Vysokorýchlostná výrobná linka na horúce lisovanie pre ultra vysokopevnostnú oceľ (hliník)
Kľúčové vlastnosti
Výrobná linka je navrhnutá tak, aby optimalizovala výrobný proces automobilových dielov pomocou technológie horúceho lisovania. Tento proces, v Ázii známy ako horúce lisovanie a v Európe ako kalenie lisovaním, zahŕňa zahriatie polotovaru na určitú teplotu a jeho následné lisovanie v zodpovedajúcich formách pomocou hydraulického lisu, pričom sa udržiava tlak, aby sa dosiahol požadovaný tvar a kovový materiál prešiel fázovou transformáciou. Techniku horúceho lisovania možno rozdeliť na priame a nepriame horúce lisovanie.
Výhody
Jednou z kľúčových výhod konštrukčných komponentov lisovaných za tepla je ich vynikajúca tvárnosť, ktorá umožňuje výrobu zložitých geometrií s výnimočnou pevnosťou v ťahu. Vysoká pevnosť dielov lisovaných za tepla umožňuje použitie tenších plechov, čím sa znižuje hmotnosť komponentov a zároveň sa zachováva štrukturálna integrita a odolnosť voči nárazu. Medzi ďalšie výhody patria:
Znížené spájacie operácie:Technológia horúceho lisovania znižuje potrebu zvárania alebo upevňovania spojov, čo vedie k zlepšeniu efektivity a lepšej integrite produktu.
Minimalizované pružné spätné rázy a deformácie:Proces horúceho lisovania minimalizuje nežiaduce deformácie, ako je napríklad pružné spätné rázy a deformácia dielov, čím sa zabezpečuje presná rozmerová presnosť a znižuje sa potreba dodatočného opracovania.
Menej chýb dielov:Diely lisované za tepla vykazujú v porovnaní s metódami tvárnenia za studena menej defektov, ako sú praskliny a štiepenie, čo vedie k zlepšeniu kvality výrobku a zníženiu odpadu.
Tonáž spodného lisu:Horúca razba znižuje potrebnú tonáž lisu v porovnaní s technikami tvárnenia za studena, čo vedie k úsporám nákladov a zvýšeniu efektivity výroby.
Prispôsobenie vlastností materiálu:Technológia horúceho lisovania umožňuje prispôsobenie vlastností materiálu na základe špecifických oblastí dielu, čím sa optimalizuje výkon a funkčnosť.
Vylepšené mikroštrukturálne vylepšenia:Horúca razba ponúka možnosť zlepšiť mikroštruktúru materiálu, čo vedie k zlepšeným mechanickým vlastnostiam a zvýšenej trvanlivosti výrobku.
Zjednodušené výrobné kroky:Horúca razba eliminuje alebo redukuje medzikroky výroby, čo vedie k zjednodušenému výrobnému procesu, zvýšenej produktivite a kratším dodacím lehotám.
Aplikácie produktov
Výrobná linka na vysokorýchlostné lisovanie za tepla z vysokopevnostnej ocele (hliníka) nachádza široké uplatnenie pri výrobe bielych karosárskych dielov automobilov. Patria sem zostavy stĺpikov, nárazníky, nosníky dverí a zostavy strešných líšt používaných v osobných vozidlách. Okrem toho sa v odvetviach, ako je letecký a kozmický priemysel, obrana a rozvíjajúce sa trhy, čoraz viac skúma použitie pokročilých zliatin, ktoré sú umožnené lisovaním za tepla. Tieto zliatiny ponúkajú výhody vyššej pevnosti a zníženej hmotnosti, ktoré je ťažké dosiahnuť inými metódami tvárnenia.
Záverom možno povedať, že výrobná linka na horúce lisovanie vysokopevnostnej ocele (hliníka) zaisťuje presnú a efektívnu výrobu zložitých tvarovaných dielov karosérie automobilov. Vďaka vynikajúcej tvárnosti, zníženému počtu spojovacích operácií, minimalizovaným chybám a vylepšeným materiálovým vlastnostiam poskytuje táto výrobná linka množstvo výhod. Jej využitie sa rozširuje aj na výrobu bielych dielov karosérie pre osobné vozidlá a ponúka potenciálne výhody v leteckom priemysle, obrane a na rozvíjajúcich sa trhoch. Investujte do výrobnej linky na horúce lisovanie vysokopevnostnej ocele (hliníka) a dosiahnete vynikajúci výkon, produktivitu a výhody ľahkej konštrukcie v automobilovom a príbuzných odvetviach.
