Vysokorychlostní výrobní linka pro horké ražení ultra vysokopevnostní oceli (hliníku)
Klíčové vlastnosti
Výrobní linka je navržena tak, aby optimalizovala proces výroby automobilových dílů pomocí technologie horké ražby. Tento proces, v Asii známý jako horká ražba a v Evropě jako kalení lisováním, zahrnuje zahřátí polotovaru na určitou teplotu a jeho následné lisování v odpovídajících formách pomocí hydraulické lisy za současného udržování tlaku, aby se dosáhlo požadovaného tvaru a došlo k fázové transformaci kovového materiálu. Techniku horké ražby lze rozdělit na metody přímé a nepřímé horké ražby.
Výhody
Jednou z klíčových výhod za tepla lisovaných konstrukčních prvků je jejich vynikající tvárnost, která umožňuje výrobu složitých geometrií s výjimečnou pevností v tahu. Vysoká pevnost za tepla lisovaných dílů umožňuje použití tenčích plechů, což snižuje hmotnost součástí a zároveň zachovává strukturální integritu a odolnost proti nárazu. Mezi další výhody patří:
Snížené spojovací operace:Technologie horkého ražení snižuje potřebu svařování nebo upevňování spojů, což vede ke zvýšení efektivity a lepší integritě produktu.
Minimalizované pružné zpětné rázy a deformace:Proces horkého ražení minimalizuje nežádoucí deformace, jako je pružné pnutí a deformace dílů, čímž zajišťuje přesnou rozměrovou přesnost a snižuje potřebu dodatečného opracování.
Méně vad dílů:Díly lisované za tepla vykazují ve srovnání s metodami tváření za studena méně vad, jako jsou praskliny a štěpení, což vede ke zlepšení kvality výrobku a snížení odpadu.
Tonáž spodního lisu:Horká ražba snižuje potřebnou hmotnost lisu ve srovnání s technikami tváření za studena, což vede k úsporám nákladů a zvýšení efektivity výroby.
Přizpůsobení vlastností materiálu:Technologie horkého ražení umožňuje přizpůsobení vlastností materiálu na základě specifických oblastí dílu, čímž se optimalizuje výkon a funkčnost.
Vylepšená mikrostrukturální vylepšení:Horká ražba nabízí možnost zlepšit mikrostrukturu materiálu, což vede ke zlepšení mechanických vlastností a zvýšení trvanlivosti výrobku.
Zjednodušené výrobní kroky:Horká ražba eliminuje nebo redukuje mezikroky ve výrobě, což vede ke zjednodušení výrobního procesu, zvýšení produktivity a kratším dodacím lhůtám.
Aplikace produktů
Výrobní linka pro vysokorychlostní lisování za tepla z vysokopevnostní oceli (hliníku) nachází široké uplatnění při výrobě bílých dílů karoserie automobilů. Patří sem sloupky, nárazníky, nosníky dveří a střešní ližiny používané v osobních vozidlech. Kromě toho se v odvětvích, jako je letecký průmysl, obrana a rozvíjející se trhy, stále více zkoumá použití pokročilých slitin, které umožňují lisování za tepla. Tyto slitiny nabízejí výhody vyšší pevnosti a snížené hmotnosti, kterých je obtížné dosáhnout jinými metodami tváření.
Závěrem lze říci, že linka pro vysokorychlostní lisování za tepla z vysokopevnostní oceli (hliníku) zajišťuje přesnou a efektivní výrobu složitých tvarů automobilových karosářských dílů. Díky vynikající tvárnosti, sníženému počtu spojovacích operací, minimalizovaným vadám a vylepšeným materiálovým vlastnostem nabízí tato výrobní linka řadu výhod. Její uplatnění sahá až do výroby bílých karosářských dílů pro osobní vozidla a nabízí potenciální přínosy v leteckém, obranném a rozvíjejícím se průmyslu. Investujte do linky pro vysokorychlostní lisování za tepla z vysokopevnostní oceli (hliníku) a dosáhněte vynikajícího výkonu, produktivity a lehké konstrukce v automobilovém a souvisejícím průmyslu.
