Højstyrke stålrulleformning til bildele

Højstyrke stålrulleformning

Rulledannende højstyrkestål (HSS) og avanceret højstyrkestål (AHSS) betyder, at fladt rullemateriale føres gennem en række progressivt formede ruller, der hver bøjer materialet et par grader længere, indtil det når den endelige tværsnitsprofil. Fordi deformationen sker gradvist på tværs af mange valsestationer i stedet for i et slag, holder rulleformning belastningen på materialet mere jævnt fordelt end enkeltslagsformningsmetoder, hvilket er en væsentlig årsag til, at det er den foretrukne proces for AHSS-kvaliteter, der lettere revner under pludselige, koncentrerede kraft.

HSS- og AHSS-kvaliteter - inklusive tofaset (DP), transformationsinduceret plasticitet (TRIP) og martensitisk stål - tilbyder trækstyrker fra omkring 440 MPa op til 1.500 MPa sammenlignet med 270-400 MPa for konventionelt blødt stål. Denne styrke gør det muligt for bilproducenter at bruge tyndere målermateriale til den samme strukturelle ydeevne, hvilket direkte understøtter køretøjets vægtreduktionsmål uden at ofre kollisionssikkerheden.

Automotive Rulleformning Process

I bilfremstilling følger rulleformningslinjen typisk denne sekvens:

1. Coil-materiale rulles ud og føres kontinuerligt ind i linjen, ofte med en nivelleringsanordning for at fjerne coil-set krumning før formning.
2. Strimlen passerer gennem en række rullestationer, der hver tilføjer et lille trin af bøjning, der gradvist former den flade strimmel til målprofilen - en hattekanal, et rør eller en kompleks struktur med flere bøjninger.
3. In-line stanse- eller indskæringsstationer, om nødvendigt, skærer monteringshuller eller har udskæringer, mens strimlen stadig er flad eller delvist formet, da stansning efter fuld formning er langt vanskeligere.
4. Den dannede profil passerer gennem en afskæringspresse, der skærer den i længden uden at stoppe linen, ved hjælp af en flyvende cutoff synkroniseret med linehastigheden.
5. Færdige dele kan gennemgå in-line eller sekundær svejsning, belægning eller varmebehandling, før de iscenesættes til samling.

Denne kontinuerlige natur med høj volumen er det, der gør rulleformning særligt velegnet til bilproduktion, hvor den samme strukturelle profil - dørbjælker, kofangerforstærkninger, tagræling eller sæderammekomponenter - muligvis skal køre i titusinder eller hundredtusindvis af lineære fod om året.

Rulleformning vs stempling

Rulleformning og stempling former begge fladt stål til strukturelle dele, men de passer til forskellige delegeometrier og produktionsprofiler.

Rulleformning og stempling sammenlignet med produktion af strukturelle autodele.

Specifikt for AHSS er rulleformningens gradvise bøjning med flere stationer en stor fordel i forhold til stemplingens enkeltslagsdeformation, da AHSS-kvaliteter generelt har lavere forlængelse før brud og er mere følsomme over for deformationshastigheden og spændingskoncentrationen, som en stansematrice påfører i én bevægelse.

Rulleformningsværktøjsdesign til AHSS

Værktøjsdesign til AHSS valseformning adskiller sig fra blødt stålværktøj på flere måder, drevet af de højere formningskræfter og tilbagespring, materialet genererer:

• Flere formningsstationer — AHSS-profiler kræver typisk yderligere rullepassager sammenlignet med en tilsvarende blød stålprofil, der spreder bøjningsvinklen over flere trin for at reducere belastningen pr.
• Hårdere rullematerialer — Værktøjsstålruller med slidstærke belægninger eller hærdede overflader er typisk påkrævet, da AHSS fremskynder rulleslid i forhold til blødt stål.
• Øgede rulleseparationskræfter — møllerammer, aksler og lejer skal klassificeres til højere belastninger end en linie udelukkende af blødt stål, da AHSS modstår deformation stærkere på hver station.
• Overbøjningskompensation — Værktøjsprofiler er typisk designet med beregnede overbøjningsvinkler for at modvirke tilbagespring og ramme endelige mål.

Springback i højstyrkestål

Tilbagespring er det dannede metals tendens til delvist at vende tilbage til sin oprindelige flade form, efter at formningskraften er fjernet, forårsaget af den elastiske genvindingsdel af materialets deformation. Stål med højere styrke har generelt en højere flydespænding i forhold til deres elasticitetsmodul, hvilket betyder, at en større del af den samlede deformation er elastisk (genvindelig) frem for plastisk (permanent) - så AHSS fjeder tilbage mere end blødt stål bøjet til samme vinkel.

Rulleformende linjer adresserer tilbagespring primært gennem overbøjning: hver rullestation bøjer materialet lidt forbi målvinklen og forudser, hvor meget det vil slappe af, når det først er frigivet. Den nøjagtige overbøjningsvinkel bestemmes typisk gennem en kombination af formningssimuleringssoftware og fysiske prøvekørsler, da tilbagespring varierer afhængigt af stålkvalitet, tykkelse og profilgeometri, og selv små ændringer i spole-til-spole materialeegenskaber kan ændre mængden af ​​den nødvendige korrektion.