Højhastigheds-varmstemplingsproduktionslinje til ultral højstyrkestål (aluminium)
Nøglefunktioner
Produktionslinjen er designet til at optimere fremstillingsprocessen for bildele ved hjælp af varmprægningsteknologi. Denne proces, kendt som varmprægning i Asien og pressehærdning i Europa, involverer opvarmning af råmaterialet til en bestemt temperatur og derefter presning i tilsvarende forme ved hjælp af hydraulisk presseteknologi, mens trykket opretholdes for at opnå den ønskede form og undergå en fasetransformation af metalmaterialet. Varmprægningsteknikken kan klassificeres i direkte og indirekte varmprægningsmetoder.
Fordele
En af de vigtigste fordele ved varmstempede strukturkomponenter er deres fremragende formbarhed, hvilket muliggør produktion af komplekse geometrier med exceptionel trækstyrke. Den høje styrke af varmstempede dele muliggør brugen af tyndere metalplader, hvilket reducerer komponenternes vægt, samtidig med at den strukturelle integritet og kollisionsevnen opretholdes. Andre fordele omfatter:
Reduceret samlingsoperation:Varmpresningsteknologi reducerer behovet for svejsning eller fastgørelse af forbindelser, hvilket resulterer i forbedret effektivitet og forbedret produktintegritet.
Minimeret tilbagespring og vridning:Varmpresningsprocessen minimerer uønskede deformationer, såsom tilbagespring og vridning af delene, hvilket sikrer præcis dimensionsnøjagtighed og reducerer behovet for yderligere efterbearbejdning.
Færre defekter på dele:Varmstempede dele udviser færre defekter, såsom revner og splintring, sammenlignet med koldformningsmetoder, hvilket resulterer i forbedret produktkvalitet og reduceret spild.
Lavere pressetonnage:Varmpresning reducerer den nødvendige pressetonnage sammenlignet med koldformningsteknikker, hvilket fører til omkostningsbesparelser og øget produktionseffektivitet.
Tilpasning af materialegenskaber:Varmprægningsteknologi muliggør tilpasning af materialeegenskaber baseret på specifikke områder af delen, hvilket optimerer ydeevne og funktionalitet.
Forbedrede mikrostrukturelle forbedringer:Varmpresning giver mulighed for at forbedre materialets mikrostruktur, hvilket resulterer i forbedrede mekaniske egenskaber og øget produktholdbarhed.
Strømlinede produktionstrin:Varmprægning eliminerer eller reducerer mellemliggende fremstillingstrin, hvilket resulterer i en forenklet produktionsproces, forbedret produktivitet og kortere leveringstider.
Produktapplikationer
Produktionslinjen til højstyrkestål (aluminium) med høj hastighed til varmprægning finder bred anvendelse i fremstillingen af hvide karosseridele til biler. Dette omfatter stolpekonstruktioner, kofangere, dørbjælker og tagrælingskonstruktioner, der anvendes i personbiler. Derudover udforskes brugen af avancerede legeringer muliggjort af varmprægning i stigende grad i industrier som luftfart, forsvar og vækstmarkeder. Disse legeringer tilbyder fordelene ved højere styrke og reduceret vægt, som er vanskelige at opnå gennem andre formningsmetoder.
Afslutningsvis sikrer produktionslinjen til højstyrkestål (aluminium) med høj hastighed varmprægning præcis og effektiv produktion af komplekse karosseridele til biler. Med overlegen formbarhed, reducerede samlingsoperationer, minimerede defekter og forbedrede materialeegenskaber giver denne produktionslinje adskillige fordele. Dens anvendelser strækker sig til fremstilling af hvide karosseridele til personbiler og tilbyder potentielle fordele inden for luftfart, forsvar og vækstmarkeder. Invester i produktionslinjen til højstyrkestål (aluminium) med høj hastighed varmprægning for at opnå enestående ydeevne, produktivitet og letvægtsdesignfordele i bilindustrien og beslægtede industrier.
Hvad er varmprægning?
Varmprægning, også kendt som pressehærdning i Europa og varmpresseformning i Asien, er en metode til materialedannelse, hvor et emne opvarmes til en bestemt temperatur og derefter præges og bratkøles under tryk i den tilsvarende matrice for at opnå den ønskede form og inducere en fasetransformation i metalmaterialet. Varmprægningsteknologi involverer opvarmning af borstålplader (med en initial styrke på 500-700 MPa) til austenitiserende tilstand, hurtig overførsel af dem til matricen til højhastighedsprægning og bratkøling af delen i matricen med en kølehastighed på over 27°C/s, efterfulgt af en periode med fastholdelse under tryk for at opnå ultrahøjstyrkestålkomponenter med en ensartet martensitisk struktur.
Fordelene ved varmprægning
Forbedret ultimativ trækstyrke og evnen til at danne komplekse geometrier.
Reduceret komponentvægt ved at bruge tyndere metalplader, samtidig med at strukturel integritet og kollisionsevne opretholdes.
