Gelişmiş Yüksek Mukavemetli Çelikler Otomotiv Damgalama Parçaları İmalatını Nasıl Değiştirir?

AHSS Sınıfları Aslında Hangi Alanlarda Kullanılıyor? Otomotiv Damgalama Parçaları

Gelişmiş yüksek mukavemetli çelikler tek bir malzeme değil, her biri kendi mukavemet-süneklik kombinasyonunu elde etmek için özel bir mikro yapısal mekanizma ile tasarlanmış farklı alaşım sistemlerinden oluşan bir ailedir. Hangi otomotiv damgalama parçaları uygulamalarında hangi kalitelerin ortaya çıktığını anlamak, bu malzemelerin üretim sürecini neden bu kadar temelden değiştirdiğini anlamak için başlangıç ​​noktasıdır. Çift fazlı (DP) çelikler - en yaygın olarak kullanılan AHSS ailesi - dağınık martensit adacıklarına sahip bir ferrit matrisinden oluşur ve DP600, DP780 ve DP980 gibi kaliteler, yüksek başlangıçta iş sertleşmesi oranı ve B sütunları, zemin traversleri ve tavan rayları gibi yapısal elemanlar için onlara uygun iyi uzama kombinasyonunu verir. Dönüşüm kaynaklı plastisite (TRIP) çelikleri, şekillendirme sırasında aşamalı olarak martenzite dönüşen yarı kararlı tutulan ostenit kullanır ve onları uzunlamasına raylar ve tampon takviyeleri gibi çarpışma açısından kritik bileşenler için uygun hale getiren olağanüstü enerji emilimi sağlar. Martensitik çelikler (MS1300, MS1500) maksimum gücün öncelikli olduğu ve şekillendirilebilirlik gereksinimlerinin orta düzeyde olduğu yerlerde kullanılır; külbütör paneli takviyeleri ve kapı giriş kirişleri tipik uygulamalardır. Sıcak presle şekillendirilmiş (HPF) çelikler, özellikle de AlSi kaplamalı 22MnB5, östenitlenir ve ardından soğutulmuş bir kalıpta eş zamanlı olarak şekillendirilir ve söndürülür; bu, hiçbir soğuk şekillendirme işleminin A sütunu içleri ve tünel takviyeleri gibi parçalar için eşleşemeyeceği 1.500 MPa'nın üzerinde şekillendirilmiş çekme mukavemetleri üretir.

Belirli bir otomotiv damgalama parçası için hangi kalitenin kullanılacağının seçimi, parçanın araç güvenlik yapısındaki konumu, gerekli çarpma enerjisi yönetimi davranışı ve geometrisinin şekillendirme ciddiyeti tarafından belirlenir. Kontrollü katlama yoluyla enerjiyi kademeli olarak absorbe etmesi gereken bir bileşen (ön ray gibi) DP veya TRIP çeliğinin yüksek işlenme sertleştirme oranından yararlanırken, sert kalması ve yük altında izinsiz girişe karşı direnç göstermesi gereken bir bileşen (B sütunu gibi) sıcak presle şekillendirilmiş bir parçanın aşırı mukavemetiyle daha iyi hizmet verebilir. Bu uygulamaya özel kalite seçimi, tek bir beyaz gövdeli aracın, her biri farklı işleme ve pres koşullarıyla işlenmiş beş veya altı farklı AHSS kalitesini içerebileceği anlamına gelir.

