Профилирование рулонов из высокопрочной стали для автомобильных деталей

Профилирование рулонов высокопрочной стали

Профилирование рулонной стали из высокопрочной стали (HSS) и усовершенствованной высокопрочной стали (AHSS) означает пропускание плоской рулонной заготовки через ряд роликов прогрессивной формы, каждый из которых сгибает материал на несколько градусов дальше, пока он не достигнет окончательного профиля поперечного сечения. Поскольку деформация происходит постепенно на многих роликовых станциях, а не за один ход, формовка валками обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на материал, чем методы формовки с одним ударом, что является основной причиной, по которой этот процесс является предпочтительным для марок AHSS, которые легче растрескиваются под действием внезапной, сконцентрированной силы.

Марки HSS и AHSS, включая двухфазные (DP), стали с пластичностью, вызванной трансформацией (TRIP) и мартенситные стали, обеспечивают прочность на разрыв в диапазоне от примерно 440 МПа до 1500 МПа по сравнению с 270–400 МПа для обычной мягкой стали. Эта прочность позволяет автопроизводителям использовать более тонкий материал для тех же структурных характеристик, напрямую поддерживая цели по снижению веса автомобиля, не жертвуя при этом безопасностью при столкновении.

Процесс формирования автомобильного рулона

В автомобильном производстве линия профилирования обычно следует следующей последовательности:

1. Рулонный материал разматывается и непрерывно подается на линию, часто с помощью правильного устройства для устранения кривизны набора рулонов перед формовкой.
2. Полоса проходит через ряд роликовых станций, каждая из которых добавляет небольшой изгиб, постепенно придавая плоской полосе целевой профиль — шляпчатый канал, трубу или сложную структурную форму с несколькими изгибами.
3. Станции пробивки или вырубки на линии, если необходимо, вырезают монтажные отверстия или вырезают элементы, пока полоса еще плоская или частично сформированная, поскольку пробивка после полной формовки гораздо сложнее.
4. Сформированный профиль проходит через отрезной пресс, который разрезает его на нужную длину, не останавливая леску, используя летучую обрезку, синхронизированную со скоростью линии.
5. Готовые детали могут подвергаться поточной или вторичной сварке, нанесению покрытия или термообработке перед отправкой на сборку.

Эта непрерывная, крупнообъемная природа делает профилирование особенно подходящим для автомобильного производства, где один и тот же структурный профиль — дверные балки, усиление бампера, рейлинги на крыше или компоненты рамы сидений — может нуждаться в пробеге в десятки или сотни тысяч погонных футов в год.

Профилирование против штамповки

Профилирование и штамповка позволяют формовать из листовой стали конструкционные детали, но они подходят для различных геометрических форм и профилей производства.

Профилирование и штамповка в сравнении с производством автомобильных деталей.

В частности, для AHSS постепенный многопозиционный изгиб при профилировании валков является основным преимуществом по сравнению с однократной деформацией при штамповке, поскольку марки AHSS обычно имеют меньшее удлинение перед разрушением и более чувствительны к скорости деформации и концентрации напряжений, которые штамповочная матрица прикладывает за одно движение.

Проектирование профилегибочного инструмента для AHSS

Конструкция инструментов для профилирования профилей AHSS отличается от инструментов из мягкой стали по нескольким причинам, что обусловлено более высокими формовочными усилиями и упругим отскоком, создаваемым материалом:

• Больше формовочных станций — Профили AHSS обычно требуют дополнительных проходов роликов по сравнению с эквивалентным профилем из мягкой стали, что позволяет распределить угол изгиба на большее количество шагов, чтобы уменьшить нагрузку за проход.
• Более твердые рулонные материалы — обычно требуются валки из инструментальной стали с износостойким покрытием или закаленной поверхностью, поскольку AHSS ускоряет износ валков по сравнению с мягкой сталью.
• Увеличенные силы отрыва валков — рамы мельниц, валы и подшипники должны быть рассчитаны на более высокие нагрузки, чем линия, работающая только из мягкой стали, поскольку AHSS сильнее сопротивляется деформации на каждой станции.
• Компенсация перегиба — профили инструментов обычно проектируются с рассчитанными углами перегиба для противодействия пружинению и достижения конечных размеров.

Пружинный возврат из высокопрочной стали

Упругое сопротивление — это тенденция формованного металла частично возвращаться к своей первоначальной плоской форме после устранения силы формования, вызванная упругим восстановлением части деформации материала. Стали с более высокой прочностью обычно имеют более высокий предел текучести по сравнению с их модулем упругости, что означает, что большая доля общей деформации является упругой (восстанавливаемой), а не пластической (постоянной) - поэтому AHSS пружинит больше, чем мягкая сталь, согнутая под тем же углом.

Линии профилирования рулонов устраняют упругость, прежде всего, за счет чрезмерного изгиба: каждая роликовая станция слегка сгибает материал за заданный угол, ожидая, насколько он расслабится после отпускания. Точный угол перегиба обычно определяется с помощью комбинации программного обеспечения для моделирования формования и физических пробных испытаний, поскольку упругое отклонение зависит от марки стали, толщины и геометрии профиля, и даже небольшие изменения в свойствах материала от рулона к рулону могут изменить величину необходимой коррекции.