Čelično valjanje visoke čvrstoće za automobilske dijelove

Valjanje čelika visoke čvrstoće

Čelik visoke čvrstoće (HSS) i napredni čelik visoke čvrstoće (AHSS) za oblikovanje valjanjem znači prolazak pljosnate zavojnice kroz niz progresivno oblikovanih valjaka, od kojih svaki savija materijal još nekoliko stupnjeva, dok ne postigne konačni profil poprečnog presjeka. Budući da se deformacija događa postupno na više stanica s valjcima, a ne u jednom potezu, oblikovanje valjkom održava pritisak na materijal ravnomjernije raspoređenim od metoda oblikovanja s jednim udarcem, što je glavni razlog zašto je to preferirani postupak za AHSS tipove koji lakše pucaju pod iznenadnom, koncentriranom silom.

Vrste HSS i AHSS — uključujući dvofazne (DP), plastičnost izazvanu transformacijom (TRIP) i martenzitne čelike — nude vlačnu čvrstoću u rasponu od otprilike 440 MPa do 1500 MPa, u usporedbi s 270-400 MPa za konvencionalni meki čelik. Ta čvrstoća omogućuje proizvođačima automobila da koriste tanji materijal za istu konstrukcijsku izvedbu, izravno podržavajući ciljeve smanjenja težine vozila bez žrtvovanja sigurnosti u sudaru.

Automobilski proces valjanja

U automobilskoj proizvodnji, linija za oblikovanje valjaka obično slijedi ovaj redoslijed:

1. Zaliha u namotaju se odmotava i kontinuirano dovodi u liniju, često s izravnačem za uklanjanje zakrivljenosti namotaja prije oblikovanja.
2. Traka prolazi kroz niz stanica s valjcima, od kojih svaka dodaje mali korak savijanja, postupno oblikujući ravnu traku u ciljni profil — šeširski kanal, cijev ili složen strukturalni oblik s više zavoja.
3. In-line stanice za probijanje ili urezivanje, ako je potrebno, izrezuju rupe za pričvršćivanje ili imaju izreze dok je traka još ravna ili djelomično oblikovana, jer je probijanje nakon potpunog oblikovanja daleko teže.
4. Formirani profil prolazi kroz cut-off prešu koja ga reže na duljinu bez zaustavljanja niti, koristeći leteći cutoff sinkroniziran s brzinom niti.
5. Gotovi dijelovi mogu biti podvrgnuti inlinijskom ili sekundarnom zavarivanju, premazivanju ili toplinskoj obradi prije nego što se postave za sastavljanje.

Ova kontinuirana priroda velikog volumena ono je što čini valjanje posebno prikladnim za automobilsku proizvodnju, gdje isti strukturni profil - grede vrata, ojačanja branika, krovne šine ili komponente okvira sjedala - možda treba raditi u desecima ili stotinama tisuća linearnih stopa godišnje.

Valjanje vs utiskivanje

Valjanje i utiskivanje oblikuju ravni čelik u strukturne dijelove, ali odgovaraju različitim geometrijama dijelova i proizvodnim profilima.

Usporedba valjanja i štancanja za proizvodnju konstrukcijskih dijelova automobila.

Konkretno za AHSS, postupno savijanje u više stanica kod oblikovanja valjanjem velika je prednost u odnosu na deformaciju utiskivanjem jednim udarcem, budući da vrste AHSS općenito imaju manje istezanje prije loma i osjetljivije su na brzinu deformacije i koncentraciju naprezanja koju matrica za utiskivanje primjenjuje u jednom pokretu.

Dizajn alata za oblikovanje valjaka za AHSS

Dizajn alata za AHSS valjanje razlikuje se od alata od mekog čelika na nekoliko načina, potaknut višim silama oblikovanja i oprugom koju stvara materijal:

• Više stanica za formiranje — AHSS profili obično zahtijevaju dodatne prolaze valjka u usporedbi s ekvivalentnim profilom od mekog čelika, šireći kut savijanja na više koraka kako bi se smanjilo naprezanje po prolazu.
• Tvrđi rolni materijali — tipično su potrebni valjci od alatnog čelika s premazima otpornim na habanje ili kaljenim površinama, jer AHSS ubrzava trošenje valjaka u usporedbi s mekim čelikom.
• Povećane sile odvajanja valjka — okviri mlina, osovine i ležajevi moraju biti ocijenjeni za veća opterećenja od linije samo od mekog čelika, budući da se AHSS jače odupire deformaciji na svakoj stanici.
• Kompenzacija prekomjernog savijanja — profili alata obično su dizajnirani s izračunatim kutovima prekomjernog savijanja kako bi se spriječio povratni povrat i pogodili konačni dimenzionalni ciljevi.

Opruga od čelika visoke čvrstoće

Opružni povrat je tendencija oblikovanog metala da se djelomično vrati u svoj izvorni ravni oblik nakon uklanjanja sile oblikovanja, uzrokovana dijelom elastičnog oporavka deformacije materijala. Čelici veće čvrstoće općenito imaju veću granicu razvlačenja u odnosu na njihov modul elastičnosti, što znači da je veći udio ukupne deformacije elastičan (popravljiv), a ne plastičan (trajan) — tako da se AHSS vraća više od mekog čelika savijenog pod istim kutom.

Linije za oblikovanje valjaka rješavaju povratni povrat primarno pretjeranim savijanjem: svaka stanica s valjcima savija materijal malo iznad ciljanog kuta, predviđajući koliko će se opustiti nakon otpuštanja. Točan kut prekomjernog savijanja obično se određuje kombinacijom softvera za simulaciju oblikovanja i fizičkih probnih izvođenja, budući da opružni povrat varira ovisno o vrsti čelika, debljini profila i geometriji profila, pa čak i male promjene u svojstvima materijala od svitka do svitka mogu promijeniti količinu potrebne korekcije.