Высокоскоростная линия горячей штамповки для сверхвысокопрочной стали (алюминия).
Основные характеристики
Производственная линия предназначена для оптимизации процесса изготовления автомобильных деталей с помощью технологии горячей штамповки. Этот процесс, известный в Азии как горячая штамповка, а в Европе как прессовая закалка, включает в себя нагрев заготовки до определенной температуры, а затем ее прессование в соответствующих формах с использованием гидравлического пресса при постоянном давлении для достижения желаемой формы и фазового превращения металла. Технология горячей штамповки может быть классифицирована на прямую и непрямую.
Преимущества
Одним из ключевых преимуществ штампованных конструкционных элементов является их превосходная формуемость, позволяющая изготавливать сложные геометрические формы с исключительной прочностью на растяжение. Высокая прочность штампованных деталей позволяет использовать более тонкие металлические листы, снижая вес компонентов при сохранении структурной целостности и характеристик ударопрочности. К другим преимуществам относятся:
Сокращение объема работ по соединению трещин:Технология горячей штамповки снижает необходимость в сварке или крепежных операциях, что приводит к повышению эффективности и улучшению качества продукции.
Минимизация упругого отскока и деформации:Процесс горячей штамповки сводит к минимуму нежелательные деформации, такие как упругое восстановление формы и коробление деталей, обеспечивая высокую точность размеров и снижая необходимость в дополнительной доработке.
Меньше дефектов деталей:Детали, изготовленные методом горячей штамповки, имеют меньше дефектов, таких как трещины и расслоения, по сравнению с деталями, изготовленными методом холодной формовки, что приводит к улучшению качества продукции и сокращению отходов.
Тоннаж пресса низшего уровня:Горячая штамповка снижает требуемый тоннаж пресса по сравнению с технологиями холодной формовки, что приводит к экономии затрат и повышению эффективности производства.
Настройка свойств материала:Технология горячей штамповки позволяет настраивать свойства материала в зависимости от конкретных участков детали, оптимизируя ее характеристики и функциональность.
Улучшение микроструктуры:Горячая штамповка позволяет улучшить микроструктуру материала, что приводит к повышению механических свойств и долговечности изделий.
Упрощенные этапы производства:Горячая штамповка исключает или сокращает промежуточные этапы производства, что приводит к упрощению производственного процесса, повышению производительности и сокращению сроков выполнения заказов.
Применение продукции
Линия высокоскоростной горячей штамповки высокопрочной стали (алюминия) находит широкое применение в производстве кузовных деталей автомобилей. Это включает в себя стойки, бамперы, дверные балки и элементы крепления крыши, используемые в легковых автомобилях. Кроме того, в таких отраслях, как аэрокосмическая, оборонная и развивающиеся рынки, все чаще изучается использование современных сплавов, получаемых методом горячей штамповки. Эти сплавы обладают преимуществами более высокой прочности и меньшего веса, которые трудно достичь с помощью других методов формования.
В заключение, линия высокоскоростной горячей штамповки высокопрочной стали (алюминия) обеспечивает точное и эффективное производство автомобильных кузовных деталей сложной формы. Благодаря превосходной формуемости, сокращению операций соединения, минимизации дефектов и улучшенным свойствам материала, эта производственная линия предоставляет множество преимуществ. Ее применение распространяется на производство кузовных деталей для легковых автомобилей и открывает потенциальные возможности в аэрокосмической, оборонной и развивающихся отраслях. Инвестируйте в линию высокоскоростной горячей штамповки высокопрочной стали (алюминия), чтобы добиться выдающихся результатов, производительности и преимуществ в области облегченной конструкции в автомобильной и смежных отраслях.
Что такое горячая штамповка?
Горячая штамповка, также известная в Европе как прессовая закалка, а в Азии как горячая прессовая формовка, — это метод формования материала, при котором заготовка нагревается до определенной температуры, а затем штампуется и закаливается под давлением в соответствующей матрице для получения желаемой формы и инициирования фазового превращения в металлическом материале. Технология горячей штамповки включает в себя нагрев листов бористой стали (с начальной прочностью 500-700 МПа) до аустенитизированного состояния, их быструю подачу в матрицу для высокоскоростной штамповки и закалку детали внутри матрицы со скоростью охлаждения более 27 °C/с, за которой следует период выдержки под давлением, для получения сверхпрочных стальных компонентов с однородной мартенситной структурой.
Преимущества горячей штамповки
Улучшенная предельная прочность на растяжение и возможность формирования сложных геометрических форм.
Снижение веса компонентов за счет использования более тонкого листового металла при сохранении структурной целостности и характеристик ударопрочности.
Снижение потребности в таких операциях соединения, как сварка или крепление.
Минимизировано упругое возвращение деталей в исходное положение и их деформация.
Меньше дефектов деталей, таких как трещины и расщепления.
Требования к усилию прессования ниже по сравнению с холодной формовкой.
Возможность изменять свойства материала в зависимости от конкретных зон детали.
Улучшенная микроструктура для повышения производительности.
Оптимизированный производственный процесс с меньшим количеством операционных этапов для получения готового продукта.
Эти преимущества способствуют повышению общей эффективности, качества и производительности конструкционных элементов, изготовленных методом горячей штамповки.
Более подробная информация о горячей штамповке.
1. Горячая штамповка против холодной штамповки
Горячая штамповка — это процесс формования, выполняемый после предварительного нагрева стального листа, тогда как холодная штамповка подразумевает прямую штамповку стального листа без предварительного нагрева.
Холодная штамповка имеет явные преимущества перед горячей штамповкой. Однако у нее есть и некоторые недостатки. Из-за более высоких напряжений, возникающих в процессе холодной штамповки по сравнению с горячей штамповкой, изделия, изготовленные методом холодной штамповки, более подвержены растрескиванию и расщеплению. Поэтому для холодной штамповки требуется высокоточное штамповочное оборудование.
Горячая штамповка включает в себя нагрев стального листа до высоких температур перед штамповкой и одновременное охлаждение в матрице. Это приводит к полному преобразованию микроструктуры стали в мартенсит, что обеспечивает высокую прочность в диапазоне от 1500 до 2000 МПа. Следовательно, изделия, полученные горячей штамповкой, обладают большей прочностью по сравнению с изделиями, полученными холодной штамповкой.
2. Технологический процесс горячей штамповки
Горячая штамповка, также известная как «прессовая закалка», включает в себя нагрев высокопрочного листа с начальной прочностью 500-600 МПа до температуры от 880 до 950 °C. Нагретый лист затем быстро штампуется и закаливается в матрице, достигая скорости охлаждения 20-300 °C/с. Превращение аустенита в мартенсит во время закалки значительно повышает прочность детали, позволяя производить штампованные детали с прочностью до 1500 МПа. Технологии горячей штамповки можно разделить на две категории: прямая горячая штамповка и непрямая горячая штамповка.
При прямой горячей штамповке предварительно нагретая заготовка подается непосредственно в закрытый штамп для штамповки и закалки. Последующие процессы включают охлаждение, обрезку кромок и пробивку отверстий (или лазерную резку), а также очистку поверхности.
Функция 1: режим обработки горячей штамповки — прямая горячая штамповка
В процессе непрямой горячей штамповки этап предварительной холодной формовки выполняется перед переходом к этапам нагрева, горячей штамповки, обрезки кромок, пробивки отверстий и очистки поверхности.
Основное различие между непрямой и прямой горячей штамповкой заключается в наличии этапа предварительной холодной формовки перед нагревом в непрямом методе. При прямой горячей штамповке листовой металл подается непосредственно в нагревательную печь, тогда как при непрямой горячей штамповке в нагревательную печь подается уже отформованная холодным способом деталь.
Технологический процесс непрямой горячей штамповки обычно включает следующие этапы:
Холодная формовка, предварительная обработка, нагрев, горячая штамповка, обрезка кромок и пробивка отверстий, очистка поверхности.
Функция 2: режим обработки горячей штамповки — непрямая горячая штамповка
3. Основное оборудование для горячей штамповки включает в себя нагревательную печь, пресс для горячей формовки и формы для горячей штамповки.
Печь отопления:
Нагревательная печь оснащена средствами нагрева и контроля температуры. Она способна нагревать высокопрочные листы до температуры рекристаллизации за заданное время, достигая аустенитного состояния. Печь должна быть приспособлена к требованиям крупномасштабного автоматизированного непрерывного производства. Поскольку нагретая заготовка может перемещаться только роботами или механическими манипуляторами, печь требует автоматизированной загрузки и выгрузки с высокой точностью позиционирования. Кроме того, при нагреве стальных листов без покрытия необходимо обеспечить газовую защиту для предотвращения окисления поверхности и обугливания заготовки.
Пресс для горячей формовки:
Пресс является ядром технологии горячей штамповки. Он должен обладать возможностью быстрой штамповки и удержания заготовки, а также быть оснащен системой быстрого охлаждения. Техническая сложность прессов для горячей формовки значительно превосходит сложность обычных прессов для холодной штамповки. В настоящее время лишь немногие зарубежные компании освоили проектирование и технологию производства таких прессов, и все они зависят от импорта, что делает их дорогостоящими.
Формы для горячей штамповки:
Формы для горячей штамповки выполняют как стадию формования, так и стадию закалки. На стадии формования, после подачи заготовки в полость формы, форма быстро завершает процесс штамповки, обеспечивая завершение формирования детали до того, как материал подвергнется мартенситному фазовому превращению. Затем она переходит в стадию закалки и охлаждения, где тепло от заготовки внутри формы непрерывно передается в форму. Охлаждающие трубки, расположенные внутри формы, мгновенно отводят тепло через циркулирующую охлаждающую жидкость. Мартенситно-аустенитное превращение начинается, когда температура заготовки падает до 425 °C. Превращение между мартенситом и аустенитом завершается, когда температура достигает 280 °C, и заготовка извлекается при 200 °C. Роль удерживающей формы заключается в предотвращении неравномерного теплового расширения и сжатия во время процесса закалки, что может привести к значительным изменениям формы и размеров детали и, как следствие, к браку. Кроме того, она повышает эффективность теплопередачи между заготовкой и формой, способствуя быстрому закаливанию и охлаждению.
Вкратце, основное оборудование для горячей штамповки включает в себя нагревательную печь для достижения требуемой температуры, пресс для горячей формовки, обеспечивающий быструю штамповку и удержание заготовки с системой быстрого охлаждения, а также формы для горячей штамповки, которые выполняют как этапы формования, так и закалки, обеспечивая правильное формирование детали и эффективное охлаждение.
Скорость охлаждения при закалке влияет не только на время изготовления, но и на эффективность превращения аустенита в мартенсит. Скорость охлаждения определяет, какая кристаллическая структура будет сформирована, и связана с конечным упрочняющим эффектом заготовки. Критическая температура охлаждения бористой стали составляет около 30℃/с, и только когда скорость охлаждения превышает критическую температуру, образование мартенситной структуры может быть максимально ускорено. Когда скорость охлаждения ниже критической, в кристаллической структуре заготовки появляются не мартенситные структуры, такие как бейнит. Однако чем выше скорость охлаждения, тем лучше; чем выше скорость охлаждения, тем больше вероятность растрескивания формованных деталей, поэтому оптимальный диапазон скорости охлаждения необходимо определять в зависимости от состава материала и условий обработки деталей.
Поскольку конструкция охлаждающей трубы напрямую связана с размером и скоростью охлаждения, проектирование охлаждающей трубы обычно осуществляется с учетом максимальной эффективности теплопередачи, поэтому направление проектируемой охлаждающей трубы является более сложным и труднодостижимым с помощью механического сверления после завершения литья в форму. Чтобы избежать ограничений, связанных с механической обработкой, обычно выбирается метод резервирования водяных каналов перед литьем в форму.
Поскольку штамповка осуществляется в течение длительного времени при температурах от 200℃ до 880–950℃ в условиях чередования низких и высоких температур, материал штамповочной матрицы должен обладать хорошей структурной жесткостью и теплопроводностью, а также выдерживать сильное тепловое трение, возникающее при высоких температурах заготовки, и абразивный износ от частиц отслоившегося оксидного слоя. Кроме того, материал матрицы должен обладать хорошей коррозионной стойкостью к охлаждающей жидкости, чтобы обеспечить бесперебойный поток охлаждающей жидкости через трубу.
Подрезка и прокалывание
Поскольку прочность деталей после горячей штамповки достигает примерно 1500 МПа, при использовании прессовой резки и штамповки требования к тоннажу оборудования возрастают, а износ кромок штамповочных элементов становится значительным. Поэтому для резки кромок и отверстий часто используются лазерные режущие станки.
4. Распространенные марки стали для горячей штамповки
Эксплуатационные характеристики до штамповки
Результаты после штамповки
В настоящее время наиболее распространенной маркой стали для горячей штамповки является B1500HS. Предел прочности до штамповки обычно составляет от 480 до 800 МПа, а после штамповки он может достигать 1300-1700 МПа. То есть, стальная пластина с пределом прочности 480-800 МПа, полученная методом горячей штамповки, может иметь предел прочности около 1300-1700 МПа.
5. Использование стали, полученной методом горячей штамповки.
Применение деталей, изготовленных методом горячей штамповки, может значительно повысить безопасность автомобиля при столкновении и обеспечить снижение веса кузова. В настоящее время технология горячей штамповки применяется для изготовления деталей кузова легковых автомобилей, таких как передняя и задняя стойки, бамперы, дверные балки, рейлинги на крыше и другие детали. Примеры деталей, подходящих для снижения веса, показаны на рисунке 3 ниже.
Рисунок 3: Белые детали корпуса, подходящие для горячей штамповки.
Рис. 4: Линия горячей штамповки Jiangdong Machinery мощностью 1200 тонн.
В настоящее время решения компании JIANGDONG MACHINERY для производственных линий горячей штамповки с использованием гидравлических прессов достигли высокого уровня зрелости и стабильности, занимая лидирующие позиции в области горячей штамповки в Китае. Будучи заместителем председателя отделения ковочного оборудования Китайской ассоциации станкостроения, а также членом Комитета по стандартизации ковочного оборудования Китая, мы также занимаемся исследованиями и применением национальной системы сверхскоростной горячей штамповки стали и алюминия, что сыграло огромную роль в развитии отрасли горячей штамповки в Китае и даже во всем мире.
