¿Diseño de procesos y desarrollo de moldes para piezas automotrices de placas de alta resistencia?
Tipos y características de placas de acero de alta resistencia para automóviles
Se aplican diversos mecanismos de refuerzo a las placas de acero de automóviles según su finalidad. Las placas de acero para automóviles tradicionales utilizan principalmente dos métodos: agregar elementos de aleación al acero con bajo contenido de carbono para formar acero reforzado con solución sólida y acero reforzado con precipitación de grano refinado para lograr la alta resistencia del acero con bajo contenido de carbono. Las placas de acero de alta resistencia para automóviles modernos utilizan un mecanismo en el que la estructura metalográfica del acero se fortalece durante los procesos de fundición y tratamiento térmico para obtener placas de acero modernas de alta resistencia, como fortalecimiento de microestructura, fortalecimiento de estructura compuesta, fortalecimiento de cambio de fase, fortalecimiento de tratamiento térmico. , refuerzo de endurecimiento por trabajo en frío y refuerzo de envejecimiento. En los últimos años, estas láminas laminadas de acero de alta resistencia se han utilizado ampliamente en la fabricación de automóviles.
(1) Acero endurecido al horno (acero BH).
La microestructura del acero BH está basada en ferrita y se refuerza principalmente en forma de solución sólida. La característica del acero BH es que el elemento químico añadido fósforo puede formar una solución sólida de refuerzo con carbono y nitrógeno durante el proceso de fabricación de acero para lograr un fortalecimiento de la solución sólida. En el proceso de fabricación de carrocerías de automóviles, cuando se realiza el estampado, la densidad de las "dislocaciones" en la matriz (ferrita) aumenta y la distancia de difusión de los átomos de carbono y nitrógeno hacia las "dislocaciones" se acorta. Cuando se pinta la carrocería de acero BH, la carrocería se calienta/hornea en varios hornos de secado. En este momento, se proporciona energía de activación térmica a los átomos de carbono y nitrógeno para que se difundan en la solución sólida, lo que hace que los átomos de carbono y nitrógeno precipiten en la "dislocación", mejorando así el límite elástico del producto, por lo que se denomina endurecido al horno. acero. El acero BH se utiliza normalmente para procesar piezas como puertas de automóviles y paneles exteriores del maletero.
(2) Acero bifásico (acero DP).
El acero DP tiene dos fases: ferrita extremadamente blanda y martensita dura. Dado que la estructura metalográfica contiene una gran cantidad de ferrita (es decir, la matriz de la estructura metalográfica es ferrita), su alargamiento es bastante alto y su plasticidad es bastante buena, lo que se acerca a las tradicionales placas de acero de alta resistencia que forman soluciones sólidas. añadiendo elementos como el fósforo. Además, las deformaciones entre la martensita de la fase dura y la ferrita de la fase blanda en el acero no están coordinadas, pero causarán un endurecimiento por trabajo bastante alto cuando se procesan bajo presión, provocando así que el acero DP produzca un endurecimiento por trabajo bastante alto, lo que hace que tenga una resistencia a la tracción bastante alta. resistencia, limita la aparición de "estricciones" durante el estiramiento y tiene buena ductilidad y conformabilidad. Por lo tanto, se utiliza para estampar piezas de placas delgadas que requieren una procesabilidad estricta, como placas de refuerzo de puertas, parachoques y otras piezas.
(3) Acero de plasticidad inducida por transformación de fase (acero TRIP).
La estructura metalográfica del acero TRIP contiene una gran cantidad de bainita provocada por ferrita y transformación de fases, además de austenita y martensita retenidas. La estructura bainita se puede obtener mediante enfriamiento isotérmico o continuo a temperatura media. En la fase metalográfica matriz (matriz) compuesta por bainita o bainita-ferrita del acero TRIP, se dispersan martensita y austenita retenida. Estas austenitas retenidas se transformarán nuevamente en martensita durante el proceso de procesamiento, lo que aumenta la resistencia de ciertos materiales, lo que les permite obtener buenas propiedades de procesamiento y aumentar en gran medida su resistencia al impacto.
En la actualidad, la resistencia a la tracción del acero DP o acero TRIP producido por las principales empresas siderúrgicas del mundo ha alcanzado 590 ~ 980 MPa y ha entrado en la etapa práctica. La viga longitudinal del bastidor delantero, el brazo inferior de la barra de dirección y la columna de la carrocería del nuevo autobús están fabricados de acero DP o acero TRIP.
(4) Acero compuesto multifásico (acero CP).
