Nagy szilárdságú acél hengeralakítás autóalkatrészekhez

Nagy szilárdságú acél hengerlése

A nagyszilárdságú hengeracél (HSS) és a fejlett nagyszilárdságú acél (AHSS) azt jelenti, hogy a lapos tekercsanyagot progresszív alakú görgőkön vezetik át, amelyek mindegyike néhány fokkal tovább hajlítja az anyagot, amíg el nem éri a végső keresztmetszeti profilt. Mivel a deformáció fokozatosan, több hengerállomáson megy végbe, nem pedig egy ütemben, a hengeralakítás egyenletesebben tartja az anyagra ható feszültséget, mint az együtős alakítási módszerek, ami a fő oka annak, hogy ez az előnyben részesített eljárás azoknál az AHSS minőségeknél, amelyek könnyebben repednek meg hirtelen, koncentrált erő hatására.

A HSS és AHSS minőségek – köztük a kétfázisú (DP), az átalakulás által indukált plaszticitás (TRIP) és a martenzites acélok – durván 440 MPa és 1500 MPa közötti szakítószilárdságot kínálnak, szemben a hagyományos lágyacélok 270-400 MPa-val. Ez az erősség lehetővé teszi az autógyártók számára, hogy vékonyabb anyagokat alkalmazzanak ugyanazon szerkezeti teljesítmény érdekében, közvetlenül támogatva a járművek súlycsökkentési céljait anélkül, hogy feláldoznák az ütközésbiztonságot.

Autóipari hengeralakítási folyamat

Az autógyártásban a hengeralakítási sor általában a következő sorrendet követi:

1. A tekercskészletet letekercselik, és folyamatosan betáplálják a vezetékbe, gyakran szintezővel, hogy eltávolítsák a tekercs által beállított görbületet az alakítás előtt.
2. A szalag egy sor görgős állomáson halad keresztül, amelyek mindegyike egy-egy kis hajlítási lépést ad hozzá, és a lapos csíkot fokozatosan a célprofilba formálja – egy kalapcsatorna, cső vagy összetett, több hajlítású szerkezeti alakzat.
3. A soron belüli lyukasztó vagy bemetsző állomások szükség esetén rögzítőfuratokat vagy kivágásokat készítenek, miközben a szalag még lapos vagy részben formált, mivel a lyukasztás a teljes formázás után sokkal nehezebb.
4. A kialakított profil átmegy egy vágóprésen, amely a zsinór megállítása nélkül hosszra nyírja, a zsinór sebességéhez szinkronizált repülő levágás segítségével.
5. A kész alkatrészek soros vagy másodlagos hegesztésen, bevonaton vagy hőkezelésen eshetnek át az összeszerelés előtt.

Ez a folyamatos, nagy volumenű jelleg teszi a hengeralakítást különösen alkalmassá az autóipari gyártáshoz, ahol ugyanaz a szerkezeti profil – ajtógerendák, lökhárító-erősítések, tetősínek vagy üléskeret-elemek – évente több tíz- vagy százezer lineáris lábbal kell futnia.

Tekercsformázás vs bélyegzés

A hengerlés és a sajtolás egyaránt lapos acélt formáz szerkezeti részekre, de különböző alkatrészgeometriákhoz és gyártási profilokhoz illeszkednek.

Hengeralakítás és bélyegzés összehasonlítva a szerkezeti autóipari alkatrészek gyártásával.

Kifejezetten az AHSS esetében a hengeralakítás fokozatos, többállásos hajlítása jelentős előnyt jelent a sajtolás együtéses deformációjához képest, mivel az AHSS-minőségek általában kisebb nyúlással rendelkeznek a törés előtt, és érzékenyebbek a sajtolószerszám egy mozdulattal kifejtett alakváltozási sebességére és feszültségkoncentrációjára.

Hengeralakító szerszámok tervezése AHSS-hez

Az AHSS hengeralakításhoz használt szerszámtervezés több szempontból is különbözik az enyhe acél szerszámozástól, amelyet a nagyobb alakító erők és az anyag által generált rugózás hajtanak végre:

• További formáló állomások — Az AHSS-profilok jellemzően további görgőt igényelnek az egyenértékű lágyacél profilokhoz képest, így a hajlítási szöget több lépésben elosztják, hogy csökkentsék a menetenkénti feszültséget.
• Keményebb tekercs anyagok – jellemzően kopásálló bevonattal vagy edzett felületű szerszámacél hengerekre van szükség, mivel az AHSS felgyorsítja a hengerkopást a lágyacélhoz képest.
• Megnövekedett hengerelválasztó erők — A marókereteket, tengelyeket és csapágyakat nagyobb terhelésre kell besorolni, mint a csak lágyacélból készült vezetékeket, mivel az AHSS minden állomáson erősebben ellenáll a deformációnak.
• Túlhajlítási kompenzáció — a szerszámprofilokat jellemzően kiszámított túlhajlítási szögekkel tervezik, hogy ellensúlyozzák a visszarugaszkodást és a végső méretpontokat.

Springback nagy szilárdságú acélból

A visszarugaszkodás az formázott fém azon tendenciája, hogy az alakító erő eltávolítása után részben visszatér eredeti lapos alakjához, amelyet az anyag deformációjának rugalmas visszanyerési része okoz. A nagyobb szilárdságú acélok általában nagyobb folyáshatárral rendelkeznek a rugalmassági modulusukhoz képest, ami azt jelenti, hogy a teljes deformáció nagyobb hányada rugalmas (visszanyerhető), nem pedig műanyag (tartós) – tehát az AHSS jobban visszaugrik, mint az azonos szögben hajlított lágy acél.

A hengeralakító vonalak elsősorban túlhajlítással biztosítják a visszarugózást: minden hengerállomás kissé túlhajlítja az anyagot a célszögön túl, előre jelezve, hogy az elengedés után mennyit lazít vissza. A pontos túlhajlítási szöget jellemzően alakító szimulációs szoftverek és fizikai próbaüzemek kombinációjával határozzák meg, mivel a rugózás az acélminőségtől, a szelvényvastagságtól és a profilgeometriától függően változik, és a tekercs-tekercs anyag tulajdonságainak kis változásai is megváltoztathatják a szükséges korrekció mértékét.