De hogesnelheids warmpersproductielijn voor ultrasterk staal (aluminium)
Belangrijkste kenmerken
De productielijn is ontworpen om het productieproces van auto-onderdelen te optimaliseren door middel van warmpersen. Dit proces, in Azië bekend als warmpersen en in Europa als persharden, houdt in dat het basismateriaal tot een specifieke temperatuur wordt verhit en vervolgens in bijbehorende mallen wordt geperst met behulp van een hydraulische pers. Hierbij wordt de druk constant gehouden om de gewenste vorm te verkrijgen en een faseovergang van het metaal te bewerkstelligen. De warmperstechniek kan worden onderverdeeld in directe en indirecte warmpersmethoden.
Voordelen
Een van de belangrijkste voordelen van warmgestempelde constructieonderdelen is hun uitstekende vervormbaarheid, waardoor complexe geometrieën met een uitzonderlijke treksterkte kunnen worden geproduceerd. De hoge sterkte van warmgestempelde onderdelen maakt het gebruik van dunnere metaalplaten mogelijk, waardoor het gewicht van de onderdelen wordt verminderd met behoud van structurele integriteit en botsveiligheid. Andere voordelen zijn:
Verminderde voegwerkzaamheden:Warmpersen vermindert de noodzaak voor las- of bevestigingswerkzaamheden, wat resulteert in een hogere efficiëntie en verbeterde productkwaliteit.
Minimale terugvering en kromtrekking:Het warmpersproces minimaliseert ongewenste vervormingen, zoals terugvering en kromtrekking van onderdelen, waardoor nauwkeurige maatvoering wordt gegarandeerd en de noodzaak voor nabewerking wordt verminderd.
Minder defecten aan onderdelen:Warmgestempelde onderdelen vertonen minder defecten, zoals scheuren en splijtingen, in vergelijking met koudgevormde onderdelen, wat resulteert in een betere productkwaliteit en minder afval.
Lagere persdruk:Warmpersen vermindert de benodigde perskracht in vergelijking met koudvormtechnieken, wat leidt tot kostenbesparingen en een hogere productie-efficiëntie.
Aanpassing van materiaaleigenschappen:Door middel van warmpersen kunnen materiaaleigenschappen worden aangepast aan specifieke delen van het onderdeel, waardoor de prestaties en functionaliteit worden geoptimaliseerd.
Verbeterde microstructurele eigenschappen:Warmpersen biedt de mogelijkheid om de microstructuur van het materiaal te verbeteren, wat resulteert in betere mechanische eigenschappen en een langere levensduur van het product.
Gestroomlijnde productiestappen:Warmpersen elimineert of vermindert tussenliggende productiestappen, wat resulteert in een vereenvoudigd productieproces, verhoogde productiviteit en kortere doorlooptijden.
Producttoepassingen
De hogesnelheids-warmperslijn voor hoogwaardig staal (aluminium) vindt brede toepassing in de productie van witte carrosseriedelen voor auto's. Denk hierbij aan stijlen, bumpers, deurbalken en dakrails voor personenauto's. Daarnaast wordt het gebruik van geavanceerde legeringen, mogelijk gemaakt door warmpersen, steeds vaker onderzocht in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, defensie en opkomende markten. Deze legeringen bieden voordelen zoals een hogere sterkte en een lager gewicht, eigenschappen die moeilijk te bereiken zijn met andere vormmethoden.
Kortom, de productielijn voor hogesnelheids warmpersen van hoogwaardig staal (aluminium) garandeert een nauwkeurige en efficiënte productie van complexe carrosseriedelen voor auto's. Met superieure vervormbaarheid, minder verbindingsbewerkingen, minimale defecten en verbeterde materiaaleigenschappen biedt deze productielijn talrijke voordelen. De toepassingen strekken zich uit tot de productie van carrosseriedelen voor personenauto's en bieden potentiële voordelen in de lucht- en ruimtevaart, defensie en opkomende markten. Investeer in de productielijn voor hogesnelheids warmpersen van hoogwaardig staal (aluminium) om uitstekende prestaties, productiviteit en lichtgewicht ontwerpvoordelen te behalen in de automobielindustrie en aanverwante sectoren.
