Linia produkcyjna do tłoczenia na gorąco z dużą prędkością dla stali o ultra wysokiej wytrzymałości (aluminium)
Główne cechy
Linia produkcyjna została zaprojektowana w celu optymalizacji procesu produkcji części samochodowych poprzez zastosowanie technologii tłoczenia na gorąco. Proces ten, znany w Azji jako tłoczenie na gorąco, a w Europie jako hartowanie w prasie, polega na podgrzaniu wykroju do określonej temperatury, a następnie wtłoczeniu go do odpowiednich form za pomocą prasy hydraulicznej, utrzymując jednocześnie ciśnienie w celu uzyskania pożądanego kształtu i transformacji fazowej materiału metalowego. Technikę tłoczenia na gorąco można podzielić na bezpośrednie i pośrednie tłoczenie na gorąco.
Zalety
Jedną z kluczowych zalet elementów konstrukcyjnych tłoczonych na gorąco jest ich doskonała podatność na formowanie, która umożliwia produkcję skomplikowanych geometrii o wyjątkowej wytrzymałości na rozciąganie. Wysoka wytrzymałość elementów tłoczonych na gorąco pozwala na stosowanie cieńszych blach, co pozwala na zmniejszenie masy elementów przy jednoczesnym zachowaniu integralności strukturalnej i odporności na zderzenia. Inne zalety to:
Zredukowane operacje łączenia:Technologia tłoczenia na gorąco redukuje konieczność spawania lub mocowania połączeń, co przekłada się na większą wydajność i lepszą integralność produktu.
Zminimalizowane sprężynowanie i odkształcenia:Proces tłoczenia na gorąco minimalizuje niepożądane odkształcenia, takie jak sprężynowanie i odkształcenia części, zapewniając precyzyjną dokładność wymiarową i redukując potrzebę dodatkowych przeróbek.
Mniej wad części:Części tłoczone na gorąco wykazują mniej wad, takich jak pęknięcia i rozwarstwienia, w porównaniu z metodami formowania na zimno, co przekłada się na lepszą jakość produktu i mniejszą ilość odpadów.
Dolny tonaż prasy:Tłoczenie na gorąco pozwala na zmniejszenie wymaganego tonażu prasy w porównaniu z technikami formowania na zimno, co przekłada się na oszczędność kosztów i większą wydajność produkcji.
Dostosowywanie właściwości materiału:Technologia tłoczenia na gorąco umożliwia dostosowanie właściwości materiału do konkretnych obszarów części, optymalizując wydajność i funkcjonalność.
Ulepszone udoskonalenia mikrostrukturalne:Tłoczenie na gorąco pozwala na udoskonalenie mikrostruktury materiału, co skutkuje poprawą właściwości mechanicznych i zwiększeniem trwałości produktu.
Usprawnione etapy produkcji:Tłoczenie na gorąco eliminuje lub redukuje pośrednie etapy produkcji, co skutkuje uproszczeniem procesu produkcyjnego, zwiększeniem wydajności i skróceniem czasu realizacji.
Zastosowania produktu
Linia produkcyjna do szybkiego tłoczenia na gorąco stali o wysokiej wytrzymałości (aluminium) znajduje szerokie zastosowanie w produkcji białych elementów karoserii samochodowych. Obejmuje to zespoły słupków, zderzaki, belki drzwiowe i zespoły relingów dachowych stosowanych w pojazdach osobowych. Ponadto, zastosowanie zaawansowanych stopów, możliwych dzięki tłoczeniu na gorąco, jest coraz częściej badane w branżach takich jak lotnictwo, obronność i rynki wschodzące. Stopy te oferują zalety wyższej wytrzymałości i niższej masy, trudne do osiągnięcia innymi metodami formowania.
Podsumowując, linia produkcyjna do szybkiego tłoczenia na gorąco stali o wysokiej wytrzymałości (aluminium) zapewnia precyzyjną i wydajną produkcję elementów karoserii samochodowych o złożonych kształtach. Dzięki doskonałej formowalności, zredukowanej liczbie operacji łączenia, zminimalizowanym wadom i ulepszonym właściwościom materiału, linia produkcyjna oferuje liczne korzyści. Jej zastosowania obejmują produkcję białych elementów karoserii do samochodów osobowych i oferują potencjalne korzyści w przemyśle lotniczym, obronnym i na rynkach wschodzących. Zainwestuj w linię produkcyjną do szybkiego tłoczenia na gorąco stali o wysokiej wytrzymałości (aluminium), aby osiągnąć wyjątkową wydajność, produktywność i zalety lekkiej konstrukcji w przemyśle motoryzacyjnym i pokrewnych.
