Linia de producție de ștanțare la cald de mare viteză pentru oțel (aluminiu) de înaltă rezistență
Caracteristici cheie
Linia de producție este concepută pentru a optimiza procesul de fabricație a pieselor auto prin aplicarea tehnologiei de ștanțare la cald. Acest proces, cunoscut sub numele de ștanțare la cald în Asia și călire prin presare în Europa, implică încălzirea materialului brut la o temperatură specifică și apoi presarea acestuia în matrițe corespunzătoare folosind tehnologia presei hidraulice, menținând în același timp presiunea pentru a obține forma dorită și a trece la o transformare de fază a materialului metalic. Tehnica de ștanțare la cald poate fi clasificată în metode directe și indirecte de ștanțare la cald.
Avantaje
Unul dintre avantajele cheie ale componentelor structurale ștanțate la cald este formabilitatea lor excelentă, care permite producerea de geometrii complexe cu o rezistență excepțională la tracțiune. Rezistența ridicată a pieselor ștanțate la cald permite utilizarea unor foi metalice mai subțiri, reducând greutatea componentelor, menținând în același timp integritatea structurală și performanța la impact. Alte avantaje includ:
Operațiuni de îmbinare reduse:Tehnologia de ștanțare la cald reduce necesitatea operațiunilor de sudare sau fixare a conexiunilor, rezultând o eficiență îmbunătățită și o integritate sporită a produsului.
Revenire la elasticitate și deformare minimizate:Procesul de ștanțare la cald minimizează deformările nedorite, cum ar fi revenirea elastică a pieselor și deformarea, asigurând o precizie dimensională precisă și reducând necesitatea unor lucrări suplimentare de prelucrare.
Mai puține defecte ale pieselor:Piesele ștanțate la cald prezintă mai puține defecte, cum ar fi fisuri și despicări, în comparație cu metodele de formare la rece, ceea ce duce la o calitate îmbunătățită a produsului și la reducerea deșeurilor.
Tonaj de presă inferior:Ștanțarea la cald reduce tonajul necesar al presei în comparație cu tehnicile de formare la rece, ceea ce duce la economii de costuri și la creșterea eficienței producției.
Personalizarea proprietăților materialelor:Tehnologia de ștanțare la cald permite personalizarea proprietăților materialelor în funcție de zone specifice ale piesei, optimizând performanța și funcționalitatea.
Îmbunătățiri microstructurale sporite:Ștanțarea la cald oferă capacitatea de a îmbunătăți microstructura materialului, rezultând proprietăți mecanice îmbunătățite și o durabilitate sporită a produsului.
Etape de producție simplificate:Ștampilarea la cald elimină sau reduce etapele intermediare de fabricație, rezultând un proces de producție simplificat, o productivitate sporită și termene de livrare mai scurte.
Aplicații ale produsului
Linia de producție de ștanțare la cald de mare viteză din oțel de înaltă rezistență (aluminiu) își găsește aplicații pe scară largă în fabricarea pieselor de caroserie albe pentru automobile. Aceasta include ansambluri de stâlpi, bare de protecție, grinzi de uși și ansambluri de șine de plafon utilizate în vehiculele de pasageri. În plus, utilizarea aliajelor avansate posibile prin ștanțare la cald este din ce în ce mai explorată în industrii precum industria aerospațială, apărare și piețele emergente. Aceste aliaje oferă avantajele unei rezistențe mai mari și ale unei greutăți reduse, care sunt dificil de obținut prin alte metode de formare.
În concluzie, linia de producție de ștanțare la cald de mare viteză din oțel de înaltă rezistență (aluminiu) asigură producția precisă și eficientă a pieselor de caroserie auto cu forme complexe. Cu o formabilitate superioară, operațiuni de îmbinare reduse, defecte minimizate și proprietăți îmbunătățite ale materialelor, această linie de producție oferă numeroase avantaje. Aplicațiile sale se extind la fabricarea pieselor de caroserie albe pentru vehicule de pasageri și oferă beneficii potențiale în industria aerospațială, apărare și piețele emergente. Investiți în linia de producție de ștanțare la cald de mare viteză din oțel de înaltă rezistență (aluminiu) pentru a obține avantaje remarcabile în materie de performanță, productivitate și design ușor în industriile auto și conexe.
