Высокоскоростная линия горячей штамповки для сверхпрочной стали (алюминия)
Ключевые особенности
Производственная линия предназначена для оптимизации процесса изготовления автомобильных деталей посредством применения технологии горячей штамповки. Этот процесс, известный в Азии как «горячая штамповка», а в Европе – как «закалка прессом», включает в себя нагрев заготовки до определённой температуры и последующее прессование её в соответствующих пресс-формах с использованием технологии гидравлического прессования под давлением для достижения желаемой формы и фазового превращения металлического материала. Метод горячей штамповки можно разделить на прямой и косвенный.
Преимущества
Одним из ключевых преимуществ горячештампованных структурных компонентов является их превосходная формуемость, что позволяет изготавливать изделия сложной геометрии с исключительной прочностью на разрыв. Высокая прочность горячештампованных деталей позволяет использовать более тонкие листы металла, снижая вес компонентов при сохранении структурной целостности и ударопрочности. Другие преимущества включают:
Сокращение операций по стыковке:Технология горячей штамповки снижает необходимость в операциях по сварке или креплению соединений, что приводит к повышению эффективности и улучшению целостности изделия.
Минимизация отскока и коробления:Процесс горячей штамповки сводит к минимуму нежелательные деформации, такие как пружинение и коробление деталей, обеспечивая точную размерную точность и снижая необходимость в дополнительной доработке.
Меньше дефектов деталей:Детали, изготовленные методом горячей штамповки, имеют меньше дефектов, таких как трещины и сколы, по сравнению с деталями, изготовленными методом холодной штамповки, что обеспечивает повышение качества продукции и сокращение отходов.
Усилие нижнего пресса:Горячая штамповка снижает требуемое усилие пресса по сравнению с методами холодной штамповки, что приводит к экономии средств и повышению эффективности производства.
Настройка свойств материала:Технология горячей штамповки позволяет настраивать свойства материала в зависимости от конкретных участков детали, оптимизируя производительность и функциональность.
Улучшенные микроструктурные улучшения:Горячая штамповка позволяет улучшить микроструктуру материала, что приводит к улучшению механических свойств и повышению долговечности изделия.
Оптимизированные этапы производства:Горячая штамповка исключает или сокращает промежуточные этапы производства, что приводит к упрощению производственного процесса, повышению производительности и сокращению сроков выполнения заказа.
Применение продукта
Линия высокоскоростной горячей штамповки высокопрочной стали (алюминия) широко применяется при производстве деталей кузова автомобилей. К ним относятся стойки кузова, бамперы, дверные балки и рейлинги на крыше легковых автомобилей. Кроме того, использование современных сплавов, полученных методом горячей штамповки, все чаще осваивается в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, оборонная промышленность и развивающиеся рынки. Эти сплавы обладают такими преимуществами, как высокая прочность и малый вес, которые трудно получить другими методами штамповки.
В заключение, линия высокоскоростной горячей штамповки высокопрочной стали (алюминия) обеспечивает точное и эффективное производство деталей кузова автомобиля сложной формы. Благодаря превосходной формуемости, сокращению операций по соединению, минимизации дефектов и улучшенным свойствам материала эта производственная линия обладает многочисленными преимуществами. Она применяется в производстве деталей кузова легковых автомобилей и открывает потенциальные возможности для аэрокосмической, оборонной и развивающихся рынков. Инвестируйте в линию высокоскоростной горячей штамповки высокопрочной стали (алюминия) для достижения выдающихся эксплуатационных характеристик, производительности и снижения веса конструкции в автомобильной и смежных отраслях.
Что такое горячая штамповка?
Горячая штамповка, также известная как закалка под давлением в Европе и горячая штамповка в Азии, — это метод обработки материалов давлением, при котором заготовка нагревается до определённой температуры, а затем штампуется и закаляется под давлением в соответствующем штампе для придания ей желаемой формы и инициирования фазового превращения в металле. Технология горячей штамповки включает нагрев листов бористой стали (с начальной прочностью 500–700 МПа) до состояния аустенизации, их быструю подачу в штамп для высокоскоростной штамповки и закалку детали в штампе со скоростью охлаждения более 27 °C/с с последующей выдержкой под давлением для получения деталей из сверхвысокопрочной стали с однородной мартенситной структурой.
Преимущества горячей штамповки
Повышенная предельная прочность на растяжение и возможность формирования сложных геометрических форм.
Уменьшение веса компонента за счет использования более тонкого листового металла при сохранении структурной целостности и характеристик при столкновении.
Снижение необходимости в соединительных операциях, таких как сварка или крепление.
