Коротко

The процес штампування підсилення бампера для сучасних транспортних засобів переважно досягається шляхом Горяче тиснення (так зване пресове загартування). Цей метод перетворює сталь з боровим сплавом (зазвичай 22MnB5 ) на елементи з надміцної сталі (UHSS) з межею міцності понад 1,500 MPa . Процес полягає у нагріванні заготовок понад 900°C до стану аустеніту, після чого відбувається швидкий перенос у водяне охолоджуване прес-форми, де формування та загартування відбуваються одночасно. Це усуває спружинювання й дозволяє створювати складні, легкі та стійкі до зіткнень конструкції, необхідні для відповідності глобальним стандартам безпеки.

Інженерна роль підсилення бамперів

Підсилювачі бамперів, які часто називають балками бамперів, виступають основним структурним каркасом системи управління ударом автомобіля. Виконуючи функцію з'єднання зовнішньої облицювальної панелі з шасі автомобіля (часто через елементи поглинання удару), ці компоненти мають поглинати та розсіювати кінетичну енергію під час передніх або задніх зіткнень. Інженерна задача полягає у пошуку балансу між безпекою при зіткненні з зменшення ваги (LW) вимогами, спричиненими нормами паливної ефективності та вимогами до запасу ходу електромобілів.

Традиційно балки бамперів виготовлялися з м’якої сталі методом холодного штампування. Однак попит на вищі показники безпеки змусив індустрію перейти до загальноприйнятого стандарту Ультрависокоміцних Сталей (UHSS) , зокрема сплави на основі бору та марганцю, такі як 22MnB5. Хоча алюмінієві сплави (серії 6000 або 7000) використовуються в окремих преміальних застосуваннях завдяки їхньому високому співвідношенню міцності до ваги, бориста сталь залишається домінуючим матеріалом через надзвичайне співвідношення вартості та продуктивності і здатність досягати мартенситного загартування.

Металургійна трансформація має критичне значення: сталь спочатку має ферито-перлітну мікроструктуру (межа міцності ~600 МПа) і піддається термічній обробці для отримання повністю мартенситної структури (межа міцності >1500 МПа). Ця трансформація дозволяє інженерам зменшувати товщину стінок — часто до 1,2–2,0 мм — без компрометування структурної цілісності.

Основний процес: робочий процес гарячого штампування (пресового загартування)

Гаряче штампування — єдиний виробничий процес, здатний формувати бамперні балки з міцністю понад 1500 МПа без масштабних проблем пружного повернення, характерних для холодного формування. Робочий процес являє собою точно контрольований тепловий цикл, що поєднує формування та термічну обробку.

1. Аустенітизація (Нагрівання)

Процес починається з розштабелювання заготовок вирізаних заготовок (часто з покриттям Al-Si, щоб запобігти утворенню оксидної плівки) та подачі їх у піч з роликовим дном. Заготовки нагрівають до приблизно 900°C–950°C і витримують протягом певного часу витримки. Цей термічний режим перетворює мікроструктуру сталі від фериту до аустеніт аустеніту, роблячи матеріал дуже пластичним і знижуючи його межу текучості до приблизно 200 МПа, що полегшує формування.

2. Переміщення та формування

Як тільки заготовка виходить із печі, швидкість стає найважливішим фактором. Роботизовані рукави переносять розпечену заготовку в дорні преса протягом кількох секунд (зазвичай <3 секунд), щоб запобігти передчасному охолодженню. Потім гідравлічний або серво-механічний прес швидко закривається. Швидкість закриття часто становить від 500 до 1 000 мм/с щоб забезпечити формування матеріалу до початку перетворення фаз.

3. Затвердження в дорні

Це визначальний етап процесу процес штампування підсилення бампера . Матриця оснащена складними внутрішніми каналами охолодження, через які циркулює холодна вода. Коли прес досягає нижньої мертвої точки (НМТ), він затримується, утримуючи сформовану деталь під високим зусиллям (зазвичай 500–1500 тонн залежно від розміру деталі). Цей контакт швидко відводить тепло, забезпечуючи швидкість охолодження понад 27°C/с . Це швидке гартування обходить зони утворення перліту/бейніту і перетворює аустеніт безпосередньо на мартенсит .

4. Виштовхування деталі

Після часу гартування приблизно 5–10 секунд прес відкривається, і загартована деталь виштовхується. Компонент тепер має свої остаточні механічні властивості: екстремальну твердість, високу межу міцності при розтягуванні та нульовий пружинний ефект, оскільки термічні напруження знімаються під час фазового перетворення.

Порівняння методологій виробництва

Хоча гаряче штампування є золотим стандартом для високопродуктивних підсилювачів, холодне штампування та прокатка залишаються актуальними для певних застосувань. Розуміння компромісів є ключовим для вибору процесу.