AHSS Otomotiv Damgalama Parçalarında Geri Yayılma Şiddeti ve Telafisi

Geri yaylanma, AHSS'nin otomotiv damgalama parçaları üretimine getirdiği en önemli üretim zorluğudur ve bu malzemelerdeki ciddiyeti, yumuşak çelik ve hatta geleneksel yüksek dayanımlı düşük alaşımlı (HSLA) kalitelerde yaşananlardan çok daha fazladır. Temel neden, AHSS'nin yüksek akma-gerilme oranı özelliğidir: Örneğin DP980, yaklaşık 700-900 MPa'lık bir akma dayanımına ve 980 MPa'lık bir gerilme dayanımına sahiptir ve 0,71-0,92'lik bir akma oranı verir. Yumuşak çelik DC04'ün akma oranı yaklaşık 0,45'tir. Geri esnemenin büyüklüğü, akma dayanımının elastik modüle oranıyla orantılı olduğundan (çelik için Young modülü, kaliteden bağımsız olarak yaklaşık 210 GPa'dır) ve AHSS, aynı modüldeki yumuşak çeliğe göre iki ila dört kat daha yüksek bir akma dayanımına sahip olduğundan, kalıp açıldıktan sonra toparlanan elastik gerinim orantılı olarak iki ila dört kat daha büyüktür. DP980'den oluşturulan 90°'lik bir kanal bölümünde, eşdeğer yumuşak çelik parça için 2°-4°'ye kıyasla yan duvarlarda 10°–16°'lik açısal geri yaylanma telafi öncesinde yaygındır.

AHSS otomotiv damgalama parçaları için pratikte kullanılan dengeleme stratejileri, yumuşak çelik için yeterli olan basit geometrik aşırı bükmeden daha karmaşıktır. Tipik olarak üç yaklaşım birleştirilir:

• FEA destekli geometrik telafi: Belirli AHSS kalitesi için kalibre edilmiş bir malzeme kartıyla simülasyon yazılımı (AutoForm, Dynaform veya PAM-STAMP) oluşturmak, parça yüzeyi boyunca geri esneme dağılımını tahmin eder. Kalıp geometrisi daha sonra tahmin edilen geri esneme miktarı ile ters yönde şekillendirilir (bu işlem kalıp telafisi olarak adlandırılır), böylece parça, takım açıldıktan sonra nominal geometriye geri döner. Karmaşık otomotiv yapısal parçaları için bu süreç, kalıp geometrisinin doğru telafi edilmiş şekle yaklaşmasından önce genellikle iki veya üç simülasyon-telafi-deneme döngüsü gerektirir.
• Form sonrası yeniden saldırı: Özel bir yeniden vuruş istasyonu, parçanın geri esnemeye en yatkın bölgelerine (tipik olarak kanal bölümlerinin yan duvarları ve flanşları) bir şekillendirme veya ütüleme yükü uygulayarak ek elastik gerilimi plastik gerilime dönüştürür ve geri kazanılabilir geri esnemeyi azaltır. DP980 için yeniden vuruş kuvvetleri, yumuşak çelikte aynı geometri için şekillendirme kuvvetinin %150-200'üne ulaşabilir ve bu da pres tonajı seçimini doğrudan etkiler.
• Boncuk geometrisi optimizasyonunu çizin: Çekme kordonu sınırlama kuvvetinin arttırılması, kordonun üzerinden akarken malzemeyi akma noktasının ötesine uzatır ve şekillendirmenin sonunda onu daha yüksek bir gerilim durumunda bırakır. Kalıp açıklığında daha yüksek gerilim, daha az diferansiyel gerilim geri kazanımı ve geometrik olarak telafi edilmesi daha kolay olan daha öngörülebilir, daha düzgün geri yaylanma anlamına gelir. AHSS için, çekme kordonu yükseklikleri ve yarıçapları yumuşak çeliğe göre daha agresif bir şekilde ayarlanmıştır ve bunun sonucunda boş tutucu kuvvetinde ortaya çıkan artış, pres kapasitesi planlamasında hesaba katılmalıdır.

AHSS Kalıp Aşınmasını Nasıl Hızlandırır ve Takım Gereksinimlerini Nasıl Değiştirir?