Mindre behov for sammenføjningsoperationer som svejsning eller fastgørelse.
Minimeret delfjedertilbageslag og vridning.
Færre defekter på delene, såsom revner og sprækker.
Lavere pressetonnagekrav sammenlignet med koldformning.
Mulighed for at skræddersy materialeegenskaber baseret på specifikke delzoner.
Forbedrede mikrostrukturer for bedre ydeevne.
Strømlinet fremstillingsproces med færre operationelle trin for at opnå et færdigt produkt.
Disse fordele bidrager til den samlede effektivitet, kvalitet og ydeevne af varmstempede strukturelle komponenter.
Flere detaljer om varmprægning
1. Varmstempling vs. koldstempling
Varmprægning er en formningsproces, der udføres efter forvarmning af stålpladen, mens koldprægning refererer til direkte prægning af stålpladen uden forvarmning.
Koldprægning har klare fordele i forhold til varmprægning. Det har dog også nogle ulemper. På grund af de højere belastninger, som koldprægningsprocessen forårsager sammenlignet med varmprægning, er koldprægede produkter mere modtagelige for revner og splintring. Derfor kræves præcist prægeudstyr til koldprægning.
Varmprægning involverer opvarmning af stålpladen til høje temperaturer før prægning og samtidig afkøling i matricen. Dette fører til en fuldstændig omdannelse af stålets mikrostruktur til martensit, hvilket resulterer i en høj styrke fra 1500 til 2000 MPa. Derfor udviser varmprægede produkter højere styrke sammenlignet med koldprægede modstykker.
2. Varmstemplingsprocesflow
Varmprægning, også kendt som "pressehærdning", involverer opvarmning af en højstyrkeplade med en initial styrke på 500-600 MPa til temperaturer mellem 880 og 950°C. Den opvarmede plade præges og bratkøles derefter hurtigt i matricen, hvorved der opnås kølehastigheder på 20-300°C/s. Omdannelsen af austenit til martensit under bratkølingen forbedrer komponentens styrke betydeligt, hvilket muliggør produktion af prægede dele med styrker på op til 1500 MPa. Varmprægningsteknikker kan klassificeres i to kategorier: direkte varmprægning og indirekte varmprægning:
Ved direkte varmprægning føres det forvarmede emne direkte ind i en lukket matrice til prægning og bratkøling. Efterfølgende processer omfatter afkøling, kantbeskæring og hulning (eller laserskæring) samt overfladerensning.
Figur 1: Varmprægningsbehandlingstilstand - direkte varmprægning
I den indirekte varmprægningsproces udføres koldformnings-forformningstrinnet, inden man går ind i faserne med opvarmning, varmprægning, kanttrimning, hulning og overfladerengøring.
Hovedforskellen mellem indirekte varmprægning og direkte varmprægningsprocesser ligger i inkluderingen af koldformningsforbehandlingstrinet før opvarmning i den indirekte metode. Ved direkte varmprægning føres metalpladen direkte ind i varmeovnen, mens den koldformede, præformede komponent ved indirekte varmprægning sendes ind i varmeovnen.
Processen for indirekte varmprægning involverer typisk følgende trin:
Koldformning, forformning -- Opvarmning -- Varmpresning -- Kantbeskæring og hulning -- Overfladerensning
Figur 2: Varmprægningsbehandlingstilstand - indirekte varmprægning
3. Det primære udstyr til varmpresning omfatter en varmeovn, varmpresse og varmpresningsforme
Varmeovn:
Varmeovnen er udstyret med varme- og temperaturkontrolfunktioner. Den er i stand til at opvarme højstyrkeplader til omkrystallisationstemperaturen inden for en bestemt tid og opnå en austenitisk tilstand. Den skal kunne tilpasse sig store automatiserede kontinuerlige produktionskrav. Da den opvarmede barre kun kan håndteres af robotter eller mekaniske arme, kræver ovnen automatisk påfyldning og aflæsning med høj positioneringsnøjagtighed. Derudover skal den, når der opvarmes ubelagte stålplader, yde gasbeskyttelse for at forhindre overfladeoxidation og dekarbonisering af barren.
Varmformningspresse:
Pressen er kernen i varmprægeteknologien. Den skal kunne præge og holde hurtigt, samt være udstyret med et hurtigt kølesystem. Den tekniske kompleksitet ved varmformningspresser overstiger langt konventionelle koldprægepressers. I øjeblikket er det kun få udenlandske virksomheder, der mestrer design- og fremstillingsteknologien bag sådanne presser, og de er alle afhængige af import, hvilket gør dem dyre.
