De hogesnelheidsproductielijn voor het warm stempelen van ultrasterk staal (aluminium)
Belangrijkste kenmerken
De productielijn is ontworpen om het productieproces van auto-onderdelen te optimaliseren door middel van de toepassing van warmstempeltechnologie. Dit proces, in Azië bekend als warmstempelen en in Europa als persharden, omvat het verhitten van het plaatmateriaal tot een specifieke temperatuur en het vervolgens persen in geschikte mallen met behulp van hydraulische perstechnologie, waarbij de druk gehandhaafd blijft om de gewenste vorm te bereiken en een fasetransformatie van het metaalmateriaal te ondergaan. De warmstempeltechniek kan worden onderverdeeld in directe en indirecte warmstempelmethoden.
Voordelen
Een van de belangrijkste voordelen van warmgestampte constructiecomponenten is hun uitstekende vervormbaarheid, waardoor complexe geometrieën met uitzonderlijke treksterkte kunnen worden geproduceerd. De hoge sterkte van warmgestampte onderdelen maakt het gebruik van dunnere metaalplaten mogelijk, waardoor het gewicht van de componenten wordt verlaagd en de structurele integriteit en botsweerstand behouden blijven. Andere voordelen zijn:
Minder verbindingsbewerkingen:Dankzij de technologie voor het aanbrengen van warmstempels is er minder behoefte aan las- en bevestigingswerkzaamheden, wat resulteert in een hogere efficiëntie en een betere productintegriteit.
Minimale terugvering en kromtrekken:Het warmstempelproces minimaliseert ongewenste vervormingen, zoals terugveren en kromtrekken van het onderdeel, waardoor een nauwkeurige maatvoering wordt gegarandeerd en er minder extra nabewerking nodig is.
Minder onderdeeldefecten:Bij warmgestampte onderdelen treden vergeleken met koudvormmethoden minder defecten op, zoals scheuren en splijten. Hierdoor is de productkwaliteit beter en is er minder afval.
Tonnage onderste pers:Bij warmstempelen is er minder persdruk nodig dan bij koudvormtechnieken. Dit leidt tot kostenbesparingen en een hogere productie-efficiëntie.
Aanpassing van materiaaleigenschappen:Met de technologie van het aanbrengen van warm stempelen kunt u de materiaaleigenschappen aanpassen aan specifieke delen van het onderdeel, waardoor de prestaties en functionaliteit worden geoptimaliseerd.
Verbeterde microstructurele verbeteringen:Met warmstempelen kunt u de microstructuur van het materiaal verbeteren, wat resulteert in betere mechanische eigenschappen en een langere levensduur van het product.
Gestroomlijnde productiestappen:Door middel van warmstempelen worden de tussenliggende productiestappen geëlimineerd of gereduceerd. Het resultaat is een vereenvoudigd productieproces, een hogere productiviteit en kortere doorlooptijden.
Producttoepassingen
De productielijn voor hogesnelheidsstempelen van hoogwaardig staal (aluminium) vindt brede toepassing in de productie van witte auto-onderdelen. Dit omvat stijlelementen, bumpers, portierbalken en dakrails voor personenauto's. Daarnaast wordt het gebruik van geavanceerde legeringen, mogelijk gemaakt door warmstempelen, steeds vaker onderzocht in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, defensie en opkomende markten. Deze legeringen bieden de voordelen van een hogere sterkte en een lager gewicht, die moeilijk te bereiken zijn met andere vormmethoden.
Concluderend garandeert de productielijn voor het snelstampen van hoogwaardig staal (aluminium) een nauwkeurige en efficiënte productie van complexe autocarrosseriedelen. Met superieure vervormbaarheid, minder verbindingsbewerkingen, minimale defecten en verbeterde materiaaleigenschappen biedt deze productielijn talloze voordelen. De toepassingsmogelijkheden omvatten de productie van witte carrosseriedelen voor personenauto's en bieden potentiële voordelen in de lucht- en ruimtevaart, defensie en opkomende markten. Investeer in de productielijn voor het snelstampen van hoogwaardig staal (aluminium) en behaal uitstekende prestaties, productiviteit en lichtgewicht ontwerpvoordelen in de auto-industrie en aanverwante industrieën.