Холодне штампування добре підходить для компонентів з нижчою міцністю або кріплень з м’якого сталі, де пріоритетним є вартість та час циклу замість зменшення ваги. Однак формування UHSS у холодному стані призводить до сильного зносу інструменту та непередбачуваного відгинання. Формування рулонів ефективний для балок із постійним поперечним перерізом (прямі балки), але не може забезпечити складні вигнуті криві та інтегровані елементи кріплення, необхідні сучасним аеродинамічним конструкціям.

Для виробників, які обирають оптимальні рішення, вибір правильного партнера з виготовлення є вкрай важливим. Компанії як Shaoyi Metal Technology закривають цей розрив, пропонуючи комплексні можливості штампування. Маючи сертифікацію IATF 16949 та преси потужністю до 600 тонн, вони підтримують автотехнічні проекти від швидкого прототипування до масового виробництва, виготовлюючи критичні структурні компоненти з необхідною точністю, що відповідає глобальним стандартам OEM.

Післяпроцесна обробка та контроль якості

Екстремальна твердість гарячоштампованих підсилювачів бамперів створює унікальні виклики у процесах подальшої обробки. Традиційні механічні штампи для обрізки зазвичай відразу зношуються або пошкоджуються при роботі зі сталлю 1,500 МПа.

Лазерне обрізання та різання

Для досягнення остаточної форми та вирізання отворів кріплення виробники переважно використовують 5-вісні лазерні системи різання . Цей безконтактний метод забезпечує точні краї без мікротріщин, які можуть стати потенційними місцями руйнування у разі зіткнення. Хоча лазерне обрізання повільніше за механічне пробивання, він пропонує необхідну гнучкість для виготовлення різних варіантів бамперів на одній і тій самій лінії.

Обробка поверхні

Якщо заготовка з боронової сталі була без покриття, високі температури у печі призводять до окиснення поверхні (утворення окалини). Такі деталі повинні пройти піскоструйну обробку перед нанесенням електрофарби, щоб забезпечити належне зчеплення. Альтернативно, Al-Si (Алюміній-Кремній) попередньо покриті заготовки запобігають утворенню окалини, але вимагають ретельного контролю процесу, щоб уникнути відшарування покриття під час формування.

Перевірка якості

Суворі протоколи тестування є обов'язковими для безпечних компонентів. Стандартні заходи контролю якості включають:

• Тестування твердості за Вікерса: перевірку мартенситного перетворення в критичних зонах.
• 3D сканування синім світлом: перевірку точності розмірів порівняно з даними САПР, забезпечуючи відповідність точок кріплення до шасі.
• Аналіз мікроструктури: періодичне руйнівне тестування для підтвердження відсутності бейніту чи фериту в несучих зонах.

Оптимізація стратегії виробництва

Перехід до гарячої штампування бамперних підсилювачів є визначальним зрушенням у виробництві автомобілів, що надає пріоритет пасажирській безпеці та ефективності транспортного засобу. Володіючи змінними параметрами температури, швидкості перенесення та тиску гартування, виробники отримують компоненти, які витримують величезні навантаження при мінімізації маси. Оскільки марки сталі розвиваються до 1800 МПа та більше, точність процесу штампування залишається ключовим чинником у визначенні наступного покоління структур безпеки автомобілів.

Поширені запитання

1. У чому полягає різниця між прямим і непрямим гарячим штампуванням?

В пряме гаряче штампування , заготовка спочатку нагрівається, а потім формуються та гартуються за один етап. Це найпоширеніший метод для бамперних балок. Непряме гаряче штампування передбачає холодне формування деталі до майже остаточної форми спочатку, потім її нагрівання і, нарешті, розміщення в охолоджуваній матриці для гартування та калібрування. Непряме штампування дозволяє створювати складніші геометрії, але є дорожчим через додаткове обладнання, необхідне для цього.

2. Навіщо додають бор у сталь, яку використовують для підсилення бамперів?

Бор додається в мізерних кількостях (зазвичай 0,002%–0,005%) для значного покращення спроможність до твердження сталі. Він затримує утворення м'якших мікроструктур, таких як ферит і перліт, під час охолодження, забезпечуючи повну трансформацію сталі в твердий мартенсит навіть при швидкостях охолодження, досяжних у промислових штампувальних матрицях.

3. Чи можна зварювати деталі, отримані гарячим штампуванням?

Так, деталі з гарячого штампування з бористої сталі можна зварювати, але для цього потрібні певні параметри. Оскільки тепло від зварювання може локально відпалити (м'якнути) термооброблену зону, утворюючи «м'яку ділянку», процес зварювання — незалежно від того, точкове чи лазерне — необхідно ретельно контролювати. Нерідко перед складанням у зонах зварювання використовують лазерне аблатування для видалення Al-Si покриття, щоб забезпечити міцність зварного шва.