Минимизировано отскакивание и деформация деталей.
Меньше дефектов деталей, таких как трещины и сколы.
Меньшие требования к усилию прессования по сравнению с холодной штамповкой.
Возможность адаптации свойств материала к конкретным зонам детали.
Улучшенные микроструктуры для повышения производительности.
Оптимизированный производственный процесс с меньшим количеством операционных этапов для получения готового продукта.
Эти преимущества способствуют общей эффективности, качеству и производительности горячештампованных конструктивных элементов.
Подробнее о горячем тиснении
1. Горячая и холодная штамповка
Горячая штамповка — это процесс формовки, 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. Однако у неё есть и некоторые недостатки. Из-за более высоких напряжений, возникающих при холодной штамповке по сравнению с горячей, изделия, полученные методом холодной штамповки, более подвержены растрескиванию и сколам. Поэтому для холодной штамповки требуется точное штамповочное оборудование.
Горячая штамповка подразумевает нагрев стального листа до высоких температур перед штамповкой и одновременную закалку в штампе. Это приводит к полному преобразованию микроструктуры стали в мартенситную, что обеспечивает высокую прочность от 1500 до 2000 МПа. Следовательно, горячештампованные изделия обладают более высокой прочностью по сравнению с холодноштампованными аналогами.
2.Технологическая схема горячей штамповки
Горячая штамповка, также известная как «закалка под давлением», включает нагрев высокопрочного листа с начальной прочностью 500–600 МПа до температуры 880–950 °C. Нагретый лист затем быстро штампуется и закаливается в штампе со скоростью охлаждения 20–300 °C/с. Превращение аустенита в мартенсит во время закалки значительно повышает прочность детали, позволяя получать штампованные детали прочностью до 1500 МПа. Методы горячей штамповки можно разделить на две категории: прямая горячая штамповка и косвенная 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.
Fiture1: режим обработки горячей штамповкой — прямая горячая штамповка
В процессе непрямой горячей штамповки этап предварительного формования в холодном состоянии выполняется перед этапами нагрева, горячей штамповки, обрезки кромок, пробивки отверстий и очистки поверхности.
Основное отличие между процессами косвенной горячей штамповки и прямой горячей штамповки заключается в том, что в косвенном методе перед нагревом выполняется этап предварительного формования в холодном состоянии. При прямой горячей штамповке листовой металл непосредственно подается в нагревательную печь, тогда как при косвенной горячей штамповке в нагревательную печь отправляется холодногнутая предварительно сформированная деталь.
Технологический процесс непрямой горячей штамповки обычно включает следующие этапы:
Холодная штамповка - Предварительная формовка - Нагрев - Горячая штамповка - Обрезка кромок и пробивка отверстий - Очистка поверхности
Fiture2: режим обработки горячей штамповкой — непрямая горячая штамповка
3.Основное оборудование для горячей штамповки включает в себя нагревательную печь, пресс для горячей штамповки и формы для горячей штамповки.
Отопительная печь:
Нагревательная печь оснащена функциями нагрева и регулирования температуры. Она способна нагревать высокопрочные листы до температуры рекристаллизации в течение заданного времени, достигая аустенитного состояния. Она должна быть адаптирована к требованиям крупномасштабного автоматизированного непрерывного производства. Поскольку нагретые заготовки могут перемещаться только роботами или механическими манипуляторами, печь должна быть автоматизирована для загрузки и выгрузки с высокой точностью позиционирования. Кроме того, при нагреве стальных листов без покрытия она должна обеспечивать газовую защиту для предотвращения поверхностного окисления и обезуглероживания заготовки.
Пресс для горячей штамповки:
Пресс – основа технологии горячей штамповки. Он должен обеспечивать быструю штамповку и выдержку, а также быть оснащён системой быстрого охлаждения. Техническая сложность прессов для горячей штамповки значительно превышает сложность традиционных прессов для холодной штамповки. В настоящее время лишь немногие зарубежные компании освоили конструкцию и технологию производства таких прессов, и все они зависят от импорта, что обуславливает их высокую стоимость.
Формы для горячей штамповки:
Пресс-формы для горячей штамповки выполняют как формовку, так и закалку. На этапе формовки, как только заготовка подается в полость формы, форма быстро завершает процесс штамповки, чтобы гарантировать 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 трубы, расположенные внутри формы, мгновенно отводят тепло через протекающую охлаждающую жидкость. Мартенситно-аустенитное превращение начинается, когда температура заготовки падает до 425 °C. Превращение между мартенситом и аустенитом заканчивается, когда температура достигает 280 °C, и заготовка извлекается при 200 °C. Роль удерживающей формы заключается в предотвращении неравномерного термического расширения и сжатия во время процесса закалки, которые могут привести к значительным изменениям формы и размеров детали, что приводит к браку. Кроме того, он повышает эффективность теплопередачи между заготовкой и формой, способствуя быстрой закалке и охлаждению.
Подводя итог, можно сказать, что основное оборудование для горячей штамповки включает в себя нагревательную печь для достижения необходимой температуры, пресс горячей штамповки для быстрой штамповки и выдержки с системой быстрого охлаждения, а также формы для горячей штамповки, которые выполняют как этапы формовки, так и закалки для обеспечения надлежащего формирования детали и эффективного охлаждения.
Скорость охлаждения при закалке влияет не только на время производства, но и на эффективность превращения аустенита в мартенсит. Скорость охлаждения определяет тип кристаллической структуры, которая будет сформирована, и связана с окончательным эффектом закалки заготовки. Критическая температура охлаждения бористой стали составляет около 30 ℃/с, и только когда скорость охлаждения превышает критическую температуру охлаждения, образование мартенситной структуры может быть максимально ускорено. Если скорость охлаждения меньше критической скорости охлаждения, в структуре кристаллизации заготовки появятся немартенситные структуры, такие как бейнит. Однако, чем выше скорость охлаждения, тем лучше, тем выше скорость охлаждения, что приведет к растрескиванию формованных деталей, и разумный диапазон скорости охлаждения должен быть определен в соответствии с составом материала и условиями процесса деталей.
Поскольку конструкция охлаждающей трубы напрямую связана со скоростью охлаждения, она, как правило, проектируется с учётом максимальной эффективности теплопередачи. Поэтому направление охлаждающей трубы оказывается более сложным, и её сложно получить механическим сверлением после завершения литья в форму. Чтобы избежать ограничений, связанных с механической обработкой, обычно выбирают метод резервирования каналов для воды перед литьем в форму.
Поскольку материал штампа для горячей штамповки может работать в течение длительного времени при температуре от 200 до 880–950 °C в условиях чередования холода и тепла, он должен обладать высокой структурной жесткостью и теплопроводностью, а также выдерживать сильное тепловое трение, возникающее при высокой температуре заготовки, и абразивный износ, вызванный частицами оксидного слоя. Кроме того, материал штампа должен обладать высокой коррозионной стойкостью к воздействию охлаждающей жидкости, чтобы обеспечить бесперебойную подачу охлаждающей жидкости по трубке.
Обрезка и пирсинг
Поскольку прочность деталей после горячей штамповки достигает около 1500 МПа, при использовании вырубки и пробивки штампом требуется большее усилие оборудования, а износ режущей кромки вырубки значительнее. Поэтому для резки кромок и отверстий часто используются лазерные установки.
4. Распространенные марки стали для горячей штамповки
Производительность до штамповки
Производительность после штамповки
В настоящее время наиболее распространённой маркой стали для горячей штамповки является B1500HS. Предел прочности до штамповки обычно составляет 480–800 МПа, а после штамповки может достигать 1300–1700 МПа. То есть, стальной лист с прочностью 480–800 МПа, изготовленный методом горячей штамповки, может иметь прочность на разрыв около 1300–1700 МПа.
5.Использование стали горячей штамповки
Применение деталей, изготовленных методом горячей штамповки, позволяет значительно повысить безопасность автомобиля при столкновении и снизить вес кузова автомобиля в белом цвете. В настоящее время технология горячей штамповки применяется к деталям кузова белого цвета легковых автомобилей, таким как передняя и средняя стойки, бамперы, дверные балки, рейлинги на крыше и другие. Примеры деталей, подходящих для облегчения, см. на рисунке 3 ниже.
рисунок 3：Белые компоненты, подходящие для горячей штамповки
Рис. 4: Линия горячей штамповки Jiangdong Machinery мощностью 1200 тонн
В настоящее время решения компании JIANGDONG MACHINERY по производству производственных линий гидравлических прессов горячей штамповки являются очень зрелыми и стабильными, в области горячей штамповки в Китае они принадлежат к лидирующему уровню, и как заместитель председателя отделения кузнечно-прессового оборудования Китайской ассоциации станкостроения, а также как подразделения-члены Китайского комитета по стандартизации кузнечно-прессового оборудования, мы также провели научно-исследовательскую и прикладную работу по национальной сверхскоростной горячей штамповке стали и алюминия, что сыграло огромную роль в содействии развитию отрасли горячей штамповки в Китае и даже в мире.
