热冲压101.

欧洲新闻硬化的热冲压和亚洲的热压形成是欧洲的热压,是金属板的热成型过程,其中在冲压过程中形成和冶金热处理。

什么是热冲压?

欧洲新闻硬化的热冲压和亚洲的热压形成是欧洲的热压,是金属板的热成型过程,其中在冲压过程中形成和冶金热处理。最初在20世纪70年代最初开发了新闻硬化,以制造硬化钢农产品工具,但由于对汽车行业中的轻质和高强度白体的制造产生了重大的商业影响。降低的燃料消耗和车辆安全性驱动了通过热冲压过程的出现来实现的超高强度钢部件的普遍使用。

早期热冲压的发展和进展主要集中在低碳锰硼合金钢22MnB5,因为目前在白色车身领域的使用和可用性。将22MnB5板材加热到900℃以上,金属的组织由铁素体钢转变为奥氏体钢,然后在冲压模具中快速冷却,钢相转变为马氏体,强度可达1500 MPa [220 KSI]。具有特殊涂层和高级化学成分的高碳钢强度可达2000 MPa [290 KSI],并具有许多显著的工艺和材料性能优势。

热冲压需要可编程伺服液压机,快速提前速度和停留能力可重复控制热成型和冷却过程的吨位。辅助设备通常包括滚轮炉炉或堆烤箱,以加热金属板,材料转移机器人或进料器,模具冷却系统和部件修整操作。压架样式,引导系统,速度,吨位,材料进料方向,快速模具变化和偏心加载能力必须仔细评估,以确保针对特定的热冲压应用进行了优化了压力机。

材料考虑因素

当生产复杂的高强度部件的生产是一个优势时,任何热处理或难以形成金属都可以受益于热冲压。一些示例材料如下表1所示。

材料 年级 力量
硼合金钢,0.22%c 22MnB5. 1500 MPA.
硼合金钢,0.30%C. 30mnb5. 1800 MPA.
硼合金钢,0.37%C. 37 mnb5 2000 MPA.
铝合金,6000系列 6061-T6. 300 MPA.
铝合金,7000系列 7075-T76. 500 MPA.
镁合金 AZ31B-H 300 MPA.
钛合金 Ti-6Al-4V 900 MPa.
铜镍合金 C71500 500 MPA.

表1:用于热冲压的示例金属材料。

并非所有金属都会在热冲压时表现出硼钢中发现的高强度转化。在快速冷却时,将硼加入碳钢促进Martensite的相变。对于相变不合金化的钢板不能硬化到超高强度,然而,通过区域冷却和加热剪裁的硬度可用于控制微观结构和因此材料特性。大多数有色合金将表现出有限的硬度改善,但热压形成可以提高复杂形状的可成形性,消除弹簧背,并减少许多应用中的缺陷。

高炉温度下板材的腐蚀,脱碳和缩放是热冲压的问题。未涂覆的钢需要惰性气体环境,以尽量减少缩放。耐腐蚀性涂层,例如铝 - 硅,通常施加到片状钢中以消除对垢的腐蚀性去除。添加特定合金元素也可以减少腐蚀,并且在某些情况下,减少维持硬度所需的冷却并允许多步骤形成操作。

冶金家和钢铁生产商已经投入了大量的努力来改进用于热冲压的材料。下面的图1说明了硼钢22MnB5在退火和热冲压状态下的伸长率和抗拉强度之间的关系,与其他钢成分相比,如低碳钢和常规高强度钢。右边叠加的温度-时间-相图说明了生产马氏体钢所需的条件,以及22MnB5中其他相出现的时间和温度区域。

图1:22MnB5的材料性质和冷却循环。

热冲压的优点

烫印结构部件的优点是卓越的终极拉伸强度和可以形成的复杂几何形状。热冲压部件的升高强度允许通过使用较薄的规格金属板来减少部件的重量,同时保持结构完整性和碰撞性能。以下列出了进一步的优点:

  1. 通过焊接或紧固更少加入操作。
  2. 减少零件回弹和零件翘曲。
  3. 较少的零件缺陷,如裂纹和劈裂。
  4. 与冷成型相比,减少了冲压吨位。
  5. 能够按部分区域定制材料特性。
  6. 能够改善接受的微观结构。
  7. 成品的操作步骤较少。

何时使用烫印

当需要在室温下难以形成的高淬透性的超高强度合金时,热冲压效果最佳,可能会满足严格的产品要求。作为普遍的例子,低碳硼合金钢和其他具有先进组合物的钢合金用于制造乘用车的白色身体部位,例如柱,保险杠,门梁和屋顶轨道。见下面的图2,例如适用于光加权的材料。
图2:适用于热冲压的白色车身部件

