Tạo hình cuộn thép cường độ cao cho các bộ phận ô tô

Thép cuộn cường độ cao

Thép cường độ cao tạo hình cuộn (HSS) và thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) có nghĩa là chuyển phôi cuộn phẳng qua một loạt các con lăn có hình dạng tăng dần, mỗi con lăn uốn vật liệu thêm vài độ cho đến khi đạt được mặt cắt ngang cuối cùng. Bởi vì sự biến dạng xảy ra dần dần trên nhiều trạm lăn thay vì trong một hành trình, nên việc tạo hình cuộn giúp ứng suất lên vật liệu được phân bố đều hơn so với các phương pháp tạo hình một lần, đó là lý do chính khiến đây là quy trình ưa thích dành cho các loại AHSS vốn dễ bị nứt hơn dưới lực tập trung, đột ngột.

Các loại HSS và AHSS - bao gồm thép hai pha (DP), độ dẻo do biến đổi (TRIP) và thép martensitic - có độ bền kéo từ khoảng 440 MPa đến 1.500 MPa, so với 270-400 MPa đối với thép nhẹ thông thường. Sức mạnh đó cho phép các nhà sản xuất ô tô sử dụng vật liệu đo mỏng hơn để có cùng hiệu suất kết cấu, hỗ trợ trực tiếp mục tiêu giảm trọng lượng xe mà không ảnh hưởng đến độ an toàn khi va chạm.

Quy trình tạo hình cuộn ô tô

Trong sản xuất ô tô, dây chuyền tạo hình cuộn thường tuân theo trình tự sau:

1. Cuộn dây được tháo cuộn và đưa liên tục vào dây chuyền, thường có bộ san phẳng để loại bỏ độ cong của cuộn dây trước khi tạo hình.
2. Dải này đi qua một loạt các trạm con lăn, mỗi trạm thêm một đoạn uốn nhỏ, dần dần định hình dải phẳng thành hình dạng mục tiêu - một kênh mũ, ống hoặc hình dạng cấu trúc đa uốn phức tạp.
3. Nếu cần, các trạm đục lỗ hoặc khía khía trên dây chuyền, hãy cắt các lỗ lắp hoặc các phần cắt đặc trưng trong khi dải vẫn phẳng hoặc được tạo hình một phần, vì việc đục lỗ sau khi tạo hình hoàn chỉnh khó khăn hơn nhiều.
4. Biên dạng được hình thành sẽ đi qua một máy ép cắt để cắt nó theo chiều dài mà không dừng dây, sử dụng một đường cắt bay được đồng bộ hóa với tốc độ của dây.
5. Các bộ phận hoàn thiện có thể trải qua quá trình hàn, phủ hoặc xử lý nhiệt nội tuyến hoặc thứ cấp trước khi được đưa vào lắp ráp.

Tính chất liên tục, khối lượng lớn này là điều làm cho việc tạo hình cuộn đặc biệt phù hợp với sản xuất ô tô, trong đó cùng một cấu trúc — dầm cửa, phần gia cố cản, thanh ray trên nóc hoặc các bộ phận khung ghế — có thể cần chạy với tốc độ hàng chục hoặc hàng trăm nghìn feet tuyến tính mỗi năm.

Tạo hình cuộn và dập

Tạo hình cuộn và dập cả hai đều định hình thép phẳng thành các bộ phận kết cấu, nhưng chúng phù hợp với các hình dạng bộ phận và hồ sơ sản xuất khác nhau.

Tạo hình và dập cuộn so với sản xuất linh kiện kết cấu ô tô.

Cụ thể đối với AHSS, việc uốn cong nhiều trạm, dần dần của tạo hình cuộn là một lợi thế lớn so với biến dạng một lần dập của dập, vì các cấp AHSS thường có độ giãn dài thấp hơn trước khi đứt và nhạy hơn với tốc độ biến dạng và nồng độ ứng suất mà khuôn dập áp dụng trong một chuyển động.

Thiết kế dụng cụ tạo hình cuộn cho AHSS

Thiết kế dụng cụ để tạo hình cuộn AHSS khác với dụng cụ bằng thép nhẹ ở một số điểm, được điều khiển bởi lực tạo hình cao hơn và độ đàn hồi mà vật liệu tạo ra:

• Thêm trạm hình thành — Cấu hình AHSS thường yêu cầu các đường lăn bổ sung so với cấu hình thép nhẹ tương đương, trải rộng góc uốn theo nhiều bước hơn để giảm sức căng trên mỗi đường chuyền.
• Vật liệu cuộn cứng hơn — thường yêu cầu các cuộn thép công cụ có lớp phủ chống mài mòn hoặc bề mặt cứng, vì AHSS làm tăng tốc độ mài mòn của cuộn so với thép nhẹ.
• Tăng lực tách cuộn — khung máy nghiền, trục và ổ trục cần được định mức chịu tải cao hơn so với dây chuyền chỉ dùng thép nhẹ, vì AHSS chống biến dạng mạnh hơn ở mỗi trạm.
• Bồi thường uốn cong quá mức — biên dạng dụng cụ thường được thiết kế với các góc uốn quá mức được tính toán để chống lại hiện tượng đàn hồi và chạm vào các mục tiêu có kích thước cuối cùng.

Springback bằng thép cường độ cao

Sự đàn hồi ngược là xu hướng kim loại được tạo hình trở lại một phần hình dạng phẳng ban đầu sau khi lực tạo hình bị loại bỏ, gây ra bởi phần phục hồi đàn hồi của biến dạng vật liệu. Thép cường độ cao hơn thường có cường độ chảy cao hơn so với mô đun đàn hồi của chúng, có nghĩa là phần biến dạng tổng thể lớn hơn là đàn hồi (có thể phục hồi) thay vì dẻo (vĩnh viễn) - vì vậy AHSS đàn hồi nhiều hơn thép nhẹ uốn theo cùng một góc.

Dây chuyền tạo hình cuộn xử lý hiện tượng đàn hồi chủ yếu thông qua việc uốn cong quá mức: mỗi trạm con lăn uốn vật liệu một chút qua góc mục tiêu, dự đoán mức độ nó sẽ giãn ra sau khi được thả ra. Góc uốn quá mức chính xác thường được xác định thông qua sự kết hợp giữa phần mềm mô phỏng tạo hình và chạy thử vật lý, vì lò xo thay đổi tùy theo loại thép, độ dày khổ và hình dạng biên dạng, và ngay cả những thay đổi nhỏ trong đặc tính vật liệu từ cuộn này sang cuộn khác cũng có thể thay đổi mức độ hiệu chỉnh cần thiết.