POVZETEK

Kovanje visoko trdnih jekel predstavlja tri glavne inženirske ovire: hud odvijanje zaradi visoke meje plastičnosti, hitro obrabe orodja zaradi ekstremnih stikalnih tlakov in nevarno obratni vlečni moment (preklop) ki lahko poškoduje notranjost prese. Premagovanje teh izzivov zahteva prehod s tradicionalnih postopkov za mehka jekla na napredne strategije zmanjševanja posledic, vključno s simulacijo na podlagi napetosti za kompenzacijo, uporabo orodnih jekel iz prašnih kovin (PM) s posebnimi prevlekami ter tehnologijo servopres za upravljanje energije pri nižjih hitrostih. Uspešna izdelava je odvisna od optimizacije celotnega procesa – od oblikovanja kalibrov do mazanja – za ohranjanje dimenzijske natančnosti, ne da bi žrtvovali življenjsko dobo opreme.

Izziv 1: Odskok in nadzor dimenzij

Najpogostejši problem pri žiganju jekla z visoko trdnostjo (AHSS) in jekla z visoko trdnostjo in nizko zlitino (HSLA) je povratna elastična deformacija – elastična obnova kovine po odstranitvi oblikovalnega bremena. Za razliko od mehkega jekla, ki si relativno dobro ohranja obliko, ima AHSS znatno višjo mehansko trdnost, kar povzroči močno »odbijanje nazaj«. Ta geometrijska odstopanja niso le linearni povratek; pogosto se pojavljajo kot zvijanje in torzija bočnih sten, kar natančnemu nadzoru dimenzij naredi slavno težave pri natančnih komponentah.

Tradicionalne metode preizkušanja in napak so neučinkovite za AHSS. Namesto tega morajo inženirji uporabljati napredne analize končnih elementov (FEA) ki uporablja model predvidenja na podlagi napetosti namesto preprostih meril na podlagi deformacije. S simulacijo lahko oblikovalci orodij uporabijo geometrijsko kompenzacijo – namerno prekomerno upognejo ali izkrivijo površino orodja, da se del po povratni deformaciji vrne v pravilno končno obliko. Vendar sama simulacija pogosto ni dovolj brez mehanskega poseganja.

Praktične prilagoditve postopka so enako pomembne. Tehnike, kot so rotacijsko upogibanje in uporaba zaklenjenih korakov ali »coin beads«, lahko pomagajo zakleniti napetosti v materialu. Glede na Izdelovalec , omogoča uporaba servo stiskalniške tehnologije programiranje »zadrževanja« v najnižji točki hoje, da se material sprosti pod obremenitvijo in znatno zmanjša elastični povratek. Ta pristop »nastavljanja oblike« je veliko učinkovitejši od preprostega crash forminga, ki zahteva prekomerno tonажo in pospešuje obrabo orodja.

Izziv 2: Obraba orodij in okvara kalibrov

Povišane meje plastičnosti materialov AHSS—pogosto nad 600 MPa ali celo 1000 MPa—delujejo z ogromnim kontaktom na orodja za žigosanje. Takšen pogoj ustvarja visoko tveganje za zagooglanje, olom in katastrofalno okvaro orodja. Standardne orodne jekla, kot sta D2 ali M2, ki delujejo zadostno dobro pri mehkih jeklih, pogosto predčasno odpovejo pri obdelavi AHSS zaradi abrazivne narave materiala in visoke energije, potrebne za oblikovanje.

Za boj proti temu morajo proizvajalci nadgraditi na Orodna jekla iz prašnatega kovinskega materiala (PM) stopinje, kot je PM-M4, ponujajo odlično odpornost proti obrabi za visoke obsege izdelave, medtem ko PM-3V zagotavlja žilavost, potrebno za preprečevanje lupljenja pri uporabah z visokimi udarnimi obremenitvami. Poleg izbire materiala je bistvena tudi priprava površine. Wilson Tool priporoča prehod s cilindričnega brušenja na brušenje v ravnih črtah pri brecancih. Ta vzdolžna tekstura zmanjša trenje pri izmetu in minimizira tveganje zaleganja med fazo povratka.

Površinske prevleke so zadnja vrsta obrambe. Napredne prevleke s fizikalno odlaganjem iz pare (PVD) in toplotno difuzijo (TD), kot sta titanijev karbonitrid (TiCN) ali vanadijev karbid (VC), lahko podaljšajo življenjsko dobo orodij do 700 % v primerjavi z neprevlečenimi orodji. Te prevleke zagotavljajo trdno, drsno oviro, ki zdrži ekstremno toploto, nastalo zaradi energije deformacije pri visoko trdnih jeklih.

Izziv 3: Moč pres in obremenitve pri prelomu

Skrita nevarnost pri žiganju visoko trdnih jekel je vpliv na sam stiskalni stroj, zlasti glede na energetska zmogljivost in obratni vlečni moment (preklop). Mehanski stiskalni stroji so ocenjeni za tovornost blizu konca hoda, oblikovanje AHSS pa zahteva visoko energijo veliko prej v hodu. Poleg tega ko material poči (prodre), nenadna sprostitev shranjene potencialne energije pošlje udarni val nazaj skozi konstrukcijo stiskalnega stroja. Obremenitev zaradi tega »preklopa« lahko uniči ležaje, kolenčaste gredi in celo okvir stiskalnega stroja, če preseže dovoljeno obratno tovornost opreme (običajno le 10–20 % napredne zmogljivosti).