Čo je to horúca razba?
Horúce lisovanie, v Európe známe aj ako kalenie lisovaním a v Ázii ako tvárnenie za tepla, je metóda tvárnenia materiálu, pri ktorej sa polotovar zahreje na určitú teplotu a potom sa v príslušnej forme razí a kalí pod tlakom, aby sa dosiahol požadovaný tvar a vyvolala fázová transformácia v kovovom materiáli. Technológia horúceho lisovania zahŕňa zahrievanie plechov z bórovej ocele (s počiatočnou pevnosťou 500 – 700 MPa) do austenitizačného stavu, ich rýchle prenesenie do formy na vysokorýchlostné lisovanie a kalenie dielu vo forme rýchlosťou ochladzovania vyššou ako 27 °C/s, po čom nasleduje obdobie zotrvania pod tlakom, aby sa získali oceľové komponenty s ultra vysokou pevnosťou a rovnomernou martenzitickou štruktúrou.
Výhody horúcej razby
Zlepšená medza pevnosti v ťahu a schopnosť vytvárať zložité geometrie.
Znížená hmotnosť komponentov použitím tenšieho plechu pri zachovaní štrukturálnej integrity a odolnosti voči nárazu.
Znížená potreba spojovacích operácií, ako je zváranie alebo upevňovanie.
Minimalizované spätné pružnenie a deformácia dielov.
Menej chýb dielov, ako sú praskliny a praskliny.
Nižšie požiadavky na hmotnosť lisu v porovnaní s tvárnením za studena.
Možnosť prispôsobiť vlastnosti materiálu na základe špecifických zón dielu.
Vylepšené mikroštruktúry pre lepší výkon.
Zjednodušený výrobný proces s menším počtom operačných krokov na získanie hotového produktu.
Tieto výhody prispievajú k celkovej účinnosti, kvalite a výkonu konštrukčných komponentov lisovaných za tepla.
Viac informácií o horúcej razbe
1. Horúce razenie vs. razenie za studena
Horúce lisovanie je proces tvárnenia, ktorý sa vykonáva po predhriatí oceľového plechu, zatiaľ čo lisovanie za studena sa vzťahuje na priame lisovanie oceľového plechu bez predhriatia.
Lisovanie za studena má oproti lisovaniu za tepla jasné výhody. Má však aj určité nevýhody. Vzhľadom na vyššie namáhanie spôsobené procesom lisovania za studena v porovnaní s lisovaním za tepla sú výrobky lisované za studena náchylnejšie na praskanie a štiepenie. Preto je na lisovanie za studena potrebné presné lisovacie zariadenie.
Lisovanie za tepla zahŕňa zahrievanie oceľového plechu na vysoké teploty pred lisovaním a súčasné kalenie v nástroji. To vedie k úplnej premene mikroštruktúry ocele na martenzit, čo má za následok vysokú pevnosť v rozmedzí od 1500 do 2000 MPa. V dôsledku toho vykazujú výrobky lisované za tepla vyššiu pevnosť v porovnaní s náprotivkami lisovanými za studena.
2. Priebeh procesu horúceho lisovania
Lisovanie za tepla, známe aj ako „kalenie tlakom“, zahŕňa zahrievanie vysokopevnostného plechu s počiatočnou pevnosťou 500 – 600 MPa na teploty medzi 880 a 950 °C. Zahriaty plech sa potom rýchlo lisuje a kalí v matrici, pričom sa dosahuje rýchlosť ochladzovania 20 – 300 °C/s. Transformácia austenitu na martenzit počas kalenia výrazne zvyšuje pevnosť súčiastky, čo umožňuje výrobu lisovaných dielov s pevnosťou až 1500 MPa. Techniky lisovania za tepla možno rozdeliť do dvoch kategórií: priame lisovanie za tepla a nepriame lisovanie za tepla:
Pri priamom lisovaní za tepla sa predhriaty polotovar priamo privádza do uzavretej matrice na lisovanie a kalenie. Následné procesy zahŕňajú chladenie, orezávanie hrán a dierovanie (alebo rezanie laserom) a čistenie povrchu.