Varmstemplingsforme:
Varmprægeforme udfører både formnings- og bratkølingsfaser. I formningsfasen, når barren er ført ind i formhulrummet, fuldfører formen hurtigt prægeprocessen for at sikre færdiggørelsen af delens dannelse, før materialet gennemgår den martensitiske fasetransformation. Derefter går den ind i bratkølings- og kølefasen, hvor varmen fra emnet inde i formen kontinuerligt overføres til formen. Kølerør anbragt i formen fjerner øjeblikkeligt varme gennem det strømmende kølemiddel. Den martensitiske-austenitiske transformation begynder, når emnets temperatur falder til 425 °C. Transformationen mellem martensit og austenit slutter, når temperaturen når 280 °C, og emnet tages ud ved 200 °C. Formens fastholdelses rolle er at forhindre ujævn termisk udvidelse og sammentrækning under bratkølingsprocessen, hvilket kan resultere i betydelige ændringer i emnets form og dimensioner, hvilket kan føre til kassering. Derudover forbedrer det den termiske overførselseffektivitet mellem emnet og formen, hvilket fremmer hurtig bratkøling og afkøling.
Kort sagt omfatter det primære udstyr til varmprægning en varmeovn til at opnå den ønskede temperatur, en varmformningspresse til hurtig prægning og fastholdelse med et hurtigt kølesystem og varmprægeforme, der udfører både formnings- og bratkølingsfaser for at sikre korrekt emnedannelse og effektiv afkøling.
Kølehastigheden ved køleprocessen påvirker ikke kun produktionstiden, men også konverteringseffektiviteten mellem austenit og martensit. Kølehastigheden bestemmer, hvilken slags krystallinsk struktur der dannes, og er relateret til emnets endelige hærdningseffekt. Den kritiske køletemperatur for borstål er omkring 30 ℃/s, og kun når kølehastigheden overstiger den kritiske køletemperatur, kan dannelsen af martensitisk struktur fremmes i størst muligt omfang. Når kølehastigheden er mindre end den kritiske kølehastighed, vil ikke-martensitiske strukturer såsom bainit forekomme i emnets krystallisationsstruktur. Jo højere kølehastigheden er, desto bedre, desto højere vil kølehastigheden føre til revner i de formede dele, og det rimelige kølehastighedsområde skal bestemmes i henhold til materialets sammensætning og procesbetingelser for delene.
Da kølerørets design er direkte relateret til kølehastighedens størrelse, er kølerøret generelt designet med henblik på maksimal varmeoverføringseffektivitet, så retningen af det designede kølerør er mere kompleks, og det er vanskeligt at opnå ved mekanisk boring efter færdiggørelsen af støbeformen. For at undgå at blive begrænset af mekanisk bearbejdning vælges metoden med at reservere vandkanaler før støbeformen generelt.
Fordi det fungerer i lang tid ved 200℃ til 880~950℃ under de ekstreme kolde og varme vekslende forhold, skal varmprægeformmaterialet have god strukturel stivhed og termisk ledningsevne og kan modstå den stærke termiske friktion, der genereres af barren ved høj temperatur, og den slibende slideffekt fra de faldende oxidlagspartikler. Derudover skal formmaterialet også have god korrosionsbestandighed over for kølemidlet for at sikre en jævn strømning af kølerøret.
Trimning og piercing
Da delenes styrke efter varmpresning når omkring 1500 MPa, er kravene til udstyrets tonnage større, og sliddet på skærekanterne er alvorligt, hvis der anvendes presskæring og stansning. Derfor bruges laserskæreenheder ofte til at skære kanter og huller.
4. Almindelige kvaliteter af varmprægningsstål
Ydeevne før stempling
Ydeevne efter stempling
I øjeblikket er den almindelige kvalitet af varmprægningsstål B1500HS. Trækstyrken før prægning er generelt mellem 480-800 MPa, og efter prægning kan trækstyrken nå 1300-1700 MPa. Det vil sige, at trækstyrken for en stålplade på 480-800 MPa kan opnå en trækstyrke på omkring 1300-1700 MPa gennem varmprægning.
5. Brugen af varmprægningsstål
Anvendelsen af varmprægede dele kan forbedre bilens kollisionssikkerhed betydeligt og reducere vægten af bilens karosseri i hvidt. I øjeblikket er varmprægeteknologi blevet anvendt på hvide karosseridele af personbiler, såsom bilen, A-stolpen, B-stolpen, kofangeren, dørbjælken og tagrælingen samt andre dele. Se figur 3 nedenfor for eksempler på dele, der er egnede til letvægt.
Figur 3: Hvide kropskomponenter egnede til varmprægning
Fig. 4: Jiangdong-maskineri 1200 tons varmprægepresselinje
I øjeblikket har JIANGDONG MACHINERYs produktionslinjer for hydrauliske varmpresningspresser været meget modne og stabile. De er blandt de førende inden for varmpresningsformning i Kina. Som næstformand for China Machine Tool Associations smedemaskineriafdeling og medlem af China Forging Machinery Standardization Committee har vi også udført forskning og anvendelse af den nationale superhurtige varmpresning af stål og aluminium. Dette har spillet en stor rolle i at fremme udviklingen af varmpresningsindustrien i Kina og endda i resten af verden.
