การขึ้นรูปม้วนเหล็กความแข็งแรงสูงสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์

การขึ้นรูปม้วนเหล็กความแข็งแรงสูง

การขึ้นรูปเหล็กความแข็งแรงสูง (HSS) และเหล็กความแข็งแรงสูงขั้นสูง (AHSS) หมายถึงการส่งผ่านสต็อกคอยล์แบนผ่านชุดลูกกลิ้งที่มีรูปทรงก้าวหน้า โดยแต่ละอันจะดัดวัสดุเพิ่มเติมอีกสองสามองศา จนกระทั่งถึงโปรไฟล์หน้าตัดขั้นสุดท้าย เนื่องจากการเสียรูปเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปในสถานีลูกกลิ้งหลายแห่งแทนที่จะเกิดขึ้นในจังหวะเดียว การขึ้นรูปม้วนจึงกระจายความเครียดบนวัสดุได้อย่างสม่ำเสมอมากกว่าวิธีการขึ้นรูปแบบตีครั้งเดียว ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้กระบวนการนี้เป็นที่นิยมสำหรับเกรด AHSS ที่จะแตกร้าวได้ง่ายกว่าภายใต้แรงที่มีความเข้มข้นอย่างกะทันหัน

เกรด HSS และ AHSS รวมถึงดูอัลเฟส (DP) พลาสติกที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลง (TRIP) และเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก ให้ความต้านทานแรงดึงตั้งแต่ประมาณ 440 MPa ถึง 1,500 MPa เทียบกับ 270-400 MPa สำหรับเหล็กเหนียวทั่วไป ความแข็งแกร่งดังกล่าวช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์ใช้วัสดุเกจที่บางกว่าเพื่อประสิทธิภาพของโครงสร้างที่เท่าเดิม ซึ่งรองรับเป้าหมายการลดน้ำหนักของยานพาหนะได้โดยตรงโดยไม่กระทบต่อความปลอดภัยในการชน

กระบวนการขึ้นรูปม้วนยานยนต์

ในการผลิตยานยนต์ สายการผลิตการขึ้นรูปม้วนมักจะเป็นไปตามลำดับนี้:

1. คอยล์สต็อกจะถูกคลายออกและป้อนเข้าในไลน์อย่างต่อเนื่อง โดยมักจะมีตัวปรับระดับเพื่อขจัดความโค้งของคอยล์ก่อนที่จะขึ้นรูป
2. แถบดังกล่าวจะผ่านชุดของสถานีลูกกลิ้ง โดยแต่ละสถานีจะมีการโค้งงอเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แล้วค่อยๆ สร้างแถบแบนให้เป็นโปรไฟล์เป้าหมาย เช่น ช่องหมวก ท่อ หรือรูปทรงโครงสร้างแบบหลายโค้งที่ซับซ้อน
3. หากจำเป็น สถานีเจาะหรือบากแบบอินไลน์ ให้ตัดรูยึดหรือช่องเจาะในขณะที่แถบยังคงแบนหรือขึ้นรูปบางส่วน เนื่องจากการเจาะหลังจากการขึ้นรูปเต็มรูปแบบจะยากกว่ามาก
4. โปรไฟล์ที่ขึ้นรูปจะผ่านการกดตัดเพื่อตัดความยาวโดยไม่ต้องหยุดเส้น โดยใช้การตัดแบบลอยที่ประสานกับความเร็วของเส้น
5. ชิ้นส่วนที่เสร็จแล้วอาจต้องผ่านการเชื่อม การเคลือบ หรือการบำบัดความร้อนในสายการผลิตหรือขั้นที่สองก่อนที่จะนำไปประกอบ

ลักษณะที่มีปริมาณมากอย่างต่อเนื่องนี้เป็นสิ่งที่ทำให้การขึ้นรูปม้วนเหมาะสมอย่างยิ่งกับการผลิตยานยนต์ โดยที่โปรไฟล์โครงสร้างเดียวกัน เช่น คานประตู การเสริมกันชน รางหลังคา หรือส่วนประกอบของโครงเบาะนั่ง อาจจำเป็นต้องวิ่งในแนวเส้นตรงหลายสิบหรือหลายแสนฟุตต่อปี

การขึ้นรูปม้วนและการตอก

การขึ้นรูปและการปั๊มเหล็กแผ่นทั้งรูปร่างให้เป็นชิ้นส่วนโครงสร้าง แต่เหมาะกับรูปทรงของชิ้นส่วนและโปรไฟล์การผลิตที่แตกต่างกัน

การขึ้นรูปและปั๊มขึ้นรูปม้วน เปรียบเทียบกับการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์เชิงโครงสร้าง

สำหรับ AHSS โดยเฉพาะ การดัดแบบหลายสถานีของการขึ้นรูปแบบม้วนเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือการเปลี่ยนรูปของการปั๊มครั้งเดียว เนื่องจากเกรด AHSS โดยทั่วไปจะมีการยืดตัวที่ต่ำกว่าก่อนที่จะแตกหัก และมีความไวต่ออัตราความเครียดและความเข้มข้นของความเค้นมากกว่าที่แม่พิมพ์ปั๊มจะใช้ในการเคลื่อนไหวครั้งเดียว

การออกแบบเครื่องมือการขึ้นรูปม้วนสำหรับ AHSS

การออกแบบเครื่องมือสำหรับการขึ้นรูปม้วน AHSS แตกต่างจากเครื่องมือเหล็กเหนียวในหลายๆ ด้าน โดยได้รับแรงหนุนจากแรงขึ้นรูปที่สูงขึ้นและการสปริงตัวของวัสดุที่เกิดขึ้น:

• สถานีสร้างเพิ่มเติม — โดยทั่วไป โปรไฟล์ AHSS ต้องใช้ลูกกลิ้งผ่านเพิ่มเติม เมื่อเทียบกับโปรไฟล์เหล็กอ่อนที่เทียบเท่า โดยกระจายมุมโค้งงอให้มากขึ้นเพื่อลดความเครียดต่อการผ่าน
• วัสดุม้วนที่แข็งกว่า — โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้ม้วนเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีการเคลือบทนต่อการสึกหรอหรือพื้นผิวแข็ง เนื่องจาก AHSS เร่งการสึกหรอของลูกกลิ้งเมื่อเทียบกับเหล็กเหนียว
• เพิ่มแรงในการแยกลูกกลิ้ง — โครงโรงสี เพลา และแบริ่งจำเป็นต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับการรับน้ำหนักที่สูงกว่าเส้นเหล็กเหนียวเท่านั้น เนื่องจาก AHSS ต้านทานการเสียรูปได้รุนแรงมากขึ้นในแต่ละสถานี
• การชดเชยการโค้งงอมากเกินไป — โดยทั่วไปแล้ว โปรไฟล์เครื่องมือได้รับการออกแบบด้วยมุมโค้งงอที่คำนวณแล้ว เพื่อตอบโต้การสปริงกลับและการชนชิ้นงานในมิติสุดท้าย

สปริงกลับในเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง

การสปริงกลับคือแนวโน้มที่โลหะที่ขึ้นรูปจะกลับคืนสู่รูปร่างแบนเดิมบางส่วนหลังจากแรงขึ้นรูปถูกขจัดออกไป ซึ่งเกิดจากการคืนรูปของวัสดุส่วนที่ยืดหยุ่น โดยทั่วไปแล้วเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงกว่าจะมีกำลังให้ผลผลิตสูงกว่าเมื่อเทียบกับโมดูลัสยืดหยุ่น