Fiture1: režim spracovania horúcou razbou – priama horúca razba
Pri procese nepriameho lisovania za tepla sa krok predtvarovania za studena vykonáva pred vstupom do fáz ohrevu, lisovania za tepla, orezávania hrán, dierovania a čistenia povrchu.
Hlavný rozdiel medzi procesmi nepriameho lisovania za tepla a priameho lisovania za tepla spočíva v zahrnutí kroku predtvarovania za studena pred ohrevom v nepriamej metóde. Pri priamom lisovaní za tepla sa plech priamo privádza do vykurovacej pece, zatiaľ čo pri nepriamom lisovaní za tepla sa za studena tvarovaný predtvarovaný komponent posiela do vykurovacej pece.
Proces nepriamej razby za tepla zvyčajne zahŕňa nasledujúce kroky:
Predtvarovanie za studena -- Zahrievanie -- Lisovanie za tepla -- Orezávanie hrán a dierovanie -- Čistenie povrchu
Fiture2: režim spracovania horúcou razbou – nepriama horúca razba
3. Hlavné zariadenie na horúce lisovanie zahŕňa vykurovaciu pec, lis na tvárnenie za tepla a formy na horúce lisovanie.
Vykurovacia pec:
Ohrevná pec je vybavená funkciami ohrevu a regulácie teploty. Je schopná ohriať vysokopevnostné plechy na teplotu rekryštalizácie v stanovenom čase, čím sa dosiahne austenitický stav. Musí byť schopná prispôsobiť sa požiadavkám rozsiahlej automatizovanej kontinuálnej výroby. Keďže s ohriatymi predvalkami je možné manipulovať iba robotmi alebo mechanickými ramenami, pec vyžaduje automatizované nakladanie a vykladanie s vysokou presnosťou polohovania. Okrem toho by pri ohrevu nepotiahnutých oceľových plechov mala byť zabezpečená ochrana plynu, aby sa zabránilo oxidácii povrchu a dekarbonizácii predvalka.
Lis na tvárnenie za tepla:
Lis je jadrom technológie horúcej razby. Musí mať schopnosť rýchleho razenia a držania, ako aj byť vybavený systémom rýchleho chladenia. Technická zložitosť lisov na tvárnenie za tepla ďaleko prevyšuje zložitosť konvenčných lisov na lisovanie za studena. V súčasnosti len niekoľko zahraničných spoločností zvládlo konštrukciu a výrobnú technológiu takýchto lisov a všetky sú závislé od dovozu, čo ich robí drahými.
Formy na horúcu razbu:
Formy na lisovanie za tepla vykonávajú fázu tvárnenia aj kalenia. Vo fáze tvárnenia, akonáhle je polotovar vložený do dutiny formy, forma rýchlo dokončí proces lisovania, aby sa zabezpečilo dokončenie formovania dielu predtým, ako materiál prejde martenzitickou fázovou premenou. Potom vstupuje do fázy kalenia a chladenia, kde sa teplo z obrobku vo vnútri formy kontinuálne prenáša do formy. Chladiace rúrky umiestnené vo forme okamžite odvádzajú teplo prostredníctvom prúdiacej chladiacej kvapaliny. Martenziticko-austenitická premena začína, keď teplota obrobku klesne na 425 °C. Premena medzi martenzitom a austenitom končí, keď teplota dosiahne 280 °C, a obrobok sa vyberie pri 200 °C. Úlohou uchytenia formy je zabrániť nerovnomernej tepelnej rozťažnosti a sťahovaniu počas procesu kalenia, čo by mohlo viesť k významným zmenám tvaru a rozmerov dielu a následne k odpadu. Okrem toho zvyšuje účinnosť prenosu tepla medzi obrobkom a formou, čím podporuje rýchle kalenie a chladenie.
Stručne povedané, hlavné zariadenia na lisovanie za tepla zahŕňajú vykurovaciu pec na dosiahnutie požadovanej teploty, lis na tvárnenie za tepla na rýchle lisovanie a držanie s rýchlym chladiacim systémom a formy na lisovanie za tepla, ktoré vykonávajú fázy tvárnenia aj kalenia, aby sa zabezpečilo správne tvarovanie dielov a účinné chladenie.