Wat is hot stamping?
Warmpersen, in Europa ook wel persharden genoemd en in Azië warmpersvormen, is een materiaalvormingsmethode waarbij een werkstuk tot een bepaalde temperatuur wordt verhit en vervolgens onder druk in de bijbehorende matrijs wordt geperst en afgekoeld om de gewenste vorm te verkrijgen en een faseovergang in het metaal teweeg te brengen. Bij warmpersen worden platen van boorstaal (met een initiële sterkte van 500-700 MPa) verhit tot de austenitisatietoestand, snel in de matrijs geplaatst voor hogesnelheidspersen, en het onderdeel in de matrijs afgekoeld met een snelheid van meer dan 27 °C/s, gevolgd door een periode van vasthouden onder druk, om ultrasterke stalen componenten met een uniforme martensitische structuur te verkrijgen.
De voordelen van warmstempelen
Verbeterde treksterkte en de mogelijkheid om complexe geometrieën te vormen.
Het gewicht van de componenten is verlaagd door gebruik te maken van dunner plaatmetaal, met behoud van structurele integriteit en botsveiligheid.
Minder behoefte aan verbindingshandelingen zoals lassen of bevestigen.
Het terugveren en vervormen van onderdelen is tot een minimum beperkt.
Minder defecten aan onderdelen, zoals scheuren en barsten.
Lagere perskrachtvereisten in vergelijking met koudvormen.
Mogelijkheid om materiaaleigenschappen aan te passen aan specifieke onderdelen.
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 prestaties van warmgestempelde constructieonderdelen.
Meer informatie over hot stamping.
1. Warmstempelen versus koudstempelen
Warmpersen is een vormproces dat wordt uitgevoerd na het voorverwarmen van de staalplaat, terwijl koudpersen verwijst naar het direct persen van de staalplaat zonder voorverwarming.
Koudstempelen heeft duidelijke voordelen ten opzichte van warmstempelen. Het kent echter ook enkele nadelen. Door de hogere spanningen die optreden bij koudstempelen in vergelijking met warmstempelen, zijn koudgestempelde producten gevoeliger voor scheuren en splijten. Daarom is nauwkeurige stempelapparatuur vereist voor koudstempelen.
Warmpersen houdt in dat de staalplaat vóór het persen tot hoge temperaturen wordt verhit en tegelijkertijd in de matrijs wordt afgekoeld. 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. Daardoor vertonen warmgeperste producten een hogere sterkte dan koudgeperste producten.
2. Processtroom voor warmstempelen
Warmpersen, ook wel "persharden" genoemd, houdt in dat een zeer sterke plaat met een initiële sterkte van 500-600 MPa wordt verhit tot temperaturen tussen 880 en 950 °C. De verhitte 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 afkoelen verhoogt de sterkte van het onderdeel aanzienlijk, waardoor gestempelde onderdelen met een sterkte tot 1500 MPa kunnen worden geproduceerd. Warmperstechnieken kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: direct warmpersen en indirect warmpersen.
Bij direct warmpersen wordt de voorverwarmde plaat rechtstreeks in een gesloten matrijs gevoerd voor het persen en afkoelen. Vervolgprocessen zijn onder andere afkoelen, kanten afsnijden, gaten ponsen (of lasersnijden) en oppervlaktereiniging.
Functie 1: verwerkingsmodus voor warm stempelen - direct warm stempelen
Bij het indirecte warmstempelproces wordt de koudvormvoorbehandeling uitgevoerd voordat de fasen van verhitting, warmstempelen, randafwerking, gaten ponsen en oppervlaktereiniging beginnen.