El acero CP no solo toma medidas para mejorar la plasticidad basándose en el mecanismo de refinamiento del grano, sino que también toma medidas para mejorar la resistencia a través del mecanismo de endurecimiento de la estructura metalográfica, al tiempo que mejora las propiedades mecánicas. Cabe destacar que, en comparación con el acero DP de dos fases, bajo la misma resistencia a la tracción de 800 MPA, el límite elástico del acero CP es significativamente mayor y mayor. El acero CP también tiene propiedades de absorción de energía y resistencia al impacto bastante altas, así como altas capacidades de deformación residual. Por lo tanto, el acero CP no sólo tiene una resistencia a la tracción bastante alta y un coeficiente de endurecimiento por trabajo alto, sino que también tiene una ductilidad muy uniforme. Tomando como ejemplo los productos procesados con acero CP, después del horneado y endurecimiento durante la pintura, la resistencia a la tracción puede exceder los 800 MPA.
(5) Acero ferrita-bainita (acero FB).
El acero ferrítico-bainítico también se denomina acero para bridas de tracción o acero de alta expansión de orificios debido a su capacidad para aumentar la resistencia a la tracción de bridas o orificios largos. El acero FB se puede utilizar para fabricar productos laminados en caliente y su principal ventaja es mejorar las propiedades de los bordes formados por bridas planas o bridas determinadas mediante la prueba de bridas de expansión del orificio. Es superior al acero de aleación de alta resistencia y al acero de doble fase en estos aspectos. En comparación con el acero HSLA, el acero FB también tiene un coeficiente de endurecimiento por trabajo n más alto con el mismo límite elástico y la extensión total del borde aumenta. Además, el acero FB se ha utilizado para producir láminas soldadas a tope por láser (TWB) para estampar paneles de carrocería de tamaño grande y mediano debido a su buena soldabilidad. Las características importantes del acero FB son: buen rendimiento anticolisión y excelente resistencia a la fatiga.
Aplicaciones y problemática existente de las placas de acero de alta resistencia en automóviles
1 Aplicación de placas de acero de alta resistencia en paneles exteriores de automóviles
Techos, puertas, equipaje Las cajas y otras piezas requieren rigidez a la deformación y rendimiento anti-hundimiento, y se utilizan principalmente placas de acero BH con una resistencia a la tracción de 340 ~ 390 MPa. El mayor límite elástico de las placas de acero BH cuando se hornean y se pintan puede mejorar la resistencia al pandeo y permitir que las placas de acero se adelgacen sin perder formabilidad. Algunos modelos ahora utilizan placas de acero de alta resistencia 440MPA BH.
Aplicación de placas de acero de alta resistencia en estructuras de carrocería
Con la mejora de los estándares de seguridad en colisiones frontales e impactos laterales, las placas de acero de alta resistencia de grado 590MPA se utilizan principalmente para piezas estructurales y refuerzos. Algunos también utilizan placas de acero de alta resistencia de 780MPA y 980MPA. Incluso existen métodos para estampar placas de acero de alta resistencia de grado 390MPA y 440MPA y luego realizar calentamiento y enfriamiento de alta frecuencia en las piezas reforzadas, de modo que la resistencia a la tracción local de las piezas alcance 1200 MPa. Las placas de acero calentadas se enfrían mientras. Estampado, de modo que la resistencia a la tracción general de las piezas alcance el método 1470 MPa. Además, existe un método de soldadura a medida, que utiliza láseres para ensamblar placas de acero de diferentes espesores y materiales para hacer que la configuración del material sea adecuada para los materiales y piezas de uso requeridos. Se pueden ensamblar piezas soldadas a medida, lo que reduce la cantidad de piezas y elimina las bridas de soldadura por puntos, lo que juega un papel importante en el aligeramiento del automóvil. Aunque en los primeros días de uso, los materiales soldados a medida solo se usaban para piezas pequeñas con el fin de mejorar la utilización del material, recientemente se ha extendido a piezas grandes, como paneles laterales de la carrocería y pisos del maletero. Los espacios en blanco soldados a medida utilizan principalmente placas de acero de alta resistencia de 400 a 590 MPa y, a veces, también se utilizan placas de acero de alta resistencia de 780 MPa y 980 MPa.
3 Aplicación de placas de acero de alta resistencia en chasis de automóviles
El material para vigas de suspensión se ha desarrollado desde la tradicional placa laminada en caliente de 440MPA hasta 780MPA, con una reducción de peso máxima de 30%. En los últimos años, la proporción de placas de acero de alta resistencia utilizadas en los chasis ha aumentado espectacularmente. En el futuro, se espera que aumente aún más la proporción de placas de acero de alta resistencia y la aplicación de placas de acero de mayor resistencia.