Rýchlosť chladenia pri kalení ovplyvňuje nielen čas výroby, ale aj účinnosť premeny medzi austenitom a martenzitom. Rýchlosť chladenia určuje, aký druh kryštalickej štruktúry sa vytvorí, a súvisí s konečným kalením obrobku. Kritická teplota chladenia bórovej ocele je približne 30 ℃/s a iba vtedy, keď rýchlosť chladenia prekročí kritickú teplotu chladenia, sa môže v najväčšej miere podporiť tvorba martenzitickej štruktúry. Ak je rýchlosť chladenia nižšia ako kritická rýchlosť chladenia, v kryštalizačnej štruktúre obrobku sa objavia nemartenzitické štruktúry, ako je bainit. Čím vyššia je však rýchlosť chladenia, tým lepšie, čím vyššia je rýchlosť chladenia, tým lepšie dôjde k praskaniu tvarovaných dielov a primeraný rozsah rýchlosti chladenia je potrebné určiť podľa zloženia materiálu a procesných podmienok dielov.
Keďže konštrukcia chladiacej rúry priamo súvisí s veľkosťou rýchlosti chladenia, chladiaca rúra sa vo všeobecnosti navrhuje s ohľadom na maximálnu účinnosť prenosu tepla, takže smer navrhnutej chladiacej rúry je zložitejší a je ťažké ho dosiahnuť mechanickým vŕtaním po dokončení odlievania do formy. Aby sa predišlo obmedzeniam mechanickým spracovaním, pred odlievaním do formy sa vo všeobecnosti volí metóda rezervovania vodných kanálov.
Pretože nástroj na lisovanie za tepla pracuje dlhodobo pri teplotách od 200 ℃ do 880 až 950 ℃ za silných striedavých podmienok chladu a tepla, musí mať materiál formy na lisovanie za tepla dobrú štrukturálnu tuhosť a tepelnú vodivosť a musí odolávať silnému tepelnému treniu generovanému polotovarom pri vysokej teplote a abrazívnemu opotrebovaniu spôsobenému unikajúcimi oxidovými vrstvami. Okrem toho by mal mať materiál formy aj dobrú odolnosť voči korózii chladiacej kvapaliny, aby sa zabezpečil plynulý tok chladiacej rúrky.
Orezávanie a piercing
Pretože pevnosť dielov po horúcom lisovaní dosahuje približne 1500 MPa, ak sa použije lisovanie a dierovanie, požiadavky na hmotnosť zariadenia sú väčšie a opotrebovanie rezných hrán je značné. Preto sa na rezanie hrán a otvorov často používajú laserové rezacie jednotky.
4. Bežné druhy ocele na lisovanie za tepla
Výkon pred razením
Výkon po razení
V súčasnosti je bežnou triedou ocele na lisovanie za tepla B1500HS. Pevnosť v ťahu pred lisovaním je zvyčajne medzi 480-800 MPa a po lisovaní môže pevnosť v ťahu dosiahnuť 1300-1700 MPa. To znamená, že oceľový plech s pevnosťou v ťahu 480-800 MPa, tvarovaný lisovaním za tepla, môže dosiahnuť pevnosť v ťahu približne 1300-1700 MPa.
5. Použitie ocele na lisovanie za tepla
Použitie dielov lisovaných za tepla môže výrazne zlepšiť bezpečnosť automobilu pri kolízii a dosiahnuť nízku hmotnosť karosérie automobilu v bielej farbe. V súčasnosti sa technológia lisovania za tepla používa na biele časti karosérie osobných automobilov, ako sú napríklad stĺpiky A, stĺpiky B, nárazníky, nosníky dverí, strešné lišty a ďalšie časti. Príklady dielov vhodných na zníženie hmotnosti nájdete na obrázku 3 nižšie.
obrázok 3: Biele komponenty karosérie vhodné na lisovanie za tepla
Obr. 4: lisovacia linka na horúcu razbu od spoločnosti Jiangdong s výkonom 1200 ton
V súčasnosti sú riešenia spoločnosti JIANGDONG MACHINERY pre výrobu hydraulických lisov na lisovanie za tepla veľmi vyspelé a stabilné. V oblasti tvárnenia za tepla v Číne patria k popredným. Ako podpredseda pobočky kovacích strojov Čínskej asociácie obrábacích strojov, ako aj ako členská jednotka Čínskeho výboru pre štandardizáciu kovacích strojov, sme sa tiež venovali výskumu a aplikačnej práci v oblasti národného superrýchlostného lisovania ocele a hliníka za tepla, čo zohralo obrovskú úlohu pri podpore rozvoja odvetvia lisovania za tepla v Číne a dokonca aj na celom svete.
