Erittäin nopea kuumaleimauslinja erittäin lujalle teräkselle (alumiini)
Tärkeimmät ominaisuudet
Tuotantolinja on suunniteltu optimoimaan auton osien valmistusprosessia kuumaleimaustekniikan avulla. Tämä prosessi, joka tunnetaan Aasiassa kuumaleimauksena ja Euroopassa puristuskarkaisuna, käsittää aihion kuumentamisen tiettyyn lämpötilaan ja sen jälkeen puristamisen vastaaviin muotteihin hydraulisen puristustekniikan avulla samalla kun painetta ylläpidetään halutun muodon saavuttamiseksi ja metallimateriaalin faasimuutoksen suorittamiseksi. Kuumaleimaustekniikka voidaan luokitella suoraan ja epäsuoraan kuumaleimausmenetelmään.
Edut
Yksi kuumaleimattujen rakenneosien keskeisistä eduista on niiden erinomainen muovattavuus, joka mahdollistaa monimutkaisten geometrioiden valmistuksen poikkeuksellisella vetolujuudella. Kuumaleimattujen osien korkea lujuus mahdollistaa ohuempien metallilevyjen käytön, mikä vähentää komponenttien painoa säilyttäen samalla rakenteellisen eheyden ja törmäyslujuuden. Muita etuja ovat:
Vähemmän liitosoperaatioita:Kuumaleimaustekniikka vähentää hitsaus- tai kiinnitysliitosten tarvetta, mikä parantaa tehokkuutta ja parantaa tuotteen eheyttä.
Minimoitu palautuminen ja käyristyminen:Kuumaleimausprosessi minimoi ei-toivotut muodonmuutokset, kuten osan takaisinjouston ja vääntymisen, varmistaen tarkan mittatarkkuuden ja vähentäen lisätyön tarvetta.
Vähemmän osien vikoja:Kuumaleimatuissa osissa on vähemmän vikoja, kuten halkeamia ja lohkeamia, verrattuna kylmämuovausmenetelmiin, mikä parantaa tuotteen laatua ja vähentää jätettä.
Alempi prässipaino:Kuumapuristus vähentää tarvittavaa puristusvoimaa kylmämuovaustekniikoihin verrattuna, mikä johtaa kustannussäästöihin ja parantaa tuotantotehokkuutta.
Materiaaliominaisuuksien mukauttaminen:Kuumaleimaustekniikka mahdollistaa materiaalin ominaisuuksien mukauttamisen osan tiettyjen alueiden perusteella, mikä optimoi suorituskyvyn ja toiminnallisuuden.
Parannetut mikrorakenteelliset parannukset:Kuumaleimaus tarjoaa mahdollisuuden parantaa materiaalin mikrorakennetta, mikä johtaa parempiin mekaanisiin ominaisuuksiin ja tuotteen kestävyyden kasvuun.
Virtaviivaistetut tuotantovaiheet:Kuumaleimaus poistaa tai vähentää valmistuksen välivaiheita, mikä johtaa yksinkertaistettuun tuotantoprosessiin, parantuneeseen tuottavuuteen ja lyhyempiin läpimenoaikoihin.
Tuotesovellukset
Suurlujuusteräksestä (alumiini) valmistettua suurnopeuksista kuumaleimauslinjaa käytetään laajalti autojen valkoisten korinosien valmistuksessa. Näihin kuuluvat esimerkiksi pilarikokoonpanot, puskurit, ovipalkit ja henkilöautoissa käytettävät kattokiskot. Lisäksi kuumaleimauksen mahdollistamien edistyneiden seosten käyttöä tutkitaan yhä enemmän esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, puolustusteollisuudessa ja kehittyvillä markkinoilla. Nämä seokset tarjoavat suuremman lujuuden ja pienemmän painon etuja, joita on vaikea saavuttaa muilla muovausmenetelmillä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että suurlujuusteräksestä (alumiini) valmistettu nopea kuumaleimauslinja varmistaa monimutkaisten auton korinosien tarkan ja tehokkaan tuotannon. Erinomaisen muovattavuuden, vähentyneiden liitosoperaatioiden, minimoitujen virheiden ja parannettujen materiaaliominaisuuksien ansiosta tämä tuotantolinja tarjoaa lukuisia etuja. Sen sovellukset ulottuvat henkilöautojen valkoisten korinosien valmistukseen ja tarjoavat potentiaalisia etuja ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, puolustusteollisuudessa ja kehittyvillä markkinoilla. Investoi suurlujuusteräksestä (alumiini) valmistettuun nopeaan kuumaleimauslinjaan saavuttaaksesi erinomaisen suorituskyvyn, tuottavuuden ja kevyen rakenteen edut autoteollisuudessa ja siihen liittyvillä teollisuudenaloilla.