Het belangrijkste verschil tussen indirect en direct warmpersen zit hem in de toevoeging van een koudvormstap vóór het verwarmen bij de indirecte methode. Bij direct warmpersen wordt het plaatmetaal rechtstreeks in de oven gevoerd, terwijl bij indirect warmpersen het koudgevormde voorgevormde onderdeel eerst in de oven wordt geplaatst.
Het procesverloop van indirect warmpersen omvat doorgaans de volgende stappen:
Koudvormen - Voorvormen - Verwarmen - Warmpersen - Randen afwerken en gaten ponsen - Oppervlaktereiniging
Functie 2: verwerkingsmodus voor warmstempelen - indirect warmstempelen
3. De belangrijkste apparatuur voor warmpersen omvat een verwarmingsoven, een warmpers en warmpersmatrijzen.
Verwarmingsoven:
De verwarmingsoven is uitgerust met verwarmings- en temperatuurregelingsmogelijkheden. Hij is in staat om zeer sterke platen binnen een bepaalde tijd tot de herkristallisatietemperatuur te verhitten, waardoor een austenitische toestand wordt bereikt. De oven moet geschikt zijn voor grootschalige, geautomatiseerde, continue productie. Omdat de verhitte werkstukken alleen door robots of robotarmen kunnen worden gehanteerd, vereist de oven geautomatiseerd laden en lossen met een hoge positioneringsnauwkeurigheid. Bovendien moet de oven bij het verhitten van ongecoate staalplaten gasbescherming bieden om oppervlakteoxidatie en ontkoling van de werkstukken te voorkomen.
Warmvormpers:
De pers vormt de kern van de warmperstechnologie. Deze moet snel kunnen persen en vasthouden, en bovendien voorzien zijn van een snelkoelsysteem. De technische complexiteit van warmpersen is veel groter dan die van conventionele koudpersen. Momenteel beheersen slechts enkele buitenlandse bedrijven de ontwerp- en productietechnologie van dergelijke persen, en zij zijn allemaal afhankelijk van import, waardoor ze duur zijn.
Warmdrukmatrijzen:
Warmpersmatrijzen voeren zowel een vorm- als een afkoelingsfase uit. In de vormfase, zodra het werkstuk in de matrijs wordt gebracht, voltooit de matrijs het stempelproces snel om ervoor te zorgen dat de vorming van het onderdeel voltooid is voordat het materiaal de martensitische faseovergang ondergaat. Vervolgens begint de afkoelingsfase, waarbij de warmte van het werkstuk in de matrijs continu wordt overgedragen aan de matrijs. Koelbuizen in de matrijs voeren de warmte direct af door middel van een stromende koelvloeistof. De martensitisch-austenitische transformatie begint wanneer de temperatuur van het werkstuk daalt tot 425 °C. De transformatie tussen martensiet en austeniet eindigt wanneer de temperatuur 280 °C bereikt en het werkstuk wordt verwijderd bij 200 °C. De matrijs dient om ongelijkmatige thermische uitzetting en krimp tijdens het afkoelingsproces te voorkomen, wat kan leiden tot aanzienlijke veranderingen in de vorm en afmetingen van het onderdeel en tot afkeuring. Bovendien verbetert de matrijs de efficiëntie van de warmteoverdracht tussen het werkstuk en de matrijs, wat een snelle afkoeling bevordert.
Samenvattend bestaat de belangrijkste apparatuur voor warmpersen uit een verwarmingsoven voor het bereiken van de gewenste temperatuur, een warmvormpers voor snel persen en vasthouden met een snelkoelsysteem, en warmpersmatrijzen die zowel de vorm- als de afkoelingsfase uitvoeren om een correcte onderdeelvorming en efficiënte koeling te garanderen.