Ce este ștanțarea la cald?
Ștanțarea la cald, cunoscută și sub denumirea de călire prin presare în Europa și formare prin presare la cald în Asia, este o metodă de formare a materialelor în care un semifabricat este încălzit la o anumită temperatură și apoi ștanțat și călit sub presiune în matrița corespunzătoare pentru a obține forma dorită și a induce o transformare de fază în materialul metalic. Tehnologia de ștanțare la cald implică încălzirea tablelor de oțel cu bor (cu o rezistență inițială de 500-700 MPa) până la starea de austenitizare, transferul rapid al acestora în matriță pentru ștanțare de mare viteză și călirea piesei în interiorul matriței la o viteză de răcire mai mare de 27°C/s, urmată de o perioadă de menținere sub presiune, pentru a obține componente din oțel de ultra-înaltă rezistență cu structură martensitică uniformă.
Avantajele ștanțării la cald
Rezistență maximă la tracțiune îmbunătățită și capacitatea de a forma geometrii complexe.
Greutate redusă a componentelor prin utilizarea unei table metalice mai subțiri, menținând în același timp integritatea structurală și performanța la impact.
Nevoie redusă de operațiuni de îmbinare, cum ar fi sudarea sau fixarea.
Reducerea la minimum a elasticității și a deformării parțiale.
Mai puține defecte ale pieselor, cum ar fi crăpături și despicături.
Cerințe de tonaj mai mici pentru presare în comparație cu formarea la rece.
Capacitatea de a adapta proprietățile materialelor în funcție de zonele specifice ale piesei.
Microstructuri îmbunătățite pentru performanțe mai bune.
Proces de fabricație simplificat cu mai puține etape operaționale pentru obținerea unui produs finit.
Aceste avantaje contribuie la eficiența, calitatea și performanța generală a componentelor structurale ștanțate la cald.
Mai multe detalii despre ștanțarea la cald
1. Ștanțare la cald vs. ștanțare la rece
Ștanțarea la cald este un proces de formare care se efectuează după preîncălzirea tablei de oțel, în timp ce ștanțarea la rece se referă la ștanțarea directă a tablei de oțel fără preîncălzire.
Ștanțarea la rece are avantaje clare față de ștanțarea la cald. Cu toate acestea, prezintă și unele dezavantaje. Datorită solicitărilor mai mari induse de procesul de ștanțare la rece în comparație cu ștanțarea la cald, produsele ștanțate la rece sunt mai susceptibile la fisuri și despicări. Prin urmare, este necesar un echipament de ștanțare precis pentru ștanțarea la rece.
Ștanțarea la cald implică încălzirea tablei de oțel la temperaturi ridicate înainte de ștanțare și simultan călirea în matriță. Aceasta duce la o transformare completă a microstructurii oțelului în martensită, rezultând o rezistență ridicată cuprinsă între 1500 și 2000 MPa. În consecință, produsele ștanțate la cald prezintă o rezistență mai mare în comparație cu variantele ștanțate la rece.
2. Fluxul procesului de ștanțare la cald
Ștanțarea la cald, cunoscută și sub denumirea de „călire prin presare”, implică încălzirea unei table de înaltă rezistență cu o rezistență inițială de 500-600 MPa la temperaturi cuprinse între 880 și 950°C. Tablele încălzite sunt apoi ștanțate și călite rapid în matriță, atingându-se viteze de răcire de 20-300°C/s. Transformarea austenitei în martensită în timpul călirii sporește semnificativ rezistența componentei, permițând producerea de piese ștanțate cu rezistențe de până la 1500 MPa. Tehnicile de ștanțare la cald pot fi clasificate în două categorii: ștanțare la cald directă și ștanțare la cald indirectă:
În ștanțarea directă la cald, semifabricatul preîncălzit este introdus direct într-o matriță închisă pentru ștanțare și călire. Procesele ulterioare includ răcirea, tăierea marginilor și perforarea (sau tăierea cu laser) și curățarea suprafeței.