Co je to horká ražba?
Horké ražení, v Evropě známé také jako kalení za tepla a v Asii jako tváření za tepla, je metoda tváření materiálu, při které se polotovar zahřeje na určitou teplotu a poté se v odpovídající formě razí a kalí pod tlakem, aby se dosáhlo požadovaného tvaru a vyvolala fázová transformace kovového materiálu. Technologie horkého ražení zahrnuje zahřátí plechů z bórové oceli (s počáteční pevností 500–700 MPa) do austenitizačního stavu, jejich rychlé přenesení do formy pro vysokorychlostní ražení a kalení dílu ve formě rychlostí ochlazování vyšší než 27 °C/s, po kterém následuje doba udržení pod tlakem, aby se získaly ocelové součásti s ultra vysokou pevností a jednotnou martenzitickou strukturou.
Výhody horké ražby
Zlepšená pevnost v tahu a schopnost vytvářet složité geometrie.
Snížená hmotnost součástí použitím tenčího plechu při zachování strukturální integrity a odolnosti proti nárazu.
Snížená potřeba spojovacích operací, jako je svařování nebo upevňování.
Minimalizované zpětné pružnění a deformace dílů.
Méně vad dílů, jako jsou praskliny a praskliny.
Nižší požadavky na hmotnost lisu ve srovnání s tvářením za studena.
Schopnost přizpůsobit vlastnosti materiálu na základě specifických zón dílu.
Vylepšené mikrostruktury pro lepší výkon.
Zjednodušený výrobní proces s menším počtem operačních kroků k získání hotového produktu.
Tyto výhody přispívají k celkové účinnosti, kvalitě a výkonu za tepla lisovaných konstrukčních prvků.
Více informací o horké ražbě
1. Horké ražení vs. studené ražení
Horké ražení je proces tváření, který se provádí po předehřátí ocelového plechu, zatímco ražení za studena označuje přímé ražení ocelového plechu bez předehřátí.
Studená ražba má oproti horké ražbě zjevné výhody. Vykazuje však i určité nevýhody. Vzhledem k vyššímu namáhání vyvolanému procesem ražby za studena ve srovnání s horkou ražbou jsou výrobky ražené za studena náchylnější k praskání a štěpení. Proto je pro ražbu za studena vyžadováno přesné ražební zařízení.
Horké ražení zahrnuje zahřátí ocelového plechu na vysoké teploty před ražením a současné kalení ve formě. To vede k úplné transformaci mikrostruktury oceli na martenzit, což má za následek vysokou pevnost v rozmezí 1500 až 2000 MPa. V důsledku toho vykazují výrobky ražené za tepla vyšší pevnost ve srovnání s výrobky raženými za studena.
2. Průběh procesu horkého ražení
Horké ražení, známé také jako „kalení tlakem“, zahrnuje zahřátí vysokopevnostního plechu s počáteční pevností 500–600 MPa na teploty mezi 880 a 950 °C. Zahřátý plech se poté rychle ražení a kalení v matrici, čímž se dosáhne rychlosti chlazení 20–300 °C/s. Transformace austenitu na martenzit během kalení výrazně zvyšuje pevnost součásti, což umožňuje výrobu lisovaných dílů s pevností až 1500 MPa. Techniky horkého ražení lze rozdělit do dvou kategorií: přímé horké ražení a nepřímé horké ražení:
Při přímém ražení za tepla se předehřátý polotovar přímo přivádí do uzavřené matrice pro ražení a kalení. Následné procesy zahrnují chlazení, ořezávání hran a děrování (nebo řezání laserem) a čištění povrchu.
