Tērauda klases izvēle automašīnu stampēšanai: inženierijas kritēriji

TL;DR

Optimālu tērauda klasu izvēle automobiļu stampēšanai prasa precīzu līdzsvaru starp trim konkurējošiem faktoriem: formējamību (plastiskumu), mehānisko izturību (pagaidu/stiepes) un ražošanas izmaksām. Kaut arī zemoglekļa tēraudi, piemēram, SAE 1008, joprojām ir standarts redzamajiem korpusa paneļiem pateicoties to augstākajam virsmas kvalitātes līmenim, mūsdienu drošības prasības ir virzījušas nozari uz Augstizturīga Zemlēģēta Tērauda (HSLA) un Uzlabota Augstizturīga Tērauda (AHSS) izmantošanu strukturālajai izturībai. Veiksmīga materiāla izvēle ir atkarīga no izpratnes par kompromisiem starp metāla spēju izstiepties, nesaplīstot, un tā spēju absorbēt sadursmes enerģiju.

Būtiski izvēles faktori: inženierijas kritēriji

Pirms inženieriem nosaka grādu, viņi jānovērtē materiāla mehāniskās īpašības, salīdzinot to ar daļas ģeometriju un funkciju. Automašīnu iespiedēšanas primārā kompromisa princips ir vispārēji atzīts: ja stiprums pieaug, formabilitāte parasti samazinās. Šis inverts attiecība nosaka, ka materiāli, kas izvēlēti dziļai izvilktām daļām, ir jānorāda, ka tie ir ilgāki, bet drošībai svarīgākās sastāvdaļas - izturīgāki.

Galvenajiem iespiestas materiālu darbības rādītājiem ir:

• Atbrīvošanas stiprums pret stiepes stiprumu: Jautājums par izturību nosaka elastiskās deformācijas robežu, bet pievilcības stiprība nosaka lūzuma punktu. Struktūras daļām augsts padeves punkts ir ļoti svarīgs, lai novērstu pastāvīgu deformāciju slodzes apstākļos.
• Izplūdes (n-vērtība): Darbības cietuma rādītājs (n-vērtība) norāda, cik labi tērauds sadala slīpumu. Augšākas n-vērtības ļauj iegūt sarežģītākas formas bez lokalizēta smalcināšanas vai izšķērdēšanas.
• Anizotropija (r-vērtība): Tas mēra materiāla izturību pret izžūšanu. Augsta r vērtība ir būtiska dziļuma izņemšanas lietojumiem, piemēram, eļļas panēm vai gāzes tvertnēm.

Izdevumu efektivitāte arī spēlē būtisku lomu. Lai gan progresējošie grādi nodrošina svara samazinājumu, bieži vien tiem ir vajadzīgas lielākas tilpuma preses un dārgākas apvalkas, lai novērstu biezumu. Saskaņā ar Dīvaina aparatūra , šo parametru izpratne ir pirmais solis, lai izvairītos no dārgām ražošanas kļūmēm, piemēram, sadalīšanos vai pārmērīgu atcelšanos.

Standarta oglekļa tērauda kvalitātes (darbā esošie)

Oglekļa tēraudi joprojām ir automobiļu ražošanas rumbu, kas veido ievērojamu daļu no transportlīdzekļu kopējā svara. Šīs šķiedras klasificē pēc oglekļa satura, kas tieši ietekmē to cietumu un elastību.

Zemes oglekļa dioksīda un mīksto tēraudu (SAE 1008, 1010)

Zemes oglekļa tēraudi, kurus bieži sauc par mīkšiem tēraudiem, parasti satur mazāk nekā 0,25% oglekļa. Grādus kā SAE 1008 un SAE 1010 ir nozares standarts redzamajām "A klases" virsmas daļām, piemēram, spārniem, kapsulām un durvju paneļiem. Tā augsta elastība ļauj tām izkropļot sarežģītus, plašus līkumus, neizsprīdot. Turklāt tās ir viegli saliecamas un var krāsoties, tāpēc tās ir ideālas, lai tās varētu uzstādīt kā "Body-in-White" (BIW).

Vidējais un augsts oglekļa līmenis (SAE 1045, 1095)

Kad oglekļa saturs pieaug, tērauds kļūst cietāks un izturīgāks, bet ievērojami mazāk formabls. Vidēji oglekļa šķiedras, piemēram, SAE 1045 izmanto daļām, kam nepieciešama lielāka izturība pret noturību, piemēram, riteņiem vai stiprinājumiem. augstas oglekļa satura tēraudi, piemēram, SAE 1095 , vislabāk darbojas lietojumos, kas prasa ārkārtīgu cietumu un formas saglabāšanu, piemēram, atveres vai klipses. Talan Products norāda, ka, lai gan šie šķiedri ir izturīgāki, tie rada grūtības stampēšanas procesā, bieži vien to veidošanai ir vajadzīgi vairāki formēšanas posmi vai termiskās apstrādes procesi.

Augstas stiprības un progresējošās tērauda (HSLA un AHSS)

Lai izpildītu stingrākos degvielas patēriņa standartus un uzbrukumu drošības noteikumus, automobiļu inženieri arvien biežāk izmanto augstas stiprības zemu slāņu (HSLA) un progresējošu augstas stiprības tēraudu (AHSS). Šie materiāli ļauj ražotājiem izmantot sīkāku gabarītu (downgauging), lai samazinātu svaru, nenodrošinot strukturālo integritāti.

HSLA tēraudi panākt savu izturību, mikrolejot ar vanādiem vai niobiju. Tās plaši tiek izmantotas šasijas sastāvdaļām, pakaļdzīves rokām un stiprinājumiem. AHSS , tostarp dubultfases (DP) un transformācijas izraisītās plastiskuma (TRIP) tēraudi, piedāvā vēl agresīvāku stiprības un svara attiecību, kas bieži pārsniedz 800 MPa.