Czym jest tłoczenie na gorąco?
Tłoczenie na gorąco, znane również jako hartowanie w prasie w Europie i formowanie na gorąco w Azji, to metoda formowania materiału, w której wykrojnik jest podgrzewany do określonej temperatury, a następnie tłoczony i hartowany pod ciśnieniem w odpowiedniej matrycy w celu uzyskania pożądanego kształtu i wywołania przemiany fazowej w materiale metalowym. Technologia tłoczenia na gorąco polega na nagrzaniu blach ze stali borowej (o wytrzymałości początkowej 500-700 MPa) do stanu austenityzacji, szybkim przeniesieniu ich do matrycy w celu szybkiego tłoczenia i schłodzeniu elementu w matrycy z szybkością chłodzenia powyżej 27°C/s, a następnie wygrzewaniu pod ciśnieniem w celu uzyskania elementów stalowych o ultra wysokiej wytrzymałości i jednorodnej strukturze martenzytycznej.
Zalety tłoczenia na gorąco
Zwiększona wytrzymałość na rozciąganie i możliwość formowania skomplikowanych geometrii.
Zmniejszona waga podzespołów dzięki zastosowaniu cieńszej blachy przy jednoczesnym zachowaniu integralności strukturalnej i odporności na zderzenia.
Zmniejszona potrzeba wykonywania operacji łączenia, takich jak spawanie czy mocowanie.
Zminimalizowane sprężynowanie i odkształcanie się części.
Mniej uszkodzeń części, takich jak pęknięcia i rozszczepienia.
Niższe wymagania dotyczące tonażu prasy w porównaniu do formowania na zimno.
Możliwość dostosowywania właściwości materiału na podstawie konkretnych stref części.
Udoskonalone mikrostruktury zapewniające lepszą wydajność.
Usprawniony proces produkcyjny, z mniejszą liczbą czynności operacyjnych potrzebnych do uzyskania gotowego produktu.
Zalety te wpływają na ogólną wydajność, jakość i parametry użytkowe elementów konstrukcyjnych tłoczonych na gorąco.
Więcej szczegółów na temat tłoczenia na gorąco
1. Tłoczenie na gorąco a tłoczenie na zimno
Tłoczenie na gorąco to proces formowania wykonywany po wstępnym podgrzaniu blachy stalowej, natomiast tłoczenie na zimno odnosi się do bezpośredniego tłoczenia blachy stalowej bez wstępnego podgrzania.
Tłoczenie na zimno ma wyraźne zalety w porównaniu z tłoczeniem na gorąco. Ma jednak również pewne wady. Ze względu na wyższe naprężenia występujące w procesie tłoczenia na zimno w porównaniu z tłoczeniem na gorąco, produkty tłoczone na zimno są bardziej podatne na pękanie i rozwarstwianie. Dlatego do tłoczenia na zimno wymagany jest precyzyjny sprzęt.
Tłoczenie na gorąco polega na nagrzaniu blachy stalowej do wysokiej temperatury przed tłoczeniem i jednoczesnym schłodzeniu w matrycy. Prowadzi to do całkowitej przemiany mikrostruktury stali w martenzyt, co przekłada się na wysoką wytrzymałość, od 1500 do 2000 MPa. W rezultacie produkty tłoczone na gorąco charakteryzują się wyższą wytrzymałością w porównaniu z odpowiednikami tłoczonymi na zimno.
2. Przebieg procesu tłoczenia na gorąco
Tłoczenie na gorąco, znane również jako „hartowanie w prasie”, polega na nagrzaniu blachy o wysokiej wytrzymałości, o początkowej wytrzymałości 500–600 MPa, do temperatury 880–950°C. Podgrzana blacha jest następnie szybko tłoczona i hartowana w matrycy, osiągając szybkość chłodzenia 20–300°C/s. Przemiana austenitu w martenzyt podczas hartowania znacząco zwiększa wytrzymałość elementu, umożliwiając produkcję elementów tłoczonych o wytrzymałości do 1500 MPa. Techniki tłoczenia na gorąco można podzielić na dwie kategorie: bezpośrednie tłoczenie na gorąco i pośrednie tłoczenie na gorąco:
W procesie bezpośredniego tłoczenia na gorąco, podgrzany wykrój jest bezpośrednio wprowadzany do zamkniętej matrycy w celu wytłoczenia i ochłodzenia. Kolejne procesy obejmują chłodzenie, przycinanie krawędzi i dziurkowanie (lub cięcie laserowe) oraz czyszczenie powierzchni.