De afkoelsnelheid beïnvloedt niet alleen de productietijd, maar ook de omzettingsgraad tussen austeniet en martensiet. De afkoelsnelheid bepaalt welke kristallijne structuur wordt gevormd en is van invloed op het uiteindelijke hardingseffect van het werkstuk. De kritische afkoeltemperatuur van boorstaal ligt rond de 30 °C/s. Alleen wanneer de afkoelsnelheid hoger is dan deze kritische temperatuur, wordt de vorming van een martensitische structuur optimaal bevorderd. Bij een lagere afkoelsnelheid ontstaan niet-martensitische structuren zoals bainiet in de kristalstructuur van het werkstuk. Hoewel een hogere afkoelsnelheid beter is, kan een te hoge snelheid leiden tot scheurvorming in de gevormde onderdelen. Het optimale bereik voor de afkoelsnelheid moet daarom worden bepaald op basis van de materiaalsamenstelling en de procesomstandigheden.
Omdat het ontwerp van de koelbuis direct verband houdt met de koelsnelheid, wordt de koelbuis over het algemeen ontworpen met het oog op maximale warmteoverdrachtsefficiëntie. Hierdoor is de richting van de koelbuis complexer en is deze moeilijk te realiseren door middel van mechanisch boren na het gieten van de mal. Om beperkingen door mechanische bewerking te voorkomen, wordt er doorgaans voor gekozen om de waterkanalen vóór het gieten van de mal aan te brengen.
Omdat het warmstempelproces langdurig werkt bij temperaturen van 200℃ tot 880-950℃ onder extreme, afwisselende koude en hete omstandigheden, moet het materiaal van de matrijs een goede structurele stijfheid en thermische geleidbaarheid hebben. Het moet bestand zijn tegen de sterke thermische wrijving die door de biljet bij hoge temperatuur wordt gegenereerd en tegen de schurende werking van de afgezette oxidedeeltjes. Bovendien moet het matrijsmateriaal ook een goede corrosiebestendigheid hebben ten opzichte van de koelvloeistof om een vlotte doorstroming in de koelleiding te garanderen.
Trimmen en doorboren
Omdat de sterkte van de onderdelen na warmpersen ongeveer 1500 MPa bedraagt, zijn er bij gebruik van perssnijden en ponsen hogere eisen aan de apparatuur gesteld en is de slijtage van de snijkant van de matrijs aanzienlijk. Daarom worden lasersnij-units vaak gebruikt voor het snijden van randen en gaten.
4. Veelvoorkomende soorten warmgeperst staal
Prestatie vóór het stempelen
Prestaties na het stempelen
Momenteel is de meest gebruikte staalsoort voor warmpersen B1500HS. De treksterkte vóór het persen ligt over het algemeen tussen 480 en 800 MPa, en na het persen kan de treksterkte oplopen tot 1300-1700 MPa. Dat wil zeggen dat een staalplaat met een treksterkte van 480-800 MPa door middel van warmpersen een treksterkte van ongeveer 1300-1700 MPa kan bereiken.
5. Het gebruik van warmgestempeld staal
Het gebruik van warmpersen kan de botsveiligheid van een auto aanzienlijk verbeteren en het gewicht van de carrosserie aanzienlijk verlagen. Warmpersen wordt momenteel toegepast op carrosseriedelen van personenauto's, zoals de A-stijl, B-stijl, bumper, deurbalk en dakrail. Zie onderstaande afbeelding 3 voor een voorbeeld van onderdelen die geschikt zijn voor gewichtsbesparing.
Figuur 3: Witte behuizingsonderdelen geschikt voor warmpersen.
Afbeelding 4: Jiangdong Machinery 1200 Ton Hot Stamping Press Line
De productielijnoplossingen voor hydraulische warmpersen van JIANGDONG MACHINERY zijn momenteel zeer volwassen en stabiel. We behoren tot de toonaangevende bedrijven in de Chinese warmpersindustrie. Als vicevoorzitter van de afdeling smeedmachines van de Chinese Vereniging voor Gereedschapswerktuigen en als lid van het Chinese Standaardisatiecomité voor Smeedmachines, hebben we ook onderzoek en toepassing verricht op het gebied van supersnel warmpersen van staal en aluminium. Dit heeft een grote rol gespeeld in de bevordering van de ontwikkeling van de warmpersindustrie in China en zelfs wereldwijd.