AHSS'yi plastik olarak deforme etmek için gereken şekillendirme kuvvetleri, aynı kalınlıktaki yumuşak çeliğe göre iki ila dört kat daha yüksektir ve bu yükseltilmiş kuvvetler, temas basıncı olarak doğrudan kalıp yüzeylerine iletilir. Sonuç, bakım aralıklarını kısaltan ve üretilen parça başına toplam takım maliyetini artıran aşındırıcı kalıp aşınmasında (özellikle çekme yarıçaplarında, bağlayıcı yüzeylerde ve kesme kenarlarında) önemli bir hızlanmadır. Yumuşak çelik otomotiv damgalama parçaları üreten bir kalıp, 200.000-300.000 vuruştan sonra yeniden taşlanabilir; DP780'i oluşturan aynı kalıp geometrisi, kalıp malzemesi ve yüzey işlemi daha yüksek temas basınçlarına uyacak şekilde yükseltilmezse 80.000-120.000 vuruştan sonra yeniden taşlama gerektirebilir.

AHSS otomotiv damgalama parçalarına yönelik takım malzemesi ve yüzey işleme stratejisi, yumuşak çelik uygulamasından birkaç spesifik açıdan farklılık gösterir. Aşağıdaki karşılaştırma, yaygın olarak uygulanan temel yükseltmeleri özetlemektedir:

Parçalanma (iş parçası malzemesinin kalıp yüzeyine yapışkan aktarımı), galvanizli AHSS oluşturulurken özellikle zarar veren bir arıza türüdür. Galvanizli DP veya TRIP çeliği üzerindeki çinko kaplama, AHSS oluşumunun yüksek temas basınçları altında kalıp yüzeyine kolaylıkla aktarılır ve biriken çinko birikimi daha sonra sonraki parçalara puan verir. DLC (elmas benzeri karbon) kaplamalar, galvanizli AHSS için en iyi sürtünme önleyici performansı göstermiştir çünkü DLC'nin son derece düşük yüzey enerjisi çinko yapışmasını engeller, ancak DLC'nin sınırlı sıcaklık stabilitesi (bozunma 300°C'nin üzerinde başlar), üretim sırasında kalıp yüzey sıcaklığını bu eşiğin altında tutmak için yeterli yağlama sağlanarak yönetilmelidir.

AHSS Otomotiv Damgalama Parçaları İçin Pres Seçimi ve Tonaj Gereksinimleri

AHSS otomotiv damgalama parçaları için gereken şekillendirme kuvvetinin, pres seçimi üzerinde doğrudan ve önemli bir etkisi vardır. Belirli bir çevre kesimi için kesme kuvveti, malzemenin nihai çekme mukavemeti ile orantılıdır; bu, DP980 kesme işleminin, aynı kalınlık ve çevre uzunluğuna sahip DC04 kesme işleminin yaklaşık 2,5 katı tonajı gerektirdiği anlamına gelir. Büyük bir yapısal otomotiv parçası için (B sütunu dış veya zemin uzunlamasına rayı) kesme kuvveti tek başına DP980 için 800-1.200 tona ulaşabilir, bu da en yüksek değerde çalışmayı önlemek için ek kapasite marjı içeren 1.500-2.500 ton aralığındaki presleri gerektirir. AHSS ile bir presin nominal tonajının %90'ında tutarlı bir şekilde çalıştırılması, pres çerçevesi yorgunluğunu, bağlantı cıvatası aşınmasını ve krank mili yatağı aşınmasını, yumuşak çelik üretimine göre kalibre edilmiş bakım programlarının öngöremeyeceği oranlarda hızlandırır.