4 Principales problemas en el conformado de placas de acero de alta resistencia
Las placas de acero de alta resistencia son propensas a una plasticidad reducida y una mala formabilidad, mientras que el aumento del límite elástico provocará una distorsión de la superficie. y efectos de rebote, aumentando la inestabilidad de la forma. Los defectos típicos del moldeo incluyen grietas, mala forma, mala precisión dimensional y adherencia del molde.
(1) Agrietado.
Aumentar la resistencia de las placas de acero de alta resistencia conducirá fácilmente a una disminución de la plasticidad y también reducirá el límite de fractura del abombamiento y las bridas de tracción. Las placas de acero tienen alta resistencia y son propensas a agrietarse. Además, dado que requiere una gran fuerza de formación, si la temperatura del molde aumenta durante el procesamiento continuo, el molde se atascará y, como resultado, se producirán grietas.
(2) La apariencia no es buena.
A medida que aumenta el límite elástico, se vuelve más fácil arrugarse. Las arrugas no sólo provocan que el molde se pegue y se agriete, sino que también son difíciles de eliminar en las últimas etapas del moldeo, lo que a menudo da como resultado una mala forma. Debido a que las arrugas no se pueden eliminar en las últimas etapas de formación, las piezas estampadas no se pueden formar en el punto muerto inferior. Además, la mala forma causada por la recuperación elástica después del moldeo y la tensión superficial causada por las arrugas también son grandes problemas.
(3) Mala precisión dimensional.
A medida que aumenta la resistencia del material, aumenta la tensión residual, lo que fácilmente puede conducir a una forma deficiente, y la recuperación elástica después del moldeo conduce a una precisión dimensional deficiente (retorno elástico). Éste es el problema más grave en el conformado de placas de acero de alta resistencia. La recuperación elástica es un fenómeno de mala precisión dimensional causado por diferencias de tensión en la dirección del espesor, que se manifiesta como ángulos no calificados y deformación superficial de las piezas estampadas. A medida que aumenta la resistencia del material, los ángulos fuera de especificación y las deformaciones se vuelven severos.
(4) Cierre del molde.
Las placas de acero de alta resistencia requieren grandes fuerzas de conformado para aumentar la presión de contacto entre la pieza en bruto y el molde. De esta forma, es fácil que se quede atascado en el molde. Si este fenómeno es grave, se debe corregir el moho. Esto no sólo requiere materiales más adecuados para el tratamiento de superficies y el enfriamiento del molde, sino que también acorta el ciclo de mantenimiento del molde y aumenta el costo de mantenimiento del molde.
Análisis de las características del proceso de estampado de placas de alta resistencia
La fabricación de moldes se divide principalmente en cinco pasos: diseño del proceso, diseño estructural, procesamiento, sujeción y depuración. Cabe decir que el diseño del plan de proceso es el factor más crítico que afecta a la calidad final de las piezas. El plan de proceso determina directamente la apariencia y funcionalidad del producto y también afecta el costo de producción del molde. Además, la racionalidad de la estructura del molde afectará directamente el rendimiento del procesamiento y la conveniencia de operación y mantenimiento del molde. Para las placas de acero de alta resistencia tipo viga, la selección del material y el tratamiento térmico son muy importantes. Es difícil resolver el problema de la recuperación elástica de las piezas y el desbaste del cuerpo del molde elástico. Para resolver los dos problemas anteriores, se debe controlar todo el proceso. Con base en el análisis anterior, los puntos de control clave de todo el proyecto se determinan de la siguiente manera:
Controlar la entrada del producto (revisar el proceso de estampado del producto
Diseño del mejor proceso de estampado); solución (diferentes soluciones para diferentes placas de resistencia);
Estructura de molde razonable (rendimiento de procesamiento, fácil ajuste de recuperación elástica);
Desgaste y rayones en los materiales de inserción (elija los materiales y el tratamiento térmico apropiados) métodos).
1 Predicción de la formabilidad de productos de placa de alta resistencia
Eliminar protuberancias molestas
Evitar protuberancias locales;
Evitar cambios rápidos de sección cambios en la longitud de la línea;
Medidas anti-rebote;
Esquinas redondeadas: El filete de la pieza debe ser lo suficientemente grande, en principio no puede ser inferior a 8, de lo contrario el dibujo se borrará fácilmente. se romperá y la brida de la pieza se levantará.
2 Tecnología de control de defectos de placas de acero de alta resistencia
Las placas de acero de alta resistencia son propensas a sufrir defectos de estampado, como grietas, mala forma y mala precisión dimensional.
(1) Tecnología para evitar grietas y mal estado (arrugas).