Wat is hot stamping?
Warmstempelen, in Europa ook wel persharden en in Azië ook wel warmpersvormen genoemd, is een materiaalvormmethode waarbij een plaat tot een bepaalde temperatuur wordt verhit en vervolgens in de bijbehorende matrijs wordt gestempeld en onder druk wordt afgekoeld om de gewenste vorm te bereiken en een faseovergang in het metaal te bewerkstelligen. Warmstempeltechnologie omvat het verhitten van platen van boriumstaal (met een initiële sterkte van 500-700 MPa) tot de austenitiserende toestand, het snel overbrengen van de platen naar de matrijs voor hogesnelheidsstempelen en het afkoelproces van het onderdeel in de matrijs met een afkoelsnelheid van meer dan 27 °C/s, gevolgd door een periode van onder druk houden. Dit resulteert in ultrasterke stalen componenten met een uniforme martensitische structuur.
De voordelen van warm stempelen
Verbeterde treksterkte en de mogelijkheid om complexe geometrieën te vormen.
Een lager componentgewicht door het gebruik van dunner plaatmetaal, terwijl de structurele integriteit en crashbestendigheid behouden blijven.
Minder noodzaak voor verbindingsbewerkingen zoals lassen of bevestigen.
Minimaliseerde terugvering en kromtrekken van onderdelen.
Minder onderdeeldefecten zoals scheuren en barsten.
Lagere pers-tonnagevereisten vergeleken met koudvormen.
Mogelijkheid om materiaaleigenschappen aan te passen op basis van specifieke onderdeelzones.
Verbeterde microstructuren voor betere prestaties.
Gestroomlijnd productieproces met minder operationele stappen om een eindproduct te verkrijgen.
Deze voordelen dragen bij aan de algehele efficiëntie, kwaliteit en prestatie van warmgestempelde structurele componenten.
Meer details over warm stempelen
1. Warm stempelen versus koud stempelen
Warmstempelen is een vormproces dat wordt uitgevoerd na het voorverwarmen van de staalplaat, terwijl koudstempelen verwijst naar het direct stempelen van de staalplaat zonder voorverwarmen.
Koudstempelen heeft duidelijke voordelen ten opzichte van warmstempelen. Het heeft echter ook enkele nadelen. Door de hogere spanningen die koudstempelen met zich meebrengt in vergelijking met warmstempelen, zijn koudgestempelde producten gevoeliger voor scheuren en splijten. Daarom is nauwkeurige stempelapparatuur vereist voor koudstempelen.
Bij warmstempelen wordt de staalplaat vóór het stempelen tot hoge temperaturen verhit en gelijktijdig afgekoeld in de matrijs. Dit leidt tot een volledige transformatie van de microstructuur van het staal naar martensiet, wat resulteert in een hoge sterkte van 1500 tot 2000 MPa. Warmgestempelde producten vertonen daardoor een hogere sterkte dan koudgestempelde producten.
2. Stroomschema van het warmstempelproces
Warmstempelen, ook wel "persharden" genoemd, omvat het verhitten van een hoogwaardige plaat met een initiële sterkte van 500-600 MPa tot temperaturen tussen 880 en 950 °C. De verwarmde plaat wordt vervolgens snel gestempeld en afgekoeld in de matrijs, waarbij afkoelsnelheden van 20-300 °C/s worden bereikt. De transformatie van austeniet naar martensiet tijdens het afkoelproces verhoogt de sterkte van het onderdeel aanzienlijk, waardoor gestempelde onderdelen met sterktes tot 1500 MPa kunnen worden geproduceerd. Warmstempeltechnieken kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: direct warmstempelen en indirect warmstempelen:
Bij direct warmstempelen wordt de voorverwarmde plaat direct in een gesloten matrijs gevoerd om te worden gestanst en afgekoeld. Vervolgprocessen omvatten koelen, randen bijsnijden en gaten ponsen (of lasersnijden) en oppervlaktereiniging.
Fiture1: verwerkingsmodus voor warm stempelen - direct warm stempelen
Bij het indirecte warmstempelproces wordt de voorvorm- en koudvervormingsstap uitgevoerd vóór de fasen verwarmen, warmstempelen, randen bijsnijden, gaten maken en oppervlaktereiniging.