这种高竞争力和严格监管的市场上形成的身体部件的数量和重量程度继续增加。

在航空,航空航天,防御和其他新兴市场的用途开始体验难以形成先进合金的难以形成更高的强度和更轻的效果。

过程注意事项
决定是否是热冲压是部分制造的首选过程是一种复杂的挑战。必须考虑到生产卷,生产率,部分成本,部件功能和制造公差。选择适当等级的材料需要特别注意,可以从热处理过程中受益以产生最佳部分。预成型和定制的坯料通常是希望获得最佳部分材料性能。热冲压部件通常太难以在压机中修整,因此在形成后可能需要专用的激光修剪。
替代过程

能够实现类似结果的过程包括;

金属冲压【冷成形】:如果成形材料在室温下具有足够的延展性,那么无需加热和退火就可以制造出类似的高强度零件。通常需要更传统的零件和模具设计方法来管理回弹,以生产精确的零件。

热冲压:通常用于在室温下难以形成的非黑色合金。在形成恢复溶液通过加热退火之前存在的恢复溶液硬化的微观结构之后通常需要受控的冷却和老化过程。

液压成形:使用液压代替固定冲头的先进的纸张和管形成过程,以产生不适合冲压的几何形状,包括底切或凸出的形状。

制造:对于原型或小型生产运行,部件可以通过焊接或其他连接过程从多片生产。在大多数情况下,只有当产量不足以证明专用模具的成本时,制造才是合适的。

热冲压过程

概述

热冲压涉及已经加热和形成的超高强度钢的快速淬火。该过程始于将装入烤箱或炉子的坯料的拆卸堆叠。加热的坯料通过压进给系统转移到液压热冲压机,其关闭以非常快速地产生吨位,然后保持零件直至其冷却。完成该过程时,通过压力卸载系统将硬化部件自动从液压机卸载以进行整理。下面的图3说明了热冲压的基本元素。

图3:直接和间接热冲压工艺要素

直接的热冲压在工业中更为普遍。间接热冲压在加热前增加了冷成型步骤。

成功因素

直接的热冲压在工业中更为普遍。间接热冲压在加热前增加了冷成型步骤。

对影响热冲压的所有参数的全面检查超出了本文的范围。相反,我们将看几个关键因素,即可接受的过程经济学翻译:材料特性,淬火工具,生产率和减少缺陷。

材料特性:

高材料淬透性转化为更高的强度,直接降低了部件的重量。在汽车领域,这意味着更好的燃油经济性和乘客安全增加。高抗拉强度不是唯一的要求。Crashworthity也依赖于能量吸收延性钢属性存在于褶皱区域中。先进的高强度钢必须满足这些目标。达到这些结果的关键方法是淬火工具中量身定制的空白和基于区域的热处理。

表格和淬火工具:

精心设计的形式和淬火工具对于所生产的部件的成功至关重要。必须快速淬火高强度区域以产生所需的材料性能。孤立的组分区域需要更慢地冷却,并且在一些情况下,加热工具以实现适当的微观结构。可以在重复热循环的严格中生存的专业热工作工具钢,以最大限度地减少模具磨损并减少工具失效。该工具的工作表面通常通过氮化和其他材料沉积技术来抵抗磨损和增加工具寿命。

生产率:

与传统冲压相比,冲压硬化是一个明显较慢的过程,这主要是由于淬火零件所需的时间。典型的压机周期为10 - 30秒,较厚的材料需要更长的时间,因为需要额外的时间来淬火。额外的延迟也可以归因于需要激光切边时,作为淬火的部分是太难的后处理冲压切边和冲孔。一种用于减少循环次数的技术是在合金成分中添加硅,允许更高的淬火温度出口,以促进快速的多步热压冲压和切边成形。

减少缺陷:

热冲压使霍尔在弹簧上作为一种缺陷作为退火过程,使得形成深层和复杂的形状,但高温是指粘性钢。高温也意味着没有润滑可以应用于片材,摩擦是一个重要的问题。另外,用于防止在空白加热期间防止脱碳和刻度形成的材料涂层可以非常磨蚀工具表面。结果,管理摩擦对于避免过度稀疏,分裂和裂缝以及磨损的过度模具磨损至关重要。

