Високоскоростна производствена линия за горещо щамповане за ултра високоякостна стомана (алуминий)
Основни характеристики
Производствената линия е проектирана да оптимизира производствения процес на автомобилни части чрез прилагане на технология за горещо щамповане. Този процес, известен като горещо щамповане в Азия и втвърдяване чрез пресоване в Европа, включва нагряване на заготовката до определена температура и след това пресоването ѝ в съответните форми с помощта на хидравлична пресова технология, като същевременно се поддържа налягане, за да се постигне желаната форма и да се премине през фазова трансформация на металния материал. Техниката на горещо щамповане може да се класифицира като директни и индиректни методи за горещо щамповане.
Предимства
Едно от ключовите предимства на горещощампованите структурни компоненти е тяхната отлична формоспособност, която позволява производството на сложни геометрии с изключителна якост на опън. Високата якост на горещощампованите части позволява използването на по-тънки метални листове, намалявайки теглото на компонентите, като същевременно запазва структурната цялост и устойчивостта на удар. Други предимства включват:
Намалени операции по съединяване:Технологията за горещо щамповане намалява необходимостта от заваряване или закрепване на съединения, което води до подобрена ефективност и подобрена целостност на продукта.
Минимизирано отскокване и изкривяване:Процесът на горещо щамповане минимизира нежеланите деформации, като например пружиниране и изкривяване на детайлите, осигурявайки прецизна точност на размерите и намалявайки необходимостта от допълнителна обработка.
По-малко дефекти на детайлите:Горещо щампованите части показват по-малко дефекти, като пукнатини и разцепване, в сравнение с методите на студено формоване, което води до подобрено качество на продукта и намалени отпадъци.
Тонаж на долната преса:Горещото щамповане намалява необходимия тонаж на пресата в сравнение с техниките за студено формоване, което води до икономии на разходи и повишена ефективност на производството.
Персонализиране на свойствата на материалите:Технологията за горещо щамповане позволява персонализиране на свойствата на материала въз основа на специфични области на детайла, оптимизирайки производителността и функционалността.
Подобрени микроструктурни подобрения:Горещото щамповане предлага възможност за подобряване на микроструктурата на материала, което води до подобрени механични свойства и повишена издръжливост на продукта.
Опростени производствени стъпки:Горещото щамповане елиминира или намалява междинните производствени стъпки, което води до опростен производствен процес, повишена производителност и по-кратки срокове за изпълнение.
Приложения на продукта
Производствената линия за високоскоростно горещо щамповане на високоякостна стомана (алуминий) намира широко приложение в производството на бели автомобилни части за каросерията. Това включва колони, брони, греди на врати и монтажни елементи на покривни релси, използвани в пътническите превозни средства. Освен това, използването на усъвършенствани сплави, получени чрез горещо щамповане, се проучва все повече в индустрии като аерокосмическата индустрия, отбраната и развиващите се пазари. Тези сплави предлагат предимствата на по-висока якост и намалено тегло, които са трудни за постигане чрез други методи на формоване.
В заключение, производствената линия за високоскоростно горещо щамповане на високоякостна стомана (алуминий) осигурява прецизно и ефективно производство на автомобилни части със сложна форма. С превъзходна формовъчност, намалени операции по съединяване, минимизирани дефекти и подобрени свойства на материала, тази производствена линия предоставя множество предимства. Приложенията ѝ се простират до производството на бели части за каросерии на пътнически автомобили и предлагат потенциални ползи в аерокосмическата, отбранителната и развиващите се пазари. Инвестирайте в производствената линия за високоскоростно горещо щамповане на високоякостна стомана (алуминий), за да постигнете изключителна производителност, продуктивност и предимства на лекия дизайн в автомобилната и свързаните с нея индустрии.
Какво е горещо щамповане?
Горещото щамповане, известно още като закаляване чрез пресоване в Европа и горещо формоване чрез пресоване в Азия, е метод за формоване на материал, при който заготовка се нагрява до определена температура, след което се щампова и закалява под налягане в съответната матрица, за да се постигне желаната форма и да се предизвика фазова трансформация в металния материал. Технологията за горещо щамповане включва нагряване на листове от борна стомана (с начална якост 500-700 MPa) до аустенитизиращо състояние, бързото им прехвърляне в матрицата за високоскоростно щамповане и закаляване на детайла в матрицата със скорост на охлаждане по-голяма от 27°C/s, последвано от период на задържане под налягане, за да се получат компоненти от стомана с ултрависока якост и равномерна мартензитна структура.
Предимствата на горещото щамповане
Подобрена якост на опън и способност за формиране на сложни геометрии.
Намалено тегло на компонентите чрез използване на по-тънка ламарина, като същевременно се запазва структурната цялост и устойчивостта на сблъсък.
Намалена нужда от съединителни операции като заваряване или закрепване.
Минимизирано пружиниране и деформация на детайлите.
По-малко дефекти на детайлите, като пукнатини и цепки.