Mikä on kuumaleimaus?
Kuumaleimaus, joka tunnetaan Euroopassa myös nimellä puristuskarkaisu ja Aasiassa kuumaleimausmuovaus, on materiaalin muovausmenetelmä, jossa aihio kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan ja sitten leimataan ja sammutetaan paineen alaisena vastaavassa muotissa halutun muodon saavuttamiseksi ja metallimateriaalin faasimuutoksen aikaansaamiseksi. Kuumaleimaustekniikkaan kuuluu booriteräslevyjen (alkuperäislujuus 500–700 MPa) kuumentaminen austeniittiseen tilaan, niiden nopea siirtäminen muottiin suurnopeusleimausta varten ja osan sammuttaminen muotissa yli 27 °C/s jäähdytysnopeudella, jota seuraa paineen alaisena pitäminen, jotta saadaan erittäin lujia teräskomponentteja, joilla on tasainen martensiittinen rakenne.
Kuumaleimauksen edut
Parannettu vetolujuus ja kyky muodostaa monimutkaisia geometrioita.
Ohuempaa peltiä käyttämällä komponenttien painoa on pienennetty säilyttäen samalla rakenteellinen eheys ja törmäyskestävyys.
Vähentynyt tarve liitostöille, kuten hitsaukselle tai kiinnitykselle.
Minimoitu osan takaisinjousto ja vääntyminen.
Vähemmän osien vikoja, kuten halkeamia ja lohkeamia.
Pienempi puristimen painovaatimus verrattuna kylmämuovaukseen.
Mahdollisuus räätälöidä materiaalien ominaisuuksia tiettyjen osavyöhykkeiden perusteella.
Parannetut mikrorakenteet paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Virtaviivaistettu valmistusprosessi, jossa on vähemmän operatiivisia vaiheita valmiin tuotteen saamiseksi.
Nämä edut edistävät kuumaleimattujen rakenneosien yleistä tehokkuutta, laatua ja suorituskykyä.
Lisätietoja kuumaleimauksesta
1. Kuumaleimaus vs. kylmäleimaus
Kuumaleimaus on muovausprosessi, joka suoritetaan teräslevyn esilämmityksen jälkeen, kun taas kylmäleimaus viittaa teräslevyn suoraan leimaamiseen ilman esilämmitystä.
Kylmäleimauksella on selkeitä etuja kuumaleimaukseen verrattuna. Sillä on kuitenkin myös joitakin haittoja. Kylmäleimausprosessin aiheuttamien suurempien jännitysten vuoksi kylmäleimatut tuotteet ovat alttiimpia halkeilulle ja lohkeamiselle verrattuna kuumaleimaukseen. Siksi kylmäleimauksessa tarvitaan tarkkoja leimauslaitteita.
Kuumaleimauksessa teräslevy kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin ennen leimausta ja samalla sammutetaan muotissa. Tämä johtaa teräksen mikrorakenteen täydelliseen muuttumiseen martensiitiksi, mikä johtaa korkeaan lujuuteen 1500–2000 MPa. Tämän seurauksena kuumaleimatut tuotteet ovat lujempia kuin kylmäleimatut tuotteet.
2. Kuumaleimausprosessin kulku
Kuumaleimaus, joka tunnetaan myös nimellä "puristuskarkaisu", tarkoittaa 500–600 MPa:n alkulujuuden omaavan, erittäin lujan levyn kuumentamista 880–950 °C:n lämpötiloihin. Kuumennettu levy leimataan ja sammutetaan sitten nopeasti muotissa, jolloin saavutetaan 20–300 °C/s jäähdytysnopeus. Austeniitin muuttuminen martensiitiksi sammutuksen aikana parantaa merkittävästi komponentin lujuutta, mikä mahdollistaa jopa 1500 MPa:n lujuuksisten leimattujen osien valmistuksen. Kuumaleimaustekniikat voidaan luokitella kahteen luokkaan: suoraan kuumaleimaukseen ja epäsuoraan kuumaleimaukseen:
Suorassa kuumaleimauksessa esilämmitetty aihio syötetään suoraan suljettuun muottiin leimausta ja sammutusta varten. Seuraavia prosesseja ovat jäähdytys, reunojen leikkaus ja rei'itys (tai laserleikkaus) sekä pinnan puhdistus.
Fiture1: kuumaleimauskäsittelytila - suora kuumaleimaus
Epäsuorassa kuumaleimausprosessissa kylmämuovausvaihe suoritetaan ennen lämmityksen, kuumaleimauksen, reunojen leikkausten, rei'ityksen ja pinnanpuhdistuksen vaiheita.