Servo pres teknolojisi, AHSS otomotiv damgalama parçaları için geleneksel volan tahrikli eksantrik preslere göre anlamlı avantajlar sağlamıştır. Sabit bir sinüzoidal eğriyi takip etmek yerine rastgele koç hareket profillerini programlayabilme yeteneği, servo preslerin, AHSS geri yaylanmasının şekillendirme hızına en duyarlı olduğu şekillendirme bölgesi boyunca şahmerdanı yavaşlatmasına olanak tanıyarak boyutsal tutarlılığı artırır. Aynı zamanda presin programlanabilir bir süre boyunca alt ölü merkezde kalmasına da olanak tanır; bunun, AHSS'de beklemeden oluşturulan eşdeğer bir parçaya kıyasla %15-25 oranında geri esnemeyi azalttığı gösterilmiştir, çünkü sürekli basınç, kalıp açılmadan önce oluşturulan geometride ek gerilim gevşemesine olanak tanır.

Sıcak Pres Şekillendirme: En Yüksek Mukavemetli Otomotiv Damgalama Parçaları için Ayrı Bir Süreç

Presle sertleştirme veya sıcak damgalama olarak da adlandırılan sıcak presle şekillendirme (HPF), en yüksek mukavemetli otomotiv damgalama parçaları için temel olarak farklı bir üretim yaklaşımını temsil eder; bunlar, feci geri esneme veya kırılma olmadan soğuk şekillendirme yoluyla elde edilemeyen 1.000 MPa'nın üzerinde çekme mukavemeti gerektiren parçalardır. Doğrudan HPF prosesinde, 22MnB5 bor çeliğinden oluşan bir ham parça yaklaşık 900-950°C'ye (östenitleştirme sıcaklığının üstünde) ısıtılır, su soğutmalı bir kalıba aktarılır, yumuşak ostenitik durumda oluşturulur ve daha sonra 1.500-1.600 çekme mukavemetine sahip tamamen martensitik bir mikro yapı elde etmek için 27°C/saniyenin üzerinde kontrollü bir soğutma hızında kapalı kalıpta söndürülür. Bitmiş kısımda MPa.

Otomotiv damgalama parçaları imalat altyapısına yönelik etkiler önemlidir. HPF, işlenmemiş parçaları hedef ostenitleme sıcaklığının ±10°C'si dahilinde eşit bir şekilde ısıtabilen silindirli ocak fırınlarını, aşırı sıcaklık düşüşünü önlemek için sıcak işlenmemiş parçayı fırından prese 7 saniyeden kısa sürede hareket ettiren transfer sistemlerini, parça yüzeyi boyunca gerekli söndürme oranını eşit şekilde elde eden hassas şekilde tasarlanmış soğutma kanalı düzenlerine sahip su soğutmalı kalıpları ve şekillendirmeden hemen sonra açılmak yerine söndürme döngüsü sırasında kalıp kapatma basıncını (tipik olarak 10-20 saniye) koruyan pres kontrollerini gerektirir. Bu altyapıya yapılan yatırım, eşdeğer parça boyutuna sahip geleneksel soğuk damgalama hattından çok daha yüksektir, ancak modern araç güvenlik yapılarının izinsiz giriş açısından kritik konumlarda ihtiyaç duyduğu 1.500 MPa çekme mukavemetine sahip parçaları güvenilir bir şekilde üreten tek işlemdir.

AHSS ve HPF'ye geçiş yapan otomotiv damgalama parçaları üreticileri için temel operasyonel gerçeklik, malzeme bilgisinin, simülasyon yeteneğinin, takım yatırımının ve pres teknolojisinin hep birlikte ilerlemesi gerektiğidir. Tek başına bir elemanın yükseltilmesi (örneğin, kalıp malzemelerini veya pres tonajını yükseltmeden AHSS'ye geçmek) kalıp ömrü, parça kalitesi ve üretim stabilitesi açısından sürekli olarak hayal kırıklığı yaratan sonuçlar doğurur. AHSS otomotiv damgalama parçaları üretiminde uzmanlaşan üreticiler, malzeme seçimini, şekillendirme simülasyonunu, kalıp tasarımını, yüzey işlemeyi ve pres programlamayı bir dizi bağımsız karardan ziyade entegre bir mühendislik sistemi olarak ele alıyor.