Šādu materiālu apstrāde prasa specializētu prasmju. Augsta izturība rada ievērojamu "atgriešanos" - metāla tendenci pēc iespiedēšanas atgriezties sākotnējā formā. Lai risinātu šo problēmu, ir vajadzīga attīstīta formāta formācija un smagiem spiediena lineāriem. Smagas konstrukcijas sastāvdaļu, piemēram, vadības rokas vai apakšrāmji, gadījumā ir būtiski sadarboties ar ražotāju, kas spēj izturēt augstas tilpības prasības. Uzņēmumi, piemēram, Shaoyi Metal Technology izmantot IATF 16949 sertificētu precizitātes un presēšanas spējas līdz 600 tonām, lai efektīvi piegādātu šos kritiskus drošības komponentus.

Korrozījai izturīgas un nerūsējošas izvēles

Komponentu, kas pakļauti nelabvēlīgām vidēm, piemēram, izplūdes sistēmām vai ārējo apģērbu, korozijas izturība kļūst par izšķirošo faktoru. Lai gan galvanizēšana (zinka pārklājums) aizsargā oglekļa tērauda korpusa paneļus, konkrētām lietojām ir nepieciešamas nerūsējošā tērauda īpatnības.

Feritiskais nerūsējošais tērauds (400 sērija): 409. pakāpe ir automātisko izplūdes sistēmu izvēle. Tas nodrošina pietiekamu korozijas izturību ar zemāku cenu nekā 300 sērija un izturas oksīdilizācijai augstajās temperatūrās. Tas ir magnētisks un ir vidēji formabls.

Austenitiskais nerūsējošais tērauds (300 sērija): 304 pakāpe nodrošina augstāku korozijas izturību un ne-magnetisku, estētiski patīkamu virsmu. Saskaņā ar Larsoninstrumenti un iespiedēšana , šo šķiedru izmanto dekoratīvajā apdarē, riteņu seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seguma seg Tomēr tas ir dārgāks un ir pakļauts darbam, kas var sarežģīt stampēšanas procesu.

Piemērošanas kartēšana: kāda pakāpe, kurai daļai?

Tiesīgas materiāla izvēle galu galā ir atkarīga no daļas atrašanās vietas un nolūka transportlīdzekļa arhitektūrā. Šī lēmumu matrica palīdz racionalizēt atlases procesu:

• Vidējais slāņa garums: Prioritāte ir virsmas kvalitāte un formabība. Lietojums: Zemes oglekļa dioksīda / IF tērauda / uzgriežama tērauda.
• Drošības kārta (pylsti, jumta riepas): Prioritāte ir enerģijas absorbcija un trieciena aizsardzība. Lietojums: Divu fāzes (DP) vai bórskābes (karstā formā) tērauda.
• Šasija un suspensija: Prioritāte ir izturība pret nogurumu un izturība. Lietojums: HSLA 350/420.
• Izplūdes un siltuma slāņi: Prioritāte ir karstuma un korozijas izturība. Lietojums: Neierastā 409 vai alumīnija tērauda.

Piemērot materiāla īpašības specifiskiem stresa apstākļiem un lietojuma vides apstākļiem, inženieri var nodrošināt ilgtspēju un darbības efektivitāti, vienlaikus kontrolējot ražošanas izmaksas.

Atklājums par tērauda izvēles stratēģiju

Pārmaiņas no vienkāršiem mīkstajiem tērauda līdz sarežģītām daudzfazēm ir mūsdienu automobiļu inženierijas attīstība. Veicot veiksmīgus stampēšanas projektus, tiek ņemts vērā ne tikai grāds, bet arī komponenta dzīves cikls - no presēšanas līnijas līdz triecienu testēšanas laboratorijai. Lai gan tā ir optimizēta elektrisko transportlīdzekļu vieglajiem kravām vai komerciālo kravas automobiļu izturībai, pareiza tērauda kvalitāte ir automobiļu drošuma un efektivitātes pamats.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir HSLA un mīksto tērauda atšķirība iespiedē?

HSLA (High-Strength Low-Alloy) tērauds ir ievērojami izturīgāks par mīkstu tēraudu, jo tam pievienoti sakausēšanas elementi, kas ļauj iegūt sīkākas un vieglākas daļas. Tomēr HSLA ir mazāk formabls un ir lielāks atstarpes līmenis, kas prasa lielāku spēku un precīzu formēšanas kompensāciju salīdzinājumā ar mīkstu, elastīgu mīkstu tēraudu, ko izmanto dziļai izvilktām korpusa paneļām.

2. Kāpēc SAE 1008 ir labvēlīgākais automobiļu korpusa paneļiem?

SAE 1008 tiek izvēlēts tāpēc, ka tam piemīt lieliska formojamība un virsmas pabeiguma kvalitāte. Tā zemais oglekļa saturs ļauj to izstiept sarežģītās, gludās formās, neizraisot plaisas, un nodrošina vienmērīgu virsmu krāsošanai, kas ir būtiski transportlīdzekļa ārējā izskata vizuālajai pievilcībai.

3. Vai nerūsējošo tēraudu var izmantot automašīnu strukturāliem daļām?

Lai gan nerūsējošais tērauds ir ļoti izturīgs un korozijizturīgs, salīdzinājumā ar AHSS vai HSLA tas parasti ir pārāk dārgs, lai plaši izmantotu strukturālajā drošības karkasā. Tas galvenokārt tiek rezervēts izplūdes sistēmām (augsta karstumizturība) un dekoratīvajai apdarei (korozijizturība), lai gan dažos speciālos augstas veiktspējas pielietojumos to var izmantot arī konstrukcijām.