Epäsuoran kuumaleimauksen ja suoran kuumaleimauksen tärkein ero on kylmämuovauksen esimuotoiluvaiheen sisällyttäminen ennen kuumennusta epäsuorassa menetelmässä. Suorassa kuumaleimauksessa ohutlevy syötetään suoraan lämmitysuuniin, kun taas epäsuorassa kuumaleimauksessa kylmämuovattu esimuotoiltu komponentti lähetetään lämmitysuuniin.
Epäsuoran kuumaleimauksen prosessikulku sisältää tyypillisesti seuraavat vaiheet:
Kylmämuovaus, esimuotoilu -- Lämmitys - Kuumaleimaus -- Reunojen leikkaus ja rei'itys - Pinnan puhdistus
Fiture2: kuumaleimauskäsittelytila - epäsuora kuumaleimaus
3. Kuumailleimauksen päälaitteet sisältävät lämmitysuunin, kuumamuovauspuristimen ja kuumaleimausmuotit
Lämmitysuuni:
Lämmitysuuni on varustettu lämmitys- ja lämpötilansäätöominaisuuksilla. Se pystyy lämmittämään suurlujuuslevyjä uudelleenkiteytymislämpötilaan tietyssä ajassa, jolloin saavutetaan austeniittinen tila. Sen on kyettävä mukautumaan laajamittaisiin automatisoituihin jatkuvan tuotannon vaatimuksiin. Koska lämmitettyä aihiota voidaan käsitellä vain roboteilla tai mekaanisilla käsivarsilla, uuni vaatii automaattisen lastauksen ja purkamisen suurella paikannustarkkuudella. Lisäksi pinnoittamattomia teräslevyjä lämmitettäessä sen on tarjottava kaasusuojaus pinnan hapettumisen ja aihion hiilenpoiston estämiseksi.
Kuumamuovauspuristin:
Puristin on kuumaleimaustekniikan ydin. Sen on kyettävä nopeaan leimaukseen ja pitoon sekä varustettava nopealla jäähdytysjärjestelmällä. Kuumamuovauspuristimien tekninen monimutkaisuus ylittää huomattavasti perinteisten kylmäleimauspuristimien monimutkaisuuden. Tällä hetkellä vain harvat ulkomaiset yritykset ovat hallinneet tällaisten puristimien suunnittelu- ja valmistustekniikan, ja ne kaikki ovat riippuvaisia tuonnista, mikä tekee niistä kalliita.
Kuumaleimausmuotit:
Kuumapainomuoteissa suoritetaan sekä muovaus- että sammutusvaiheet. Muovausvaiheessa, kun aihio syötetään muottiin, muotti suorittaa nopeasti leimausprosessin varmistaakseen osan muodostumisen ennen kuin materiaali käy läpi martensiittisen faasimuutoksen. Sitten se siirtyy sammutus- ja jäähdytysvaiheeseen, jossa muotin sisällä olevan työkappaleen lämpö siirtyy jatkuvasti muottiin. Muotin sisällä olevat jäähdytysputket poistavat lämpöä välittömästi virtaavan jäähdytysnesteen avulla. Martensiittis-austeniittinen muutos alkaa, kun työkappaleen lämpötila laskee 425 °C:seen. Martensiitin ja austeniitin välinen muutos päättyy, kun lämpötila saavuttaa 280 °C, ja työkappale otetaan ulos 200 °C:ssa. Muotin pidättimen tehtävänä on estää epätasainen lämpölaajeneminen ja supistuminen sammutusprosessin aikana, mikä voi johtaa merkittäviin muutoksiin osan muodossa ja mitoissa ja siten hylkykappaleen syntymiseen. Lisäksi se parantaa lämmönsiirtotehokkuutta työkappaleen ja muotin välillä, mikä edistää nopeaa sammutusta ja jäähdytystä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että kuumaleimauksen päälaitteisiin kuuluvat lämmitysuuni halutun lämpötilan saavuttamiseksi, kuumaleimauspuristin nopeaan leimaukseen ja pitoon nopealla jäähdytysjärjestelmällä sekä kuumaleimausmuotit, jotka suorittavat sekä muovaus- että sammutusvaiheet asianmukaisen osan muodostumisen ja tehokkaan jäähdytyksen varmistamiseksi.