Rysunek 1: tryb przetwarzania tłoczenia na gorąco – bezpośrednie tłoczenie na gorąco
W procesie pośredniego tłoczenia na gorąco, przed rozpoczęciem etapów nagrzewania, tłoczenia na gorąco, przycinania krawędzi, dziurkowania i czyszczenia powierzchni, wykonuje się etap formowania wstępnego na zimno.
Główną różnicą między procesami pośredniego tłoczenia na gorąco a bezpośredniego tłoczenia na gorąco jest włączenie etapu formowania wstępnego na zimno przed nagrzewaniem w metodzie pośredniej. W przypadku bezpośredniego tłoczenia na gorąco blacha jest bezpośrednio podawana do pieca grzewczego, natomiast w przypadku pośredniego tłoczenia na gorąco, wstępnie uformowany element jest wprowadzany do pieca grzewczego.
Proces pośredniego tłoczenia na gorąco zazwyczaj obejmuje następujące kroki:
Formowanie na zimno, wstępne kształtowanie – Podgrzewanie – Tłoczenie na gorąco – Przycinanie krawędzi i dziurkowanie – Czyszczenie powierzchni
Rysunek 2: tryb przetwarzania tłoczenia na gorąco – pośrednie tłoczenie na gorąco
3. Głównym wyposażeniem do tłoczenia na gorąco jest piec grzewczy, prasa do formowania na gorąco i formy do tłoczenia na gorąco
Piec grzewczy:
Piec grzewczy jest wyposażony w funkcje grzania i regulacji temperatury. Umożliwia on nagrzewanie blach o wysokiej wytrzymałości do temperatury rekrystalizacji w określonym czasie, osiągając stan austenityczny. Musi być w stanie dostosować się do wymagań zautomatyzowanej produkcji ciągłej na dużą skalę. Ponieważ nagrzany wlewek może być obsługiwany wyłącznie przez roboty lub ramiona mechaniczne, piec wymaga zautomatyzowanego załadunku i rozładunku z wysoką dokładnością pozycjonowania. Dodatkowo, podczas nagrzewania niepowlekanych blach stalowych, powinien on zapewniać ochronę gazową, aby zapobiec utlenianiu powierzchni i dekarbonizacji wlewka.
Prasa do formowania na gorąco:
Prasa stanowi serce technologii tłoczenia na gorąco. Musi umożliwiać szybkie tłoczenie i dociskanie, a także być wyposażona w system szybkiego chłodzenia. Złożoność techniczna pras do tłoczenia na gorąco znacznie przewyższa złożoność konwencjonalnych pras do tłoczenia na zimno. Obecnie tylko kilka firm zagranicznych opanowało technologię projektowania i produkcji takich pras, a wszystkie są uzależnione od importu, co czyni je drogimi.
Formy do tłoczenia na gorąco:
Formy do tłoczenia na gorąco wykonują zarówno etapy formowania, jak i hartowania. Na etapie formowania, po wprowadzeniu wlewka do wnęki formy, forma szybko kończy proces tłoczenia, aby zapewnić zakończenie formowania części, zanim materiał ulegnie przemianie martenzytycznej. Następnie wchodzi w etap hartowania i chłodzenia, w którym ciepło z przedmiotu obrabianego wewnątrz formy jest stale przekazywane do formy. Przewody chłodzące umieszczone wewnątrz formy natychmiast odprowadzają ciepło poprzez przepływające chłodziwo. Przemiana martenzytyczno-austenityczna rozpoczyna się, gdy temperatura przedmiotu obrabianego spadnie do 425°C. Przemiana między martenzytem a austenitem kończy się, gdy temperatura osiągnie 280°C, a przedmiot obrabiany jest wyjmowany w temperaturze 200°C. Rolą uchwytu formy jest zapobieganie nierównomiernemu rozszerzaniu i kurczeniu się cieplnemu podczas procesu hartowania, które mogłoby skutkować znacznymi zmianami kształtu i wymiarów przedmiotu obrabianego, prowadząc do powstania złomu. Ponadto zwiększa efektywność wymiany ciepła pomiędzy przedmiotem obrabianym i formą, co sprzyja szybkiemu hartowaniu i chłodzeniu.
Podsumowując, główny sprzęt do tłoczenia na gorąco obejmuje piec grzewczy służący do osiągnięcia żądanej temperatury, prasę do formowania na gorąco do szybkiego tłoczenia i przytrzymywania z systemem szybkiego chłodzenia oraz formy do tłoczenia na gorąco, które wykonują zarówno etapy formowania, jak i hartowania, aby zapewnić prawidłowe formowanie części i wydajne chłodzenie.
