Formowanie walcowe stali o wysokiej wytrzymałości do części samochodowych

Formowanie walców ze stali o wysokiej wytrzymałości

Formowanie na walcach stali o wysokiej wytrzymałości (HSS) i zaawansowanej stali o wysokiej wytrzymałości (AHSS) oznacza przepuszczanie płaskiego materiału w kręgach przez szereg stopniowo kształtowanych rolek, z których każda zagina materiał o kilka stopni dalej, aż do osiągnięcia ostatecznego profilu przekroju poprzecznego. Ponieważ odkształcenie zachodzi stopniowo na wielu stacjach walcowych, a nie podczas jednego skoku, formowanie na rolkach utrzymuje naprężenia w materiale bardziej równomiernie rozłożone niż metody formowania pojedynczym uderzeniem, co jest głównym powodem, dla którego jest to preferowany proces w przypadku gatunków AHSS, które łatwiej pękają pod nagłą, skoncentrowaną siłą.

Gatunki HSS i AHSS — w tym stale dwufazowe (DP), plastyczność wywołana transformacją (TRIP) i stale martenzytyczne — oferują wytrzymałość na rozciąganie w zakresie od około 440 MPa do 1500 MPa w porównaniu z 270–400 MPa w przypadku konwencjonalnej stali miękkiej. Wytrzymałość ta pozwala producentom samochodów stosować cieńsze materiały przy zachowaniu tych samych parametrów konstrukcyjnych, bezpośrednio wspierając cele w zakresie redukcji masy pojazdu bez poświęcania bezpieczeństwa w razie wypadku.

Proces formowania rolek samochodowych

W produkcji samochodów linia do formowania rolek zazwyczaj przebiega według następującej sekwencji:

1. Materiał w kręgach jest rozwijany i podawany w sposób ciągły na linię, często za pomocą prostownicy, która usuwa krzywiznę zestawu kręgów przed formowaniem.
2. Taśma przechodzi przez szereg stacji rolkowych, z których każda dodaje niewielki przyrost zagięcia, stopniowo kształtując płaski pasek w docelowy profil — kanał kapeluszowy, rurę lub złożony kształt konstrukcyjny z wieloma zagięciami.
3. W razie potrzeby stacje wykrawania lub nacinania w linii wycinają otwory montażowe lub wykonują wycięcia, gdy taśma jest jeszcze płaska lub częściowo uformowana, ponieważ wykrawanie po pełnym uformowaniu jest znacznie trudniejsze.
4. Uformowany profil przechodzi przez prasę odcinającą, która przycina go na długość bez zatrzymywania linii, stosując odcięcie w locie zsynchronizowane z prędkością linii.
5. Gotowe części mogą zostać poddane spawaniu liniowemu lub wtórnemu, powlekaniu lub obróbce cieplnej przed przygotowaniem do montażu.

Ciągły charakter produkcji na dużą skalę sprawia, że ​​formowanie na rolkach szczególnie dobrze nadaje się do produkcji samochodów, gdzie ten sam profil konstrukcyjny – belki drzwi, wzmocnienia zderzaków, relingi dachowe lub elementy ramy siedzeń – może wymagać przekroczenia dziesiątek lub setek tysięcy stóp liniowych rocznie.

Formowanie rolkowe a tłoczenie

Formowanie na walcach i tłoczenie umożliwiają kształtowanie płaskiej stali w części konstrukcyjne, ale pasują do różnych geometrii części i profili produkcyjnych.

Formowanie na rolkach i tłoczenie w porównaniu z produkcją konstrukcyjnych części samochodowych.

W szczególności w przypadku stali AHSS stopniowe, wielostanowiskowe zginanie podczas formowania rolkowego jest główną zaletą w porównaniu z odkształceniem przy pojedynczym uderzeniu w procesie tłoczenia, ponieważ gatunki AHSS mają zazwyczaj mniejsze wydłużenie przed pęknięciem i są bardziej wrażliwe na szybkość odkształcania i koncentrację naprężeń, jakie matryca tłocząca przykłada w jednym ruchu.

Projekt oprzyrządowania do formowania rolek dla AHSS

Konstrukcja oprzyrządowania do formowania walcowego AHSS różni się od oprzyrządowania ze stali miękkiej pod kilkoma względami, wynikającymi z wyższych sił formowania i sprężynowania generowanego przez materiał:

• Więcej stacji formujących — Profile AHSS zazwyczaj wymagają dodatkowych przejść walcowych w porównaniu z równoważnymi profilami ze stali miękkiej, rozkładając kąt zgięcia na większą liczbę stopni, aby zmniejszyć naprężenia przy każdym przejściu.
• Twardsze materiały w rolkach — zazwyczaj wymagane są walce ze stali narzędziowej z powłokami odpornymi na zużycie lub powierzchniami hartowanymi, ponieważ AHSS przyspiesza zużycie walców w porównaniu ze stalą miękką.
• Zwiększone siły oddzielania rolek — ramy młynów, wały i łożyska muszą być przystosowane do wyższych obciążeń niż linie wykonane wyłącznie ze stali miękkiej, ponieważ AHSS jest bardziej odporny na odkształcenia na każdym stanowisku.
• Kompensacja nadmiernego zgięcia — profile narzędzi są zwykle projektowane z obliczonymi kątami zagięcia, aby przeciwdziałać sprężynowaniu i uderzaniu w docelowe wymiary końcowe.

Sprężyna ze stali o wysokiej wytrzymałości

Sprężynowanie to tendencja uformowanego metalu do częściowego powrotu do pierwotnego płaskiego kształtu po usunięciu siły formującej, spowodowanej przez część odkształcenia materiału, która wraca do stanu sprężystego. Stale o wyższej wytrzymałości mają zazwyczaj wyższą granicę plastyczności w stosunku do modułu sprężystości, co oznacza, że ​​większa część całkowitego odkształcenia ma charakter sprężysty (odwracalny), a nie plastyczny (trwały), więc AHSS sprężynuje bardziej niż stal miękka wygięta pod tym samym kątem.

Linie do formowania rolkowego rozwiązują problem sprężynowania przede wszystkim poprzez nadmierne zginanie: każda stacja walców wygina materiał nieco powyżej docelowego kąta, przewidując stopień relaksacji po zwolnieniu. Dokładny kąt wygięcia jest zwykle określany poprzez połączenie oprogramowania do symulacji formowania i prób fizycznych, ponieważ sprężynowanie różni się w zależności od gatunku stali, grubości miernika i geometrii profilu, a nawet niewielkie zmiany we właściwościach materiału między zwojami mogą zmienić ilość potrzebnej korekty.