部件和工具设计,以防止缺陷

热冲压的主要挑战是摩擦诱导的材料皱纹,保持温度以避免在该部件完成之前避免硬化和破裂。


为了减少摩擦,当零件的几何形状允许材料自由流入模腔时,成形可以在没有压力垫的情况下进行。在零件设计时应尽量减少毛坯和模具之间的表面接触。防止横向移动可以实现与边缘或销规定位的空白。贴垫可以用来抓住或形成材料的中心部分。这些技术与冷冲压相反,在冷冲压中拉延珠控制材料运动,并确保足够的材料拉伸以消除游离金属。

法兰内半径形状的压缩会导致起皱、变形和成形后的双金属。有间隙的垫块可以用来防止形成过多的折皱高度。间隙气缸将衬垫分开,允许自由金属流入腔内,然后在冲程底部压缩间隙气缸,在淬火前熨平褶皱。


当其冷却时,空白的热膨胀随后是所形成的部件的收缩,使其更难以控制部件几何形状。测量需要容纳收缩而不会损失有效性,并且还可以在必要时自由移动。


接触压力恶化可导致工具表面磨损,这可能导致较慢的淬火。刀具过度磨损会增加循环时间和零件成本。由于不平衡淬火,刀具磨损也会导致零件变形,留下不平衡零件收缩产生的残余应力。

图4:热形和淬火工具需要比传统的冷冲压模具更多的维护,因为发生了每个新闻循环的热膨胀和收缩。热循环的热检查会导致工具裂缝和漏水。所需的工具钢通常是H13或更好的热冲击,形成冲击和磨损的级别材料。
按配置

基本参数

配置一台压力机来生产热冲压零件首先要满足零件制造过程的要求。配置需要关于材料类型、零件规格、产量、生产速度和目标定价的信息。这些因素直接影响搬运、成形和淬火要求,进而影响安装和工装的规格。下面的温度与工艺时间的图表说明了该工艺的步骤,这些步骤将规定工艺要求和可实现的生产率。

图5:温度VS处理时间用于热压成型

购买热冲压机或全自动热冲压线时有几个关键变量需要考虑。

  1. 用于热冲压机的液压和控制系统必须完全可编程,并提供可重复的吨位控制,因此许多热冲压应用使用伺服液压机。beoplay体育iso下载使用这些系统,油必须非常干净,并且可以在线或离线过滤系统在附加到标准墨盒过滤器中值得考虑。
  2. 伺服液压设计通常更复杂,大多数客户喜欢从OEM进入新闻界的远程连接,以帮助进行故障排除。
  3. 虽然存在许多不同的电路设计,通常,压力机将希望具有预压电路,该预压电路可以在需要时快速移动以在全吨位上按压。
  4. 由于热冲压印刷机昂贵并且通常需要运行多个模具的多个产品,模具推车以及自动模具夹紧系统很受欢迎,减少模具变化时间并最大限度地提高年产量。
图6:Macrodyne 1000吨烫印压力线
床大小

压力机的床必须能够容纳最大预期工具集的占地面积。对于矩形或复杂的空白形状,床内部分的取向将确定整体床尺寸。可以基于空白尺寸计算床尺寸的粗略估计。从烫印压力机的所有四个侧面宽阔地进入床是有利的,可用于自动化材料转移和快速模具改变工具。

吨位和速度

液压热冲压机的控制系统应能完全可编程和可重复的吨位控制,以优化该过程并降低能耗。压力机应该能够产生足够的吨位以形成部分并保持/硬化,但应避免过度吨位。应用超出所需的吨位可能会导致过量的能耗和工具磨损。热冲压吨位的典型范围在500和1500吨之间。

在从炉中除去后,加热的坯料开始立即冷却,因此压力关闭并产生吨位以非常快速地形成零件至关重要。自动部件加载通常要求压力机打开相当数量的量以允许充分的间隙。这种大的间隙使得压力机能够非常迅速地打开和关闭,这更为重要。通常,需要每秒500至1,000 mm的关闭速度。快速返回速度有点慢,但经过优化,以减少循环时间。

中风和日光
必须在完全缩回的冲床和模具面之间使用足够的日光,以允许从压机中移除成品部分。在实践中,这转化为大约三倍的日光。如果新闻稿将用于生产多个部分,笔划和日光应适应最大的预期工具。可能需要额外的间隙来适应模具冷却,在模具加热,机器人或进料器接入和快速改变工具中。
高级功能

一些先进的烫印功能包括:

  1. 通过利用抑制较高温度损失马氏体损失的先进钢来淬火之前的多步形成。
  2. 淬火前的热冲击和热修整。
  3. 可以通过部分区域向不同温度预热空白的感应炉以产生具有多个微结构的部件。