Szybkość chłodzenia hartowniczego wpływa nie tylko na czas produkcji, ale także na wydajność konwersji austenitu w martenzyt. Szybkość chłodzenia decyduje o rodzaju struktury krystalicznej, która powstanie, i jest związana z końcowym efektem hartowania przedmiotu obrabianego. Krytyczna temperatura chłodzenia stali borowej wynosi około 30°C/s i tylko wtedy, gdy szybkość chłodzenia przekracza krytyczną temperaturę chłodzenia, tworzenie struktury martenzytycznej może być w największym stopniu promowane. Gdy szybkość chłodzenia jest mniejsza niż krytyczna, w strukturze krystalizacji przedmiotu obrabianego pojawią się struktury niemartenzytyczne, takie jak bainit. Jednak im wyższa szybkość chłodzenia, tym lepiej, tym wyższa szybkość chłodzenia doprowadzi do pękania formowanych elementów, a rozsądny zakres szybkości chłodzenia należy określić w oparciu o skład materiału i warunki procesu obróbki.
Ponieważ konstrukcja rury chłodzącej jest bezpośrednio związana z prędkością chłodzenia, jest ona zazwyczaj projektowana z myślą o maksymalnej wydajności wymiany ciepła. Dlatego kierunek projektowanej rury chłodzącej jest bardziej złożony i trudny do uzyskania poprzez mechaniczne wiercenie po zakończeniu odlewania w formie. Aby uniknąć ograniczeń związanych z obróbką mechaniczną, zazwyczaj wybiera się metodę rezerwowania kanałów wodnych przed odlewaniem w formie.
Ze względu na długotrwałą pracę w temperaturach od 200°C do 880–950°C w ekstremalnych, naprzemiennych warunkach niskich i wysokich temperatur, materiał matrycy do tłoczenia na gorąco musi charakteryzować się dobrą sztywnością strukturalną i przewodnością cieplną, a także być odporny na silne tarcie termiczne generowane przez wlewek w wysokiej temperaturze oraz na zużycie ścierne spowodowane przez cząstki warstwy tlenku. Ponadto materiał formy powinien również charakteryzować się dobrą odpornością na korozję chłodziwa, aby zapewnić płynny przepływ w rurze chłodzącej.
Przycinanie i przekłuwanie
Ponieważ wytrzymałość elementów po tłoczeniu na gorąco sięga około 1500 MPa, w przypadku zastosowania prasy tnącej i wykrawania, wymagania dotyczące tonażu są większe, a zużycie krawędzi wykrojnika jest poważne. Dlatego do wycinania krawędzi i otworów często stosuje się urządzenia do cięcia laserowego.
4.Popularne gatunki stali do tłoczenia na gorąco
Wydajność przed tłoczeniem
Wydajność po wytłoczeniu
Obecnie powszechnie stosowaną stalą do tłoczenia na gorąco jest B1500HS. Wytrzymałość na rozciąganie przed tłoczeniem wynosi zazwyczaj 480-800 MPa, a po tłoczeniu może sięgać 1300-1700 MPa. Oznacza to, że wytrzymałość blachy stalowej o wytrzymałości 480-800 MPa, dzięki formowaniu na gorąco, może osiągnąć około 1300-1700 MPa.
5. Zastosowanie stali tłoczonej na gorąco
Zastosowanie elementów tłoczonych na gorąco może znacząco poprawić bezpieczeństwo w razie kolizji i pozwolić na uzyskanie lekkiego, białego nadwozia. Obecnie technologia tłoczenia na gorąco jest stosowana do białych elementów nadwozia samochodów osobowych, takich jak nadwozie, słupek A, słupek B, zderzak, belka drzwiowa, relingi dachowe i inne. Zobacz rysunek 3 poniżej, aby zapoznać się z przykładami części nadających się do lekkiego odciążenia.
Rysunek 3: Białe elementy nadwozia nadające się do tłoczenia na gorąco
Rys. 4: Linia pras do tłoczenia na gorąco firmy Jiangdong Machinery o nacisku 1200 ton
Obecnie rozwiązania linii produkcyjnej pras hydraulicznych do tłoczenia na gorąco firmy JIANGDONG MACHINERY są bardzo dojrzałe i stabilne. W chińskiej branży formowania na gorąco należymy do czołówki. Jako wiceprzewodniczący oddziału maszyn do kucia w China Machine Tool Association, a także członkowie China Forging Machine Standization Committee, podjęliśmy się również prac badawczych i aplikacyjnych w zakresie krajowego superszybkiego tłoczenia na gorąco stali i aluminium, co odegrało ogromną rolę w promowaniu rozwoju branży tłoczenia na gorąco w Chinach, a nawet na świecie.