Figura 1: modul de procesare a ștanțării la cald - ștanțare directă la cald
În procesul de ștanțare indirectă la cald, etapa de pre-modelare a deformării la rece se efectuează înainte de a intra în etapele de încălzire, ștanțare la cald, tăiere a marginilor, perforare și curățare a suprafeței.
Principala diferență dintre procesele de ștanțare la cald indirectă și de ștanțare la cald directă constă în includerea etapei de pre-modelare la rece înainte de încălzire în metoda indirectă. În ștanțarea la cald directă, tabla metalică este introdusă direct în cuptorul de încălzire, în timp ce în ștanțarea la cald indirectă, componenta pre-modelata formată la rece este trimisă în cuptorul de încălzire.
Fluxul procesului de ștanțare la cald indirectă implică de obicei următorii pași:
Prefabricare la rece - Încălzire - Ștanțare la cald - Decupare margini și perforare - Curățare suprafețe
Figura 2: modul de procesare a ștanțării la cald - ștanțare la cald indirectă
3. Echipamentul principal pentru ștanțare la cald include un cuptor de încălzire, o presă de formare la cald și matrițe de ștanțare la cald
Cuptor de încălzire:
Cuptorul de încălzire este echipat cu capacități de încălzire și control al temperaturii. Este capabil să încălzească plăci de înaltă rezistență la temperatura de recristalizare într-un timp specificat, atingând o stare austenitică. Trebuie să se poată adapta cerințelor de producție continuă automatizată la scară largă. Deoarece țagla încălzită poate fi manipulată doar de roboți sau brațe mecanice, cuptorul necesită încărcare și descărcare automată cu o precizie ridicată de poziționare. În plus, la încălzirea plăcilor de oțel neacoperite, acesta ar trebui să ofere protecție împotriva gazelor pentru a preveni oxidarea suprafeței și decarbonizarea țaglei.
Presă de formare la cald:
Presa este nucleul tehnologiei de ștanțare la cald. Aceasta trebuie să aibă capacitatea de ștanțare și fixare rapidă, precum și să fie echipată cu un sistem de răcire rapidă. Complexitatea tehnică a preselor de formare la cald o depășește cu mult pe cea a preselor convenționale de ștanțare la rece. În prezent, doar câteva companii străine stăpânesc tehnologia de proiectare și fabricație a acestor prese, iar toate depind de importuri, ceea ce le face scumpe.
Matrițe de ștanțare la cald:
Matrițele de ștanțare la cald efectuează atât etapele de formare, cât și cele de călire. În etapa de formare, odată ce țagla este introdusă în cavitatea matriței, matrița finalizează rapid procesul de ștanțare pentru a asigura finalizarea formării piesei înainte ca materialul să sufere transformarea în fază martensitică. Apoi, intră în etapa de călire și răcire, unde căldura din piesa de prelucrat din interiorul matriței este transferată continuu către matriță. Țevile de răcire amplasate în interiorul matriței elimină instantaneu căldura prin intermediul agentului de răcire. Transformarea martensitic-austenită începe atunci când temperatura piesei de prelucrat scade la 425°C. Transformarea dintre martensită și austenită se încheie când temperatura atinge 280°C, iar piesa de prelucrat este scoasă la 200°C. Rolul sistemului de susținere a matriței este de a preveni dilatarea și contracția termică inegală în timpul procesului de călire, ceea ce ar putea duce la modificări semnificative ale formei și dimensiunilor piesei, ducând la deșeuri. În plus, îmbunătățește eficiența transferului termic dintre piesa de prelucrat și matriță, promovând o călire și răcire rapidă.
În concluzie, echipamentul principal pentru ștanțare la cald include un cuptor de încălzire pentru atingerea temperaturii dorite, o presă de formare la cald pentru ștanțare rapidă și menținere cu un sistem de răcire rapidă și matrițe de ștanțare la cald care efectuează atât etapele de formare, cât și cele de răcire pentru a asigura formarea corectă a piesei și o răcire eficientă.