Sammutusjäähdytysnopeus ei vaikuta ainoastaan tuotantoaikaan, vaan myös austeniitin ja martensiitin välisen konversiotehokkuuteen. Jäähdytysnopeus määrää muodostuvan kiteisen rakenteen ja liittyy työkappaleen lopulliseen kovettumisvaikutukseen. Booriteräksen kriittinen jäähdytyslämpötila on noin 30 ℃/s, ja vain silloin, kun jäähdytysnopeus ylittää kriittisen jäähdytyslämpötilan, martensiittisen rakenteen muodostuminen voi edetä suurimmassa määrin. Kun jäähdytysnopeus on pienempi kuin kriittinen jäähdytysnopeus, työkappaleen kiteytymisrakenteeseen ilmestyy ei-martensiittisia rakenteita, kuten bainiittia. Mitä suurempi jäähdytysnopeus, sitä parempi, ja sitä suurempi jäähdytysnopeus johtaa muovattujen osien halkeiluun, ja kohtuullinen jäähdytysnopeusalue on määritettävä osien materiaalikoostumuksen ja prosessiolosuhteiden mukaan.
Koska jäähdytysputken suunnittelu liittyy suoraan jäähdytysnopeuden kokoon, jäähdytysputki suunnitellaan yleensä maksimaalisen lämmönsiirtotehokkuuden näkökulmasta. Siksi suunnitellun jäähdytysputken suunta on monimutkaisempi, eikä sitä ole helppo saavuttaa mekaanisella porauksella muotin valun jälkeen. Jotta vältettäisiin mekaanisen käsittelyn rajoitukset, yleensä valitaan menetelmä, jossa vesikanavat varataan ennen muotin valua.
Koska kuumaleimausmuottimateriaali toimii pitkään 200 ℃:sta 880 ℃:een ja 950 ℃:een asti ankarissa kylmissä ja kuumissa vuorottelevissa olosuhteissa, sen on oltava rakenteeltaan jäykkä ja lämmönjohtava, ja sen on kestettävä aihion aiheuttama voimakas lämpökitka korkeissa lämpötiloissa sekä pudonneiden oksidikerroshiukkasten hankauskulumisvaikutus. Lisäksi muottimateriaalin on oltava myös hyvin korroosionkestävä jäähdytysnesteelle, jotta jäähdytysputken virtaus on tasainen.
Leikkaus ja lävistys
Koska kuumaleimauksen jälkeen osien lujuus saavuttaa noin 1500 MPa:n, puristusleikkaus ja lävistys lisäävät laitteiden vetoisuutta ja aiheuttavat merkittävää kulumista leikkuuterän suhteen. Siksi laserleikkausyksiköitä käytetään usein reunojen ja reikien leikkaamiseen.
4. Yleiset kuumaleimausteräslaadut
Suorituskyky ennen leimaamista
Suorituskyky leimaamisen jälkeen
Tällä hetkellä kuumaleimausteräksen yleinen laatuluokka on B1500HS. Vetolujuus ennen leimausta on yleensä 480–800 MPa ja leimauksen jälkeen se voi nousta 1300–1700 MPa:han. Toisin sanoen 480–800 MPa:n teräslevyn vetolujuus kuumaleimauksella voi saavuttaa noin 1300–1700 MPa:n vetolujuuden.
5. Kuumaleimateräksen käyttö
Kuumapuristusosien käyttö voi parantaa merkittävästi auton törmäysturvallisuutta ja saavuttaa kevyen valkoisen auton korin. Tällä hetkellä kuumapuristustekniikkaa on sovellettu henkilöautojen valkoisiin korinosiin, kuten autoon, A-pilariin, B-pilariin, puskuriin, ovipalkkeihin ja kattokiskoihin sekä muihin osiin. Katso alla olevasta kuvasta 3 esimerkkejä kevyempään painoon soveltuvista osista.
kuva 3: Valkoiset runko-osat, jotka soveltuvat kuumaleimaukseen
Kuva 4: Jiangdongin koneiden 1200 tonnin kuumaleimauspuristinlinja
Tällä hetkellä JIANGDONG MACHINERYn kuumaleimaushydraulisten puristimien tuotantolinjaratkaisut ovat olleet erittäin kypsiä ja vakaita. Kiinan kuumaleimausmuovausalalla se on johtavalla tasolla. Kiinan konetyökaluyhdistyksen takomokoneiden osaston varapuheenjohtajayksikkönä sekä Kiinan takomokoneiden standardointikomitean jäsenyksikkönä olemme myös tehneet kansallisen teräksen ja alumiinin erittäin nopean kuumaleimauksen tutkimus- ja sovellustyötä, jolla on ollut valtava rooli kuumaleimausteollisuuden kehityksen edistämisessä Kiinassa ja jopa koko maailmassa.