По-ниски изисквания за тонаж на пресата в сравнение със студеното формоване.
Възможност за персонализиране на свойствата на материалите въз основа на специфични зони на детайлите.
Подобрени микроструктури за по-добра производителност.
Опростен производствен процес с по-малко оперативни стъпки за получаване на готов продукт.
Тези предимства допринасят за цялостната ефективност, качество и производителност на горещо щампованите структурни компоненти.
Повече подробности за горещото щамповане
1. Топло щамповане срещу студено щамповане
Горещото щамповане е процес на формоване, който се извършва след предварително нагряване на стоманения лист, докато студеното щамповане се отнася до директно щамповане на стоманения лист без предварително нагряване.
Студеното щамповане има ясни предимства пред горещото щамповане. То обаче показва и някои недостатъци. Поради по-високите напрежения, предизвикани от процеса на студено щамповане в сравнение с горещото щамповане, продуктите, получени чрез студено щамповане, са по-податливи на напукване и разцепване. Следователно, за студено щамповане е необходимо прецизно оборудване за щамповане.
Горещото щамповане включва нагряване на стоманения лист до високи температури преди щамповането и едновременно закаляване в матрицата. Това води до пълно превръщане на микроструктурата на стоманата в мартензит, което води до висока якост, варираща от 1500 до 2000 MPa. Следователно, горещо щампованите продукти показват по-висока якост в сравнение със студено щампованите си аналози.
2. Процес на горещо щамповане
Горещото щамповане, известно още като „закаляване чрез пресоване“, включва нагряване на високоякостен лист с начална якост 500-600 MPa до температури между 880 и 950°C. След това нагрятият лист бързо се щампова и закалява в матрицата, като се постигат скорости на охлаждане от 20-300°C/s. Превръщането на аустенита в мартензит по време на закаляването значително повишава якостта на компонента, позволявайки производството на щамповани части с якост до 1500 MPa. Техниките за горещо щамповане могат да бъдат класифицирани в две категории: директно горещо щамповане и индиректно горещо щамповане:
При директното горещо щамповане, предварително загрятата заготовка се подава директно в затворена матрица за щамповане и закаляване. Последващите процеси включват охлаждане, подрязване на ръбове и пробиване на отвори (или лазерно рязане) и почистване на повърхността.
Fiture1: режим на обработка с горещо щамповане - директно горещо щамповане
При процеса на индиректно горещо щамповане, стъпката на предварително студено формоване се извършва преди навлизане в етапите на нагряване, горещо щамповане, оформяне на ръбове, пробиване на отвори и почистване на повърхността.
Основната разлика между процесите на индиректно горещо щамповане и директно горещо щамповане се състои във включването на стъпката на предварително студено формоване преди нагряване при индиректния метод. При директното горещо щамповане листовият метал се подава директно в нагревателната пещ, докато при индиректното горещо щамповане студено оформеният предварително оформен компонент се изпраща в нагревателната пещ.
Процесът на индиректно горещо щамповане обикновено включва следните стъпки:
Студено формоване - предварително формоване - нагряване - горещо щамповане - подрязване на ръбове и пробиване на отвори - почистване на повърхността
Fiture2: режим на обработка с горещо щамповане – индиректно горещо щамповане
3. Основното оборудване за горещо щамповане включва нагревателна пещ, преса за горещо формоване и форми за горещо щамповане.
Отоплителна пещ:
Нагревателната пещ е оборудвана с възможности за нагряване и контрол на температурата. Тя е способна да нагрява високоякостни плочи до температурата на рекристализация в рамките на определено време, постигайки аустенитно състояние. Необходимо е да може да се адаптира към изискванията за мащабно автоматизирано непрекъснато производство. Тъй като нагрятите заготовки могат да се обработват само от роботи или механични рамена, пещта изисква автоматизирано зареждане и разтоварване с висока точност на позициониране. Освен това, при нагряване на непокрити стоманени плочи, тя трябва да осигури газова защита, за да се предотврати повърхностното окисляване и декарбонизацията на заготовката.
Преса за горещо формоване:
Пресата е ядрото на технологията за горещо щамповане. Тя трябва да има възможност за бързо щамповане и задържане, както и да бъде оборудвана със система за бързо охлаждане. Техническата сложност на пресите за горещо формоване далеч надвишава тази на конвенционалните преси за студено щамповане. В момента само няколко чуждестранни компании са усвоили технологията на проектиране и производство на такива преси и всички те са зависими от внос, което ги прави скъпи.
Форми за горещо щамповане:
Формите за горещо щамповане извършват както етапи на формоване, така и на закаляване. В етапа на формоване, след като заготовката се подаде в кухината на формата, формата бързо завършва процеса на щамповане, за да осигури завършване на формирането на детайла, преди материалът да претърпи мартензитна фазова трансформация. След това тя навлиза в етапа на закаляване и охлаждане, където топлината от детайла вътре в формата непрекъснато се пренася към формата. Охлаждащите тръби, разположени във формата, незабавно отвеждат топлината чрез течащия охлаждащ агент. Мартензитно-аустенитната трансформация започва, когато температурата на детайла падне до 425°C. Трансформацията между мартензит и аустенит приключва, когато температурата достигне 280°C, а детайлът се изважда при 200°C. Ролята на задържането на формата е да предотврати неравномерното термично разширение и свиване по време на процеса на закаляване, което може да доведе до значителни промени във формата и размерите на детайла, водещи до брак. Освен това, това повишава ефективността на топлопреминаване между детайла и формата, като насърчава бързото закаляване и охлаждане.
В обобщение, основното оборудване за горещо щамповане включва нагревателна пещ за постигане на желаната температура, преса за горещо формоване за бързо щамповане и задържане със система за бързо охлаждане и форми за горещо щамповане, които извършват както етапи на формоване, така и закаляване, за да осигурят правилното формиране на детайлите и ефективно охлаждане.
Скоростта на охлаждане при закаляване влияе не само върху времето за производство, но и върху ефективността на преобразуване между аустенит и мартензит. Скоростта на охлаждане определя какъв вид кристална структура ще се образува и е свързана с крайния ефект на втвърдяване на детайла. Критичната температура на охлаждане на борната стомана е около 30℃/s и само когато скоростта на охлаждане надвиши критичната температура, образуването на мартензитна структура може да се стимулира в най-голяма степен. Когато скоростта на охлаждане е по-ниска от критичната скорост на охлаждане, в кристализационната структура на детайла ще се появят немартензитни структури, като бейнит. Колкото по-висока е скоростта на охлаждане, толкова по-добре е, тъй като по-високата скорост на охлаждане ще доведе до напукване на формованите части, а разумният диапазон на скоростта на охлаждане трябва да се определи в зависимост от състава на материала и условията на процеса на частите.
Тъй като дизайнът на охлаждащата тръба е пряко свързан с размера на скоростта на охлаждане, охлаждащата тръба обикновено се проектира с оглед на максималната ефективност на топлопреминаване, така че посоката на проектираната охлаждаща тръба е по-сложна и е трудно да се получи чрез механично пробиване след завършване на леенето във формата. За да се избегне ограничаването от механична обработка, обикновено се избира метод за запазване на водните канали преди леенето във формата.
Тъй като работи дълго време при температури от 200℃ до 880~950℃ при силно редуващи се студ и топлина, материалът на матрицата за горещо щамповане трябва да има добра структурна твърдост и топлопроводимост, както и да може да устои на силното термично триене, генерирано от заготовката при висока температура, и на абразивния ефект на износване от частиците на падналия оксиден слой. Освен това, материалът на матрицата трябва да има и добра устойчивост на корозия на охлаждащата течност, за да се осигури плавен поток в охлаждащата тръба.
Подрязване и пиърсинг
Тъй като якостта на частите след горещо щамповане достига около 1500 MPa, ако се използва пресоване и щанцоване, изискванията за тонаж на оборудването са по-големи, а износването на режещите ръбове е сериозно. Поради това, лазерните режещи устройства често се използват за рязане на ръбове и отвори.
4. Често срещани видове стомана за горещо щамповане
Производителност преди щамповане
Производителност след щамповане
В момента, обичайният клас стомана за горещо щамповане е B1500HS. Якостта на опън преди щамповане обикновено е между 480-800 MPa, а след щамповане якостта на опън може да достигне 1300-1700 MPa. Това означава, че якостта на опън на стоманена плоча с якост на опън 480-800 MPa, чрез горещо щамповане, може да достигне якост на опън от около 1300-1700 MPa на детайлите.
5. Използването на стомана за горещо щамповане
Прилагането на горещо щамповани части може значително да подобри безопасността при сблъсък на автомобила и да реализира лекота на каросерията на автомобила в бяло. Понастоящем технологията за горещо щамповане се прилага върху белите части на каросерията на леките автомобили, като например автомобила, A-колоната, B-колоната, бронята, гредата на вратата и релсите на покрива, както и други части. Вижте фигура 3 по-долу за примерни части, подходящи за олекотяване.
Фигура 3: Бели компоненти на корпуса, подходящи за горещо щамповане
Фиг. 4: Линия за горещо щамповане Jiangdong Machinery 1200 тона
В момента решенията на JIANGDONG MACHINERY за производствени линии за хидравлични преси за горещо щамповане са много зрели и стабилни. В областта на горещото щамповане в Китай са на водещо ниво. Като заместник-председател на клона на ковашките машини на Китайската асоциация на машинните инструменти, както и като член на Комитета за стандартизация на ковашките машини в Китай, ние също така сме предприели изследователска и приложна работа в националното свръхвисокоскоростно горещо щамповане на стомана и алуминий, което изигра огромна роля за насърчаване на развитието на индустрията за горещо щамповане в Китай и дори по света.
