Vysokopevnostné oceľové valcovanie pre automobilové diely

Tvarovanie z ocele s vysokou pevnosťou

Valcovanie vysokopevnostnej ocele (HSS) a modernej vysokopevnostnej ocele (AHSS) znamená vedenie plochého zvitku cez sériu progresívne tvarovaných valcov, pričom každý ohýba materiál o niekoľko stupňov ďalej, až kým nedosiahne konečný profil prierezu. Pretože k deformácii dochádza postupne naprieč mnohými valcovacími stanicami a nie jedným zdvihom, tvarovanie valcovaním udržuje napätie na materiáli rovnomernejšie ako metódy tvarovania s jedným úderom, čo je hlavný dôvod, prečo je to preferovaný proces pre triedy AHSS, ktoré ľahšie praskajú pri náhlej, koncentrovanej sile.

Typy HSS a AHSS – vrátane dvojfázových (DP), transformáciou indukovanej plasticity (TRIP) a martenzitických ocelí – ponúkajú pevnosť v ťahu v rozsahu od zhruba 440 MPa do 1 500 MPa, v porovnaní s 270 – 400 MPa pre konvenčnú mäkkú oceľ. Táto sila umožňuje výrobcom automobilov používať tenší materiál pre rovnaký konštrukčný výkon, čo priamo podporuje ciele zníženia hmotnosti vozidla bez obetovania bezpečnosti pri náraze.

Proces formovania automobilových valcov

V automobilovej výrobe sa linka na valcovanie zvyčajne riadi týmto poradím:

1. Materiál zvitkov sa odvíja a kontinuálne privádza do linky, často s vyrovnávačom na odstránenie zakrivenia zvitku pred tvarovaním.
2. Pás prechádza sériou valcovacích staníc, z ktorých každá pridáva malý prírastok ohybu, čím sa plochý pás postupne tvaruje do cieľového profilu – klobúkového kanála, rúrky alebo zložitého konštrukčného tvaru s viacerými ohybmi.
3. In-line dierovacie alebo vrúbkovacie stanice, ak je to potrebné, vyrežú montážne otvory alebo majú výrezy, kým je pás ešte plochý alebo čiastočne vytvorený, pretože dierovanie po úplnom tvarovaní je oveľa ťažšie.
4. Vytvarovaný profil prechádza rezacím lisom, ktorý ho strihá na dĺžku bez zastavenia vlasca pomocou letmého odrezania synchronizovaného s rýchlosťou linky.
5. Hotové diely môžu prejsť in-line alebo sekundárnym zváraním, náterom alebo tepelným spracovaním pred tým, ako sú pripravené na montáž.

Táto nepretržitá, veľkoobjemová povaha je to, čo robí valcovanie obzvlášť vhodné pre automobilovú výrobu, kde rovnaký štrukturálny profil – dverové nosníky, výstuže nárazníkov, strešné lišty alebo komponenty rámu sedadla – môže byť potrebné spustiť v desiatkach alebo stovkách tisíc lineárnych stôp ročne.

Tvarovanie valcom vs razenie

Tvarovanie valcovaním a lisovanie tvarujú plochú oceľ do konštrukčných dielov, ale vyhovujú rôznym geometriám dielov a výrobným profilom.

Valcovanie a lisovanie v porovnaní s výrobou konštrukčných automobilových dielov.

Špecificky pre AHSS je postupné ohýbanie na viacerých staniciach pri valcovaní hlavnou výhodou oproti jednorazovej deformácii razenia, pretože triedy AHSS majú vo všeobecnosti nižšie predĺženie pred zlomom a sú citlivejšie na rýchlosť deformácie a koncentráciu napätia, ktorú raziaca matrica aplikuje jedným pohybom.

Dizajn nástrojov na tvarovanie valcov pre AHSS

Konštrukcia nástrojov na tvarovanie valcovaním AHSS sa líši od nástrojov z mäkkej ocele v niekoľkých smeroch, poháňaných vyššími formovacími silami a pružením, ktoré materiál vytvára:

• Viac formovacích staníc — Profily AHSS zvyčajne vyžadujú dodatočné valčekové prechody v porovnaní s ekvivalentným profilom z mäkkej ocele, pričom sa uhol ohybu rozloží na viac prírastkov, aby sa znížilo napätie na jeden prechod.
• Tvrdšie rolovacie materiály — Zvyčajne sa vyžadujú valce z nástrojovej ocele s povlakmi odolnými proti opotrebeniu alebo s tvrdenými povrchmi, pretože AHSS urýchľuje opotrebovanie valcov v porovnaní s mäkkou oceľou.
• Zvýšené sily oddeľovania valcov — rámy mlynov, hriadele a ložiská musia byť dimenzované na vyššie zaťaženie ako len linka z mäkkej ocele, pretože AHSS silnejšie odoláva deformácii na každej stanici.
• Kompenzácia za prekročenie ohybu — Profily nástrojov sú zvyčajne navrhnuté s vypočítanými uhlami prehnutia, aby pôsobili proti spätnému pruženiu a zasiahli konečné rozmerové ciele.

Odpruženie z vysokopevnostnej ocele

Odpruženie je tendencia tvárneného kovu čiastočne sa vrátiť do pôvodného plochého tvaru po odstránení tvárniacej sily, spôsobená pružnou obnovovacou časťou deformácie materiálu. Ocele s vyššou pevnosťou majú vo všeobecnosti vyššiu medzu klzu v porovnaní s ich modulom pružnosti, čo znamená, že väčší podiel celkovej deformácie je skôr elastický (obnoviteľný) ako plastický (trvalý) – takže AHSS pruží viac ako mäkká oceľ ohnutá do rovnakého uhla.

Linky na tvarovanie valcov riešia pruženie predovšetkým nadmerným ohýbaním: každá valcovacia stanica ohýba materiál mierne za cieľový uhol, pričom predvída, do akej miery sa po uvoľnení uvoľní. Presný uhol ohybu sa zvyčajne určuje kombináciou softvéru na simuláciu tvarovania a fyzických skúšobných behov, pretože pruženie sa líši podľa triedy ocele, hrúbky a geometrie profilu a dokonca aj malé zmeny vo vlastnostiach materiálu medzi cievkami môžu posunúť množstvo potrebnej korekcie.