La alta resistencia de las placas de acero puede provocar fácilmente una disminución de la conformabilidad. Por tanto, es muy difícil estampar piezas con formas complejas. Sin embargo, es una forma eficaz de suavizar la forma de la pieza. Con la mejora de la velocidad de procesamiento de las computadoras y las funciones del software, la tecnología de moldeo por simulación se ha desarrollado rápidamente y puede predecir defectos de forma indeseables, como grietas y arrugas, con alta precisión. Ahora, la tecnología de conformado por simulación se ha aplicado a la predicción de grietas y arrugas, al establecimiento de una fuerza adecuada para el soporte de la pieza en bruto, a la configuración de un margen razonable en la pieza en bruto y a la optimización de la forma del punzón de nervadura rígida.
(2) Tecnología para evitar una mala precisión dimensional (springback).
Con el rápido desarrollo de materiales de alta resistencia para piezas estructurales de automóviles, en los últimos años, el llamado al desarrollo de tecnología antirrebote de estampado se ha vuelto cada vez más fuerte. Con este fin, se han tomado las siguientes medidas en la estructura del molde: ① Utilice el doblado inverso cerca del hombro del molde para reducir la deformación de la superficie que a menudo ocurre durante el estampado y el doblado (2) Coloque nervaduras de presión en el molde para cerrar; el molde cerca del punto muerto inferior. La parte elevada se presiona en la placa de acero para reducir la tensión residual generada en la dirección del espesor de la placa y evitar la deformación de la superficie. Además, existe un método de estampado por flexión, que consiste en completar la mayor parte del proceso de formación en un solo proceso de formación y luego realizar la formación secundaria a través del proceso de rebordeado, aplicando fuerza de alta presión al soporte de la pieza en bruto para evitar que la pieza en bruto fluya hacia adentro. el anillo portapiezas.
Por otro lado, la cantidad de recuperación elástica de la palanquilla se predice durante el diseño del molde. Los métodos para predecir las formas del molde se han utilizado ampliamente como medidas para prevenir el rebote. El método de moldeo por simulación es uno de los métodos de predicción y su función es cada vez más obvia y puede predecir grietas y formas defectuosas con alta precisión. Este método se ha aplicado a la ingeniería práctica.
(3) Medidas para evitar que el molde se pegue (afectando a la productividad).
Un nuevo método de procesamiento de películas, el método de procesamiento de películas de carbono similar al diamante (DLC), puede resolver el fenómeno de adherencia del molde que afecta la productividad. Además, existe un método de tratamiento de película DLC-Si que puede duplicar la vida útil del molde en comparación con los tratamientos actuales TIC y TIN. Desde la perspectiva del control de costes de moldes, también se han propuesto métodos para predecir piezas que requieren tratamiento superficial con antelación mediante moldeo simulado. A medida que aumenta la fuerza de conformado, la capacidad insuficiente del equipo de estampado también es motivo de preocupación. Simplificar la forma de las piezas estampadas y utilizar materiales soldados a medida son formas eficaces de resolver este problema. Esto también es eficaz para aumentar el número de procesos de conformado y reexaminar la división de piezas y procesos de estampación, pero implica un aumento de costes y requiere un estudio cuidadoso.
Puntos clave de la estructura del molde para piezas de placa de alta resistencia
Para facilitar el procesamiento del molde y evitar daños a las piezas de fundición debido a la doble presión accidental durante el retrabajo del molde, se ha desarrollado un nuevo Se adopta la estructura. El soporte del molde se divide en dos piezas, conectadas con pernos M24 en el medio y placas de bloqueo en ambos lados, con la parte inferior situada en el soporte inferior. Las partes izquierda y derecha se separan durante el procesamiento para facilitar el procesamiento de la ranura intermedia. En caso de accidente laboral, los pernos y las placas de bloqueo se dañan, lo que garantiza la seguridad de la fundición.
Por la particularidad de las piezas de placa y viga de alta resistencia, aunque el springback se ha corregido y compensado mediante múltiples rondas de simulaciones en la etapa inicial. Sin embargo, la modificación física del molde es inevitable. Dado que todos los insertos del molde son CR12MOV, es difícil soldar la superficie del molde y las desviaciones locales de la dureza del material después de la soldadura de reparación pueden causar fácilmente defectos de rugosidad en la superficie de la pieza. En segundo lugar, el inserto CR12MOV tratado térmicamente es difícil de procesar y el costo del material es alto. Por lo tanto, para evitar la pérdida de desechos del inserto, se decidió utilizar HT300 como inserto de punzón primero y luego reemplazarlo después de que se depuraran las piezas.
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