Краткое содержание

Компания процесс штамповки усилителя бампера для современных транспортных средств в основном достигается с помощью Тепловое штампование (также известного как прессовая закалка). Этот метод превращает сталь с бороновым сплавом (обычно 22MnB5 ) в компоненты из сверхвысокопрочной стали (UHSS) с пределом прочности на растяжение более 1,500 МПа . Процесс включает нагрев заготовок до температуры свыше 900°C , чтобы достичь аустенитного состояния, после чего следует быстрая передача в водяное охлаждаемое пресс-форму, где одновременно происходят формовка и закалка. Это исключает пружинение и позволяет создавать сложные, легкие и устойчивые к ударным нагрузкам конструкции, необходимые для соответствия глобальным стандартам безопасности.

Инженерная роль усилителей бамперов

Усилители бамперов, commonly referred to as bumper beams, служат основным структурным каркасом системы управления ударной нагрузкой транспортного средства. Выполняя функцию соединения внешней панели и шасси транспортного средства (часто через аварийные блоки), эти компоненты должны поглощать и рассеивать кинетическую энергию при лобовых или задних столкновениях. Инженерная задача заключается в балансировке живучести с снижение веса (LW) требований, обусловленных нормами топливной экономичности и требованиями дальности хода электромобилей.

Исторически, усилители бамперов изготавливались из мягкой стали методом холодной штамповки. Однако, требование получения более высоких показателей безопасности изменило отраслевой стандарт в сторону Сверхвысокопрочной Сталь (UHSS) , в частности сплавы бор-марганец, такие как 22MnB5. Хотя алюминиевые сплавы (серии 6000 или 7000) используются в некоторых премиальных применениях благодаря их высокому соотношению прочности к весу, бористая сталь остается доминирующим материалом из-за исключительного соотношения стоимости и производительности, а также способности достигать мартенситного закаленного состояния.

Металлургическое превращение имеет критическое значение: сталь изначально имеет феррито-перлитную микроструктуру (предел прочности ~600 МПа) и подвергается термической обработке для достижения полностью мартенситной структуры (предел прочности >1 500 МПа). Это превращение позволяет инженерам уменьшить толщину стенки — часто до 1,2–2,0 мм — без ущерба для структурной целостности.

Основной процесс: горячая штамповка (прессовое закаливание) — рабочий процесс

Горячая штамповка является единственным производственным процессом, способным формовать бамперные балки с прочностью 1 500+ МПа без значительных проблем, связанных с упругой отдачей, характерной для холодного формования. Рабочий процесс представляет собой точно контролируемый тепловой цикл, в котором совмещены формование и термическая обработка.

1. Аустенизация (нагрев)

Процесс начинается с распаковки заготовок заданного размера (часто с покрытием Al-Si для предотвращения окалины) и подачи их в печь с роликовым подом. Заготовки нагреваются до приблизительно 900°C–950°C и выдерживаются в течение определённого времени. Такая термообработка превращает микроструктуру стали из феррита в аустенит , делая материал очень пластичным и снижая его предел текучести до примерно 200 МПа, что облегчает формовку.

2. Перемещение и формовка

Как только заготовка выходит из печи, важна скорость. Роботизированные руки перемещают раскалённую заготовку в штамп пресса за считанные секунды (обычно менее 3 секунд), чтобы не допустить преждевременного охлаждения. Затем гидравлический или серво-механический пресс быстро закрывается. Скорость закрытия часто составляет 500–1000 мм/с чтобы обеспечить формовку до начала фазового превращения.

3. Закалка в штампе

Это определяющий этап процесса процесс штамповки усилителя бампера . Матриша оснащена сложной системой внутренних каналов охлаждения, по которым циркулирует охлаждённая вода. Когда пресс достигает нижней мёртвой точки (НМТ), он задерживается, удерживая формованную деталь под высоким усилием (обычно 500–1500 тонн, в зависимости от размера детали). Этот контакт быстро отводит тепло, достигая скорости охлаждения более 27°C/s . Это быстрое закаливание пропускает зоны образования перлита/бейнита и преобразует аустенит непосредственно в мартенсит .

4. Выталкивание детали

После времени закалки, составляющего приблизительно 5–10 секунд, пресс открывается, и закаленная деталь выбрасывается. Компонент теперь обладает окончательными механическими свойствами: экстремальной твёрдостью, высокой прочностью на растяжение и нулевым возвратом упругих деформаций, поскольку термические напряжения снимаются в процессе фазового превращения.

Сравнение методов производства

Хотя горячая штамповка является золотым стандартом для высокопрочных усилений, холодная штамповка и профилирование остаются актуальными для определённых применений. Понимание компромиссов между ними необходимо для правильного выбора технологического процесса.