Viteza de răcire prin călire nu afectează doar timpul de producție, ci și eficiența conversiei dintre austenită și martensită. Rata de răcire determină ce tip de structură cristalină se va forma și este legată de efectul final de călire al piesei de prelucrat. Temperatura critică de răcire a oțelului cu bor este de aproximativ 30 ℃/s și numai atunci când viteza de răcire depășește temperatura critică de răcire poate fi promovată în cea mai mare măsură formarea structurii martensitice. Când viteza de răcire este mai mică decât viteza critică de răcire, structurile non-martensitice, cum ar fi bainita, vor apărea în structura de cristalizare a piesei de prelucrat. Cu toate acestea, cu cât viteza de răcire este mai mare, cu atât este mai bine, cu atât rata de răcire este mai mare și va duce la fisurarea pieselor formate, iar intervalul rezonabil al vitezei de răcire trebuie determinat în funcție de compoziția materialului și de condițiile de proces ale pieselor.
Întrucât proiectarea țevii de răcire este direct legată de dimensiunea vitezei de răcire, conducta de răcire este în general proiectată din perspectiva eficienței maxime a transferului de căldură, astfel încât direcția țevii de răcire proiectate este mai complexă și este dificil de obținut prin găurire mecanică după finalizarea turnării în matriță. Pentru a evita restricționarea prin prelucrarea mecanică, se alege în general metoda de rezervare a canalelor de apă înainte de turnarea în matriță.
Deoarece funcționează timp îndelungat la temperaturi între 200 ℃ și 880 ~ 950 ℃ în condiții de alternanță severă între frig și cald, materialul matriței de ștanțare la cald trebuie să aibă o rigiditate structurală și o conductivitate termică bune și să poată rezista la frecarea termică puternică generată de țaglă la temperaturi ridicate și la efectul de uzură abrazivă al particulelor stratului de oxid căzute. În plus, materialul matriței trebuie să aibă și o bună rezistență la coroziune față de agentul de răcire pentru a asigura o curgere lină a conductei de răcire.
Tunderea și piercing-ul
Deoarece rezistența pieselor după ștanțare la cald atinge aproximativ 1500 MPa, dacă se utilizează tăierea prin presare și perforare, cerințele de tonaj ale echipamentului sunt mai mari, iar uzura muchiei de tăiere a matriței este semnificativă. Prin urmare, unitățile de tăiere cu laser sunt adesea utilizate pentru tăierea muchiilor și găurilor.
4. Clase comune de oțel pentru ștanțare la cald
Performanță înainte de ștanțare
Performanță după ștanțare
În prezent, oțelul de ștanțare la cald utilizat în mod obișnuit este B1500HS. Rezistența la tracțiune înainte de ștanțare este în general între 480-800MPa, iar după ștanțare, rezistența la tracțiune poate ajunge la 1300-1700MPa. Adică, rezistența la tracțiune a plăcii de oțel de 480-800MPa, prin formare prin ștanțare la cald, poate atinge o rezistență la tracțiune a pieselor de aproximativ 1300-1700MPa.
5. Utilizarea oțelului ștanțat la cald
Aplicarea pieselor ștanțate la cald poate îmbunătăți semnificativ siguranța automobilului în caz de coliziune și poate realiza o caroserie ușoară în alb. În prezent, tehnologia de ștanțare la cald a fost aplicată la piesele albe ale caroseriei autoturismelor, cum ar fi mașina, stâlpul A, stâlpul B, bara de protecție, grinda ușii, șina de plafon și alte piese. A se vedea figura 3 de mai jos pentru exemple de piese potrivite pentru ușurare.
figura 3: Componente ale corpului alb potrivite pentru ștanțare la cald
Fig. 4: Linie de presă de ștanțare la cald de 1200 de tone de la Jiangdong Machinery
În prezent, soluțiile pentru liniile de producție de prese hidraulice pentru ștanțare la cald ale JIANGDONG MACHINERY sunt foarte mature și stabile, domeniul formării la cald ocupând un loc de frunte în China, iar în calitate de vicepreședinte al filialei de mașini de forjat a Asociației Chineze de Mașini-unelte, precum și în unitățile membre ale Comitetului de Standardizare a Mașinilor de Forjat din China, am întreprins, de asemenea, activități de cercetare și aplicare a ștanțării la cald de mare viteză a oțelului și aluminiului la nivel național, care a jucat un rol imens în promovarea dezvoltării industriei de ștanțare la cald în China și chiar în întreaga lume.