Fiture1: režim zpracování horkou ražbou – přímá horká ražba
V procesu nepřímé ražby za tepla se krok předtvarování za studena provádí před vstupem do fází ohřevu, ražby za tepla, ořezávání hran, děrování a čištění povrchu.
Hlavní rozdíl mezi procesy nepřímého ražení za tepla a přímého ražení za tepla spočívá v zahrnutí kroku předtvarování za studena před ohřevem u nepřímé metody. Při přímém ražení za tepla se plech přímo přivádí do ohřívací pece, zatímco při nepřímém ražení se za studena tvarovaný předtvarovaný díl posílá do ohřívací pece.
Proces nepřímé horké ražby obvykle zahrnuje následující kroky:
Tváření za studena, předtvarování -- Ohřev -- Horká ražba -- Ořezávání hran a děrování -- Čištění povrchu
Fiture2: režim zpracování horkou ražbou – nepřímá horká ražba
3. Hlavní zařízení pro horkou ražbu zahrnuje topnou pec, lis pro tváření za tepla a formy pro horkou ražbu
Topná pec:
Ohřívací pec je vybavena funkcemi ohřevu a regulace teploty. Je schopna ohřát vysokopevnostní plechy na teplotu rekrystalizace v daném čase a dosáhnout austenitického stavu. Musí být schopna se přizpůsobit požadavkům na velkoobjemovou automatizovanou kontinuální výrobu. Protože s ohřátým polotovarem lze manipulovat pouze roboty nebo mechanickými rameny, vyžaduje pec automatizované vkládání a vykládání s vysokou přesností polohování. Při ohřevu nepovlakovaných ocelových plechů by navíc měla být zajištěna ochrana proti plynu, aby se zabránilo oxidaci povrchu a dekarbonizaci polotovaru.
Lis za tepla:
Lis je jádrem technologie horké ražby. Musí být schopen rychlého ražení a udržení a také musí být vybaven systémem rychlého chlazení. Technická složitost lisů pro tváření za tepla daleko převyšuje složitost konvenčních lisů pro ražbu za studena. V současné době jen několik zahraničních firem zvládlo konstrukci a výrobní technologii takových lisů a všechny jsou závislé na dovozu, což je činí drahými.
Formy pro horkou ražbu:
Formy pro ražení za tepla provádějí jak fázi tváření, tak i kalení. Ve fázi tváření, jakmile je polotovar vložen do dutiny formy, forma rychle dokončí proces ražení, aby se zajistilo dokončení tvarování dílu předtím, než materiál projde martenzitickou fázovou transformací. Poté vstupuje do fáze kalení a chlazení, kde se teplo z obrobku uvnitř formy kontinuálně přenáší do formy. Chladicí trubky uspořádané uvnitř formy okamžitě odvádějí teplo proudící chladivou. Martenziticko-austenitická transformace začíná, když teplota obrobku klesne na 425 °C. Transformace mezi martenzitem a austenitem končí, když teplota dosáhne 280 °C, a obrobek se vyjme při 200 °C. Úlohou uchycení formy je zabránit nerovnoměrnému tepelnému roztahování a smršťování během procesu kalení, což by mohlo vést k významným změnám tvaru a rozměrů dílu a vést ke zmetku. Kromě toho zvyšuje účinnost přenosu tepla mezi obrobkem a formou, což podporuje rychlé kalení a chlazení.
Stručně řečeno, hlavní zařízení pro lisování za tepla zahrnuje topnou pec pro dosažení požadované teploty, lis pro tváření za tepla pro rychlé lisování a udržení s rychlým chladicím systémem a formy pro lisování za tepla, které provádějí jak fáze tváření, tak i kalení, aby bylo zajištěno správné tvarování dílů a efektivní chlazení.
