POVZETEK

The postopek štampiljanja okrepitev bumpersa pri modernih vozilih se predvsem dosega s pomočjo Toplo pečanje (znan tudi kot vroče oblikovanje). Ta metoda pretvori bor-jekleno zlitino (običajno 22MnB5 ) v komponente iz ultra visoko trdnega jekla (UHSS) z natezno trdnostjo, ki presega 1.500 MPa postopek vključuje segrevanje plošč na več kot 900°C da dosegnejo austinistično stanje, nato pa hitro prenašanje v vodo hlajen kalibr, kjer hkrati potekata oblikovanje in kaljenje. S tem se odpravi povratna deformacija in omogoča izdelavo zapletenih, lahkih ter udarno odpornih struktur, ki so bistvene za izpolnjevanje globalnih varnostnih standardov.

Inženirski pomen okrepitev bumpersa

Okrepitev bumperskih nosilcev, ki se pogosto imenujejo tudi prečni nosilec na bumperskih nosilcih, služijo kot primarni strukturni okvir sistemov za upravljanje z udarci vozila. Delujejo kot povezovalna točka med zunanjim fasadnim delom in podvozjem vozila (pogosto prek udarnih škatel), pri čemer morajo ti sestavni deli absorbirati in razprševati kinetično energijo med sprednjimi ali zadnjimi trčenji. Inženirska izziv je uravnotežiti varnost pri trku z zmanjšanje teže (LW) zahteve, ki jih določajo predpisi o gorivni učinkovitosti in zahtevah EV dosega.

Zgodovinsko so bili prečni nosilci izdelani iz mehkega jekla s hladnim žigosanjem. Vendar je potreba po višjih ocenah varnosti prestavila standard v industriji proti Ultra visokotrdnim jeklim (UHSS) , zlasti zlitine bor-mangan, kot je 22MnB5. Čeprav se aluminijeve zlitine (seriji 6000 ali 7000) uporabljajo v nekaterih premijskih aplikacijah zaradi njihovega visokega razmerja med trdnostjo in težo, ostaja borjena jekla prevladujoč material zaradi izjemnega razmerja med stroški in zmogljivostmi ter sposobnosti doseganja martenzičnega zakaljevanja.

Metalurška transformacija je ključna: jeklo se začne s feritno-perlitno mikrostrukturo (trdnost pri raztezanju ~600 MPa) in se toplotno obdeluje, da se doseže popolnoma martenzična struktura (trdnost pri raztezanju >1.500 MPa). Ta transformacija omogoča inženirjem zmanjšanje debeline stene – pogosto do 1,2 mm–2,0 mm – brez ogrožanja strukturne celovitosti.

Osnovni proces: Delovni tok vročega žiganja (tlačnega zakaljevanja)

Vroče žiganje je edini proizvodni postopek, ki lahko oblikuje predpasnike z trdnostjo nad 1.500 MPa brez velikih težav s povratnim ukrivanjem, povezanimi s hladnim oblikovanjem. Delovni tok predstavlja natančno nadzorovan toplotni cikel, ki združuje oblikovanje in toplotno obdelavo.

1. Astenitizacija (segrevanje)

Postopek se začne z odstranjevanjem predrezanih plošč (pogosto prevlečenih z Al-Si, da se prepreči luščenje) in njihovim vnašanjem v peč z valji. Plošče se segrejejo na približno 900°C–950°C in obdržijo za določen čas izpostavljenosti. To toplotno obravnavanje spremeni mikrostrukturo jekla iz ferita v austenit , kar naredi material zelo plastičnega in zmanjša njegovo mejo tečenja na približno 200 MPa, kar omogoča lažje oblikovanje.

2. Prenos in oblikovanje

Ko plošča zapusti peč, je hitrost ključna. Robotski roki premaknejo žarečo ploščo v orodje tlačnice v nekaj sekundah (običajno <3 sekunde), da se prepreči prezgodnje hlajenje. Nato se hidravlična ali servo-mehanska tlačnica hitro zapre. Hitrosti zapiranja se pogosto gibljejo med 500 do 1.000 mm/s da se zagotovi oblikovanje materiala, preden se začne fazna transformacija.

3. Hlajenje v orodju

To je ključni korak pri postopek štampiljanja okrepitev bumpersa . Kalup je opremljen s kompleksnimi notranjimi hlodilnimi kanali, po katerih kroži hladna voda. Ko doseže stiskalo mrtvo točko (BDC), ostane v tej legi in oblikovani del drži pod visoko silo (običajno 500–1.500 ton, odvisno od velikosti dela). Ta kontakt omogoča hitro odvajanje toplote, pri čemer se doseže hitrost hlajenja, ki presega 27°C/s . To hitro kaljenje izogne nastanku perlita/bainita in neposredno pretvori austenit v martenzit .

4. Izbacitev dela

Po približno 5 do 10 sekundah kaljenja se stiskalo odpre in zakalen del izbaci. Sestavni del sedaj ima končne mehanske lastnosti: izjemno trdoto, visoko natezno trdnost in nič povratnega upogiba, saj se termični napetosti med fazno spremembo odpravijo.

Primerjava metod izdelave

Čeprav je vroče žigosanje zlati standard za visoko zmogljive okrepitve, ostajata hladno žigosanje in valjanje pomembna za določene aplikacije. Razumevanje kompromisov je bistvenega pomena pri izbiri postopka.

