kopējo detaļu skaitu, novērš montāžas posmus un optimizē svara sadalījumu.

Secinājums: Ceļš uz atvieglotas konstrukcijas apguvi

Augststipruma tērauda stampēšanas procesu apguve automašīnu ražošanā vairs nav tikai konkurētspējas priekšrocība; tas ir pamata prasījums Tier 1 piegādātājiem. Pāreja no maigā tērauda uz AHSS un UHSS prasa kultūras maiņu ražošanā — pārejot no empīriskām "pārbaudes" metodēm uz datubāzētu, simulācijām balstītu inženieriju.

Panākumi šajā jomā balstās uz trim pamatkolonnām: robustu aprīkojumu kas spējīgs izturēt augstu tonnāžu un triecienus; avancētas simulācijas lai paredzētu un kompensētu atsprūšanu; un materiālu ekspertīze lai orientētos starp izturību un veidojamību. Tā kā transportlīdzekļu dizains turpina virzīties uz vieglākiem, drošākiem konstrukcijām, spēja efektīvi stampēt šos grūtos materiālus noteiks nākamās automašīnu ražošanas paaudzes līderus.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāds ir labākais metāls automašīnu metāla stampēšanai?

Nav viena vienīga "labākā" metāla; izvēle ir atkarīga no konkrētā pielietojuma. HSLA ir lielisks vispārējiem strukturāliem komponentiem, jo tas piedāvā labu cenu un izturības līdzsvaru. Dual Phase (DP) tērauds bieži tiek izvēlēts daļām, kas saistītas ar sadursmi, piemēram, rāmjiem un šķērsstabiem, tā augstās enerģijas absorbēšanas dēļ. Virsmas paneļiem (spārnos, motora pārsegi) tiek izmantoti mīkstāki Bake Hardenable (BH) tēraudi, lai nodrošinātu virsmas kvalitāti un iedobumu izturību.

2. Vai var remontēt augstas izturības tērauda transportlīdzekļa daļas?

Parasti nē. No Īpaši augstas izturības tērauds (UHSS) vai presējot cietu boru tēraudu parasti nedrīkst remontēt, sildīt vai griezt. Metināšanas vai iztaisnošanas siltums var iznīcināt rūpīgi izstrādāto mikrostruktūru, ievērojami samazinot daļas avārijas drošības veiktspēju. OEM remonta norādījumi parasti paredz šo komponentu pilnīgu aizvietošanu.

3. Kāda ir galvenā atšķirība starp HSLA un AHSS?

Galvenā atšķirība slēpjas to mikrostruktūrā un stiprināšanas mehānismā. HSLA (Augstas izturības zema leģējuma) balstās uz mikroleģējošajiem elementiem (piemēram, niobijs), lai palielinātu izturību vienfāzes ferīta struktūrā. AHSS (Izstrādāts augstas izturības tērauds) izmanto sarežģītas daudzfāžu mikrostruktūras (piemēram, ferīts plus martensīts DP tēraudā), lai sasniegtu labāku augstas izturības un formējamības kombināciju, kādu HSLA nespēj sasniegt.