Het belangrijkste verschil tussen indirecte en directe warmstempelprocessen ligt in de toevoeging van de koudvervormende voorvormstap vóór het verwarmen bij de indirecte methode. Bij direct warmstempelen wordt het plaatmateriaal direct in de verwarmingsoven gevoerd, terwijl bij indirect warmstempelen het koudgevormde, voorgevormde onderdeel in de verwarmingsoven wordt gebracht.
Het procesverloop van indirecte warmstempeling omvat doorgaans de volgende stappen:
Koudvormen-voorvormen--Verwarmen-Warm stempelen--Kanten bijsnijden en gaten ponsen-Oppervlaktereiniging
Fiture2: verwerkingsmodus voor warm stempelen - indirect warm stempelen
3. De belangrijkste apparatuur voor het warm stempelen omvat een verwarmingsoven, een warmvormpers en warmstempelmallen
Verwarmingsoven:
De verwarmingsoven is uitgerust met verwarmings- en temperatuurregelingsmogelijkheden. Hij kan hoogwaardige platen binnen een bepaalde tijd verwarmen tot de rekristallisatietemperatuur, waardoor een austenitische toestand wordt bereikt. Hij moet zich kunnen aanpassen aan de eisen van grootschalige geautomatiseerde continue productie. Omdat de verwarmde billet alleen door robots of mechanische armen kan worden gehanteerd, vereist de oven een geautomatiseerde belading en ontlading met een hoge positioneringsnauwkeurigheid. Bovendien moet hij bij het verwarmen van niet-gecoate staalplaten gasbescherming bieden om oxidatie van het oppervlak en decarbonisatie van de billet te voorkomen.
Warmvormpers:
De pers vormt de kern van de warmstempeltechnologie. Deze moet snel kunnen stempelen en vasthouden, en moet bovendien uitgerust zijn met een snel koelsysteem. De technische complexiteit van warmvormpersen overtreft die van conventionele koudstempelpersen ruimschoots. Momenteel beheersen slechts enkele buitenlandse bedrijven de ontwerp- en productietechnologie van dergelijke persen, en ze zijn allemaal afhankelijk van import, waardoor ze duur zijn.
Warmdrukmallen:
Warmstempelmatrijzen worden gebruikt voor zowel de vorm- als de afschrikfase. In de vormfase, zodra de staaf in de matrijsholte is geplaatst, voltooit de matrijs het stempelproces snel om de voltooiing van de vorm van het onderdeel te garanderen voordat het materiaal de martensitische fase ondergaat. Vervolgens komt het in de afschrik- en afkoelfase, waar de warmte van het werkstuk in de matrijs continu wordt overgedragen aan de matrijs. Koelbuizen in de matrijs voeren de warmte direct af via het stromende koelmiddel. De martensitisch-austenitische transformatie begint wanneer de temperatuur van het werkstuk daalt tot 425 °C. De transformatie van martensiet naar austeniet eindigt wanneer de temperatuur 280 °C bereikt, waarna het werkstuk bij 200 °C wordt uitgenomen. De functie van de matrijshouder is het voorkomen van ongelijkmatige thermische uitzetting en krimp tijdens het afschrikproces, wat kan leiden tot aanzienlijke veranderingen in de vorm en afmetingen van het onderdeel, wat kan leiden tot afval. Bovendien verbetert het de thermische overdrachtsefficiëntie tussen het werkstuk en de matrijs, wat snel afschrikken en afkoelen bevordert.
Samengevat bestaat de belangrijkste apparatuur voor warmstempelen uit een verwarmingsoven om de gewenste temperatuur te bereiken, een warmvormpers voor snel stempelen en vasthouden met een snel koelsysteem en warmstempelmallen die zowel de vorm- als de afschrikfase uitvoeren om een juiste vorming van het onderdeel en efficiënte koeling te garanderen.
De afkoelsnelheid van het afschrikken beïnvloedt niet alleen de productietijd, maar ook de conversie-efficiëntie tussen austeniet en martensiet. De afkoelsnelheid bepaalt welke kristalstructuur er wordt gevormd en is gerelateerd aan het uiteindelijke verhardingseffect van het werkstuk. De kritische afkoeltemperatuur van boorstaal is ongeveer 30 ℃/s, en alleen wanneer de afkoelsnelheid deze kritische afkoeltemperatuur overschrijdt, kan de vorming van een martensitische structuur maximaal worden bevorderd. Wanneer de afkoelsnelheid lager is dan de kritische afkoelsnelheid, zullen niet-martensitische structuren zoals bainiet in de kristallisatiestructuur van het werkstuk verschijnen. Echter, hoe hoger de afkoelsnelheid, hoe beter, hoe hoger de afkoelsnelheid zal leiden tot scheurvorming in de gevormde onderdelen. Het redelijke bereik van de afkoelsnelheid moet worden bepaald op basis van de materiaalsamenstelling en de procesomstandigheden van de onderdelen.
Omdat het ontwerp van de koelbuis direct verband houdt met de grootte van de koelsnelheid, wordt de koelbuis over het algemeen ontworpen met het oog op maximale warmteoverdrachtsefficiëntie. De richting van de ontworpen koelbuis is daarom complexer en is moeilijk te verkrijgen door mechanisch boren na voltooiing van het gieten in de matrijs. Om beperkingen door mechanische verwerking te voorkomen, wordt over het algemeen gekozen voor de methode van het reserveren van waterkanalen vóór het gieten in de matrijs.
Omdat het langdurig werkt bij temperaturen tussen 200 °C en 880 tot 950 °C onder extreme wisselwerkingen tussen koude en warme omstandigheden, moet het materiaal van de warmstempelmatrijs een goede structurele stijfheid en thermische geleidbaarheid hebben. Bovendien moet het bestand zijn tegen de sterke thermische wrijving die de knuppel bij hoge temperaturen genereert en tegen de slijtage door de vallende oxidelaagdeeltjes. Bovendien moet het matrijsmateriaal corrosiebestendig zijn tegen het koelmiddel om een soepele doorstroming van de koelbuis te garanderen.
Trimmen en piercen
Omdat de sterkte van de onderdelen na het warmstempelen ongeveer 1500 MPa bereikt, zijn de tonnagevereisten voor het snijden en ponsen groter bij gebruik van persen en stansen en is de slijtage van de snijkanten ernstig. Daarom worden vaak lasersnijmachines gebruikt om randen en gaten te snijden.
4. Veel voorkomende soorten warmgestampt staal
Prestaties vóór het stempelen
Prestaties na het stempelen
De gangbare kwaliteit warmgestampt staal is momenteel B1500HS. De treksterkte vóór het stampen ligt over het algemeen tussen 480 en 800 MPa, en na het stampen kan de treksterkte 1300-1700 MPa bereiken. Dat wil zeggen dat de treksterkte van staalplaat van 480-800 MPa, door middel van warmstampvormen, een treksterkte van ongeveer 1300-1700 MPa kan bereiken.
5. Het gebruik van warmgestampt staal
Het gebruik van warmgestampte onderdelen kan de botsveiligheid van auto's aanzienlijk verbeteren en het gewicht van de carrosserie in het wit vergroten. Momenteel wordt warmgestampte technologie toegepast op witte carrosseriedelen van personenauto's, zoals de A-stijl, B-stijl, bumper, portierbalk, dakrail en andere onderdelen. Zie afbeelding 3 hieronder voor voorbeelden van onderdelen die geschikt zijn voor lichtgewichtmontage.
Figuur 3: Witte lichaamscomponenten geschikt voor warm stempelen
Figuur 4: Jiangdong Machinery 1200 Ton Warmstempelperslijn
Momenteel zijn de productielijnen voor hydraulische warmstempelpersen van JIANGDONG MACHINERY zeer volwassen en stabiel. Ze behoren tot de toonaangevende spelers op het gebied van warmstempelen in China. Als vicevoorzitter van de afdeling smeedmachines van de China Machine Tool Association en als lid van het China Forging Machinery Standardization Committee, hebben we ook onderzoek gedaan naar en toepassingswerkzaamheden uitgevoerd op het gebied van nationaal supersnel warmstempelen van staal en aluminium. Dit heeft een grote rol gespeeld bij het bevorderen van de ontwikkeling van de warmstempelindustrie in China en zelfs in de wereld.