Hladno žigosanje je primerno za manj trpežne dele ali konzole iz blatega jekla, kjer je prednost dana stroškom in času cikla namesto zmanjšanju teže. Vendar pa hladno oblikovanje UHSS povzroči močno obrabo orodja in nepredvidljiv povratni učinek. Valno oblikovanje je učinkovit za nosilce s konstantnim prečnim presekom (ravni nosilci), vendar ne more izpolniti zahtev kompleksnih ukrivljenih krivulj in integriranih montažnih elementov, ki zahtevajo sodobni aerodinamični dizajni.

Za proizvajalce, ki krivudajo med temi možnostmi, je izbira pravega partnerja za izdelavo ključna. Podjetja kot so Shaoyi Metal Technology prenesejo ta razkorak z nudenjem celovitih možnosti plešanja. Z certifikacijo IATF 16949 in zmogljivostmi do 600 ton podpirajo avtomobilske projekte od hitrega izdelovanja prototipov do serijske proizvodnje, pri čemer obdelujejo kritične strukturne komponente s potrebno natančnostjo za standarde globalnih OEM-jev.

Poobdelava in kakovostna nadzora

Ekstremna trdota vroče izvlačenih okrepitvenih podpor v prednjih blatnikih povzroča posebne izzive pri nadaljnjem obdelovanju. Tradični mehanski rezni orodji se pogosto takoj poškodujejo ali obrabijo ob jeklu 1.500 MPa.

Rezanje in rezanje z laserjem

Za doseganje končnih mer in rezanje montažnih lukenj proizvajalci večinoma uporabljajo 5-osni laserji za rezanje . Ta brezkontaktna metoda zagotavlja natančne robove brez mikroprask, ki so možna točke versa v primeru trka. Čeprav je počasnejša od mehanskega probijanja, laserjsko rezanje ponuja fleksibilnost, potrebno za različne variante podpor na isti proizvodni liniji.

Obdelava površine

Če je polotek iz boronskega jekla bil nepokrit, visoke temperature peči povzročijo površinsko oksidacijo (nastanek narep). Ti deli morajo biti pred elektrokemičnim prevlečevanjem obdelani s piščanjskim čiščenjem, da se zagotovi ustrezna oprijem. Alternativno, Al-Si (Aluminij-Silicij) predpokriti poloteki preprečujejo nastanek narep, vendar zahtevajo natančno nadzorovanje procesa, da se prepreči odluščevanje prevleke med fazo oblikovanja.

Preverjanje kakovosti

Strogi protokoli testiranja so neločljivi za varnostne dele. Standardni ukrepi kontrole kakovosti vključujejo:

• Vickersovo preizkušanje trdote: preverjanje martenzitske transformacije po kritičnih conah.
• 3D skeniranje s plavo svetlobo: preverjanje točnosti dimenzij glede na CAD podatke, zagotavljanje ujemanja priključkov s podvozjem.
• Analiza mikrostrukture: občasno destruktivno testiranje za potrditev odsotnosti bainita ali ferita v nosilnih območjih.

Optimizacija proizvodne strategije

Prehod na vroče oblikovane okrepljene blatnjake predstavlja nedvoumni premik v avtomobilski proizvodnji, ki daje prednost varnosti potnikov in učinkovitosti vozila. Z obvladovanjem spremenljivk, kot so temperatura, hitrost prenosa in tlak kaljenja, proizvajalci izdelujejo komponente, ki zdržijo ogromne sile, hkrati pa zmanjšujejo maso. Ko se razredi jekla razvijajo proti 1.800 MPa in naprej, ostaja natančnost procesa žigosanja ključni dejavnik pri oblikovanju naslednje generacije varnostnih struktur vozil.

Pogosta vprašanja

1. Katera je razlika med neposrednim in posrednim vročim žigosanjem?

NOTRANJE neposredno vroče kovanje , se najprej segreje polizdelek, nato pa oblikuje in kaljenje v enem koraku. To je najpogostejša metoda za trdnike bumperskih nosilcev. Posredno vroče kovanje vključuje hladno oblikovanje dela skoraj v končno obliko najprej, nato segrevanje in nazadnje postavitev v ohlajeno orodje za kaljenje in kalibracijo. Posredno žigosanje omogoča bolj zapletene geometrije, vendar je dražje zaradi dodatne orodne opreme.

2. Zakaj se jeklu za okrepljenje bumpers dodaja bor?

Bor se doda v zelo majhnih količinah (običajno 0,002 %–0,005 %), da se znatno izboljša tvrdnote jekla. Zakasni nastanek mehkejših mikrostruktur, kot sta ferit in perlit, med hlajenjem, kar zagotovi popolno preoblikovanje jekla v trdni martenzit tudi pri hitrostih hlajenja, ki so dosegljive v industrijskih orodjih za žigosanje.

3. Ali je mogoče variti dele, izdelane s postopkom vročega žigosanja?

Da, deli iz vroče žgane borjane jekla se dajo variti, vendar zahtevajo določene parametre. Ker lahko toplota iz varjenja lokalno žgli (omehča) toplotno obdelan del, kar ustvari tako imenovano »mekho točko«, je treba postopek varjenja – bodisi točkovnega ali laserskega – skrbno nadzorovati. Pogosto se uporabi lasersko odstranjevanje prevleke Al-Si na mestih varjenja pred sestavljanjem, da se zagotovi integriteta spoja.