Zmanjševanje teh sil zahteva previdno izbiro opreme in inženiring orodij. Če razporedimo dolžine bati in uporabimo strižne kote na rezalnih robovih, lahko porazdelimo obremenitev prebivanja v času, s čimer zmanjšamo vrhunsko udarno obremenitev. Vendar pa je pri trdnih strukturnih komponentah pogosto sam tlakovalnik ovira. Za varno obravnavo takšnih obremenitev je pogosto potrebno sodelovanje s specializiranim proizvajalcem. Na primer, Rešitve za žigosanje podjetja Shaoyi Metal Technology vključujejo zmogljivosti tlakovalnikov do 600 ton, kar omogoča stabilno proizvodnjo debelejših avtomobilskih komponent, kot so npr. nosilci krmiljenja in podokvirji, ki bi preobremenili manjše standardne tlakovalnike.

Upravljanje z energijo je še en pomemben dejavnik. Počasnejevanje konvencionalne mehanske prese za zmanjšanje udarnih obremenitev nenamerno zmanjša razpoložljivo kinetično energijo (ki je sorazmerna s kvadratom hitrosti), kar lahko povzroči zaustavitev. Servo prese rešujejo ta problem tako, da ohranjajo popolno razpoložljivost energije tudi pri nizkih hitrostih, kar omogoča počasen, nadzorovan preboj in s tem zaščiti orodje ter pogonski sistem prese.

Izziv 4: Omejitve oblikovnosti in razpokanje robov

Ko se trdnost jekla povečuje, elastičnost pada. Ta kompromis se kaže kot razpokanje robov , zlasti pri robnih ali operacijah razširjanja lukenj. Mikrostrukturne faze, ki dajejo AHSS jeklu njegovo trdnost (kot na primer martenzit), lahko delujejo kot mesta nastanka razpok, ko se material striži. Standardna rezalna reža 10 % debeline materiala, ki je pogosta pri mehkih jeklih, pogosto povzroči slabo kakovost roba in kasnejše odpovedovanje med oblikovanjem.

Optimizacija reže orodja je glavna nasprotna ukrepanja. Glede na MetalForming Magazine , za avstenitne nerjavnjevke so lahko potrebni razmaki do 35–40 % debeline materiala, medtem ko feritne in dvofazne jeklene sorte običajno zahtevajo 10–15 % ali optimizirane »inženirske razmake«, da se zmanjša območje utrjenosti na strižnem robu. Laserjsko rezkanje je alternativa za izdelavo prototipov, vendar pri serijski proizvodnji inženirji pogosto uporabljajo operacijo ostruževanja – sekundarni rez, ki odstrani utrjeni robov material pred končnim oblikovanjem – da se obnovi duktilnost roba in prepreči razpoke.

Zaključek

Uspešno žiganje jekla visoke trdnosti ni zgolj zadeva večje sile; zahteva temeljito prenovo procesa izdelave. Od sprejemanja simulacijami vodene kompenzacije za odskok obremenitve do uporabe orodnega jekla PM in servopresov z visoko zmogljivostjo morajo proizvajalci obravnavati AHSS kot ločeno klaso materiala. S pristopom k fiziki elastičnega vračanja, obrabi in mehaniki loma lahko izdelovalci proizvajajo lažje in tršne komponente, ne da bi pri tem dosegli prepovedne stopnje odpadkov ali poškodb opreme.

Pogosta vprašanja

1. Katera je največja izziv pri žiganju jekla visoke trdnosti?

Najpomembnejši izziv je ponavadi odvijanje , kjer material elastično povrne svojo obliko po odstranitvi oblikovalne sile. To otežuje doseganje tesnih dimenzijskih toleranc in zahteva napredne strategije simulacij in kompenzacije orodij za popravek.

2. Kako zmanjšate obrabo orodja pri žiganju AHSS?

Zmanjšanje obrabe orodja se doseže z uporabo orodnih jekel iz prašnate metalurgije (PM), kot sta PM-M4 ali PM-3V, ki ponujata odlično žilavost in odpornost proti obrabi. Poleg tega je za podaljšanje življenjske dobe orodja bistveno uporaba naprednih prevlek, kot so PVD ali TD (toplotna difuzija), ter optimizacija smeri brusenja batiča (vzdolžno glede na valjasto).

3. Zakaj je obratna tonaza nevarna za stiskalne prese?

Obratna tonaza, imenovana tudi snap-through, nastane, ko material poči in se shranjena energija v okvirju prese nenadoma sprosti. Ta udarni val ustvari obraten sunkovit sunek na povezovalnih točkah. Če ta sila preseže dovoljeno obremenitev prese (običajno 10–20 % nazivne obremenitve v naprej), lahko povzroči katastrofalno poškodbo ležajev, krivuljnikov in konstrukcije prese.