Rychlost ochlazování při kalení ovlivňuje nejen dobu výroby, ale také účinnost přeměny mezi austenitem a martenzitem. Rychlost ochlazování určuje, jaký druh krystalické struktury se vytvoří, a souvisí s konečným účinkem kalení obrobku. Kritická teplota ochlazování borové oceli je asi 30 °C/s a pouze tehdy, když rychlost ochlazování překročí kritickou teplotu ochlazování, může být tvorba martenzitické struktury podpořena v maximální míře. Pokud je rychlost ochlazování nižší než kritická rychlost ochlazování, objeví se v krystalické struktuře obrobku nemartenzitické struktury, jako je bainit. Čím vyšší je však rychlost ochlazování, tím lépe, čím vyšší je rychlost ochlazování, tím lépe povede k praskání tvarovaných dílů a přiměřený rozsah rychlosti ochlazování je třeba stanovit podle složení materiálu a procesních podmínek dílů.
Protože konstrukce chladicí trubky přímo souvisí s velikostí rychlosti chlazení, je chladicí trubka obecně navržena s ohledem na maximální účinnost přenosu tepla, takže směr navržené chladicí trubky je složitější a je obtížné jej dosáhnout mechanickým vrtáním po dokončení odlévání do formy. Aby se předešlo omezením mechanickým zpracováním, obvykle se volí metoda rezervace vodních kanálů před odléváním do formy.
Protože forma pracuje dlouhodobě při teplotách 200 ℃ až 880~950 ℃ za silných střídavých podmínek chladu a horka, musí mít materiál formy pro ražbu za tepla dobrou strukturální tuhost a tepelnou vodivost a musí odolávat silnému tepelnému tření generovanému polotovarem při vysoké teplotě a abrazivnímu opotřebení způsobenému unikajícími částicemi oxidové vrstvy. Kromě toho by materiál formy měl mít také dobrou odolnost proti korozi chladicí kapaliny, aby byl zajištěn hladký tok chladicí trubky.
Ořezávání a piercing
Protože pevnost dílů po ražení za tepla dosahuje přibližně 1500 MPa, jsou při použití lisování a děrování požadavky na hmotnost zařízení větší a opotřebení řezných hran je značné. Proto se k řezání hran a otvorů často používají laserové řezací jednotky.
4. Běžné druhy oceli pro ražení za tepla
Výkon před razítkováním
Výkon po ražení
V současné době je běžnou jakostí oceli pro ražení za tepla B1500HS. Pevnost v tahu před ražením se obvykle pohybuje mezi 480-800 MPa a po ražení může pevnost v tahu dosáhnout 1300-1700 MPa. To znamená, že ocelový plech s pevností v tahu 480-800 MPa, ražením za tepla, může dosáhnout pevnosti v tahu dílů přibližně 1300-1700 MPa.
5. Použití oceli pro ražení za tepla
Použití dílů lisovaných za tepla může výrazně zlepšit bezpečnost automobilu při kolizi a dosáhnout nízké hmotnosti karoserie automobilu v bílé barvě. V současné době se technologie lisování za tepla používá na bílé části karoserie osobních automobilů, jako jsou A-sloupky, B-sloupky, nárazníky, nosníky dveří, střešní nosiče a další díly. Příklad dílů vhodných pro odlehčení viz obrázek 3 níže.
obrázek 3: Bílé komponenty karoserie vhodné pro horkou ražbu
Obr. 4: lisovací linka pro horkou ražbu od společnosti Jiangdong Machinery o výkonu 1200 tun
V současné době jsou řešení výrobních linek pro hydraulické lisy pro ražbu za tepla od společnosti JIANGDONG MACHINERY velmi vyspělá a stabilní. V čínském oboru tváření za tepla patří k předním. Jako místopředseda pobočky kovacích strojů Čínské asociace obráběcích strojů a členské jednotky Čínského výboru pro standardizaci kovacích strojů jsme se také věnovali výzkumu a aplikační práci v oblasti národního superrychlostního ražby oceli a hliníku za tepla, což sehrálo obrovskou roli v podpoře rozvoje odvětví ražby za tepla v Číně i ve světě.