Холодная штамповка подходит для компонентов с низкой прочностью или креплений из мягкой стали, где приоритет отдается стоимости и времени цикла, а не снижению веса. Однако формовка сверхвыпрочной стали (UHSS) в холодном состоянии приводит к сильному износу инструмента и непредсказуемому упругому возврату. Профилирование рулонов эффективен для балок с постоянным поперечным сечением (прямые балки), но не может обеспечить сложные изогнутые формы и интегрированные элементы крепления, требуемые современными аэродинамическими конструкциями.

Для производителей, сталкивающихся с выбором таких решений, критически важно подобрать правильного партнера по изготовлению. Компании вроде Shaoyi Metal Technology преодолевают этот разрыв, предлагая комплексные возможности штамповки. Имея сертификацию IATF 16949 и пресс-мощность до 600 тонн, они поддерживают автомобильные проекты от быстрого прототипирования до массового производства, обрабатывая критически важные структурные компоненты с точностью, требуемой глобальными стандартами OEM.

Послепроизводственная обработка и контроль качества

Экстремальная твердость горячештампованных усилителей бамперов создает уникальные проблемы при последующей обработке. Традиционные механические штампы для обрезки обычно мгновенно изнашиваются или ломаются при работе с сталью 1 500 МПа.

Лазерная обрезка и резка

Для достижения окончательных размеров и вырезания отверстий под крепления производители в основном используют 5-осевые лазерные установки для резки . Этот бесконтактный метод обеспечивает точные кромки без микротрещин, которые могут стать потенциальными точками разрушения в случае столкновения. Хотя лазерная обрезка медленнее механического пробивания, она обеспечивает необходимую гибкость для производства различных вариантов бамперов на одной и той же линии.

Поверхностная обработка

Если заготовка из бороновой стали была без покрытия, высокие температуры печи вызывают окисление поверхности (огарка). Эти детали должны пройти дробеструйную очистку перед нанесением эмали, чтобы обеспечить надежное сцепление. Альтернативно, Al-Si (алюминий-кремний) заготовки с предварительно нанесенным покрытием предотвращают образование огарки, но требуют тщательного контроля процесса, чтобы избежать отслоения покрытия в процессе формовки.

Проверка качества

Строгие протоколы тестирования являются обязательными для деталей безопасности. Стандартные меры контроля качества включают:

• Тестирование по Виккерсу: проверка мартенситного превращения в критических зонах.
• 3D сканирование синим светом: проверка точности размеров по сравнению с CAD-данными, обеспечение совпадения точек крепления с шасси.
• Анализ микроструктуры: периодическое разрушающее тестирование для подтверждения отсутствия бейнита или феррита в несущих областях.

Оптимизация стратегии производства

Переход к горячештампованным усилителям бамперов представляет собой определённый сдвиг в автомобильном производстве, ориентированного на безопасность пассажиров и эффективность транспортного средства. Освоив такие переменные, как температура, скорость переноса и давление закалки, производители обеспечивают изготовление компонентов, способных выдерживать огромные нагрузки при минимальной массе. По мере развития марок стали к показателям 1800 МПа и выше, точность процесса штамповки остаётся решающим фактором при формировании следующего поколения конструкций безопасности автомобилей.

Часто задаваемые вопросы

1. В чем разница между прямой и непрямой горячей штамповкой?

В прямая горячая штамповка , сначала заготовка нагревается, а затем формируется и закаливается за один шаг. Это наиболее распространенный метод для балок бамперов. Непрямая горячая штамповка предусматривает холодную штамповку детали почти до окончательной формы, затем её нагрев и, наконец, помещение в охлаждаемую матрицу для закалки и калибровки. Непрямая штамповка позволяет создавать более сложные геометрии, но является более дорогостоящей из-за необходимости дополнительного инструментария.

2. Зачем добавляют бор в сталь, используемую для усилений бамперов?

Бор добавляется в минимальных количествах (обычно 0,002%–0,005%) для значительного улучшения способность к закалке стали. Он замедляет образование более мягких микроструктур, таких как феррит и перлит, при охлаждении, обеспечивая полное превращение стали в твердый мартенсит даже при скоростях охлаждения, достижимых в промышленных штамповочных матрицах.

3. Можно ли сваривать детали, полученные горячей штамповкой?

Да, горячештампованные детали из бороновой стали можно сваривать, но они требуют специфических параметров. Поскольку тепло от сварки может местно отпускать (смягчать) зону термообработки, создавая так называемое «мягкое пятно», процесс сварки — будь это точечная сварка или лазерная — должен быть тщательно контролируемым. Часто используется лазерная абляция для удаления покрытия Al-Si в местах сварки до сборки, чтобы обеспечить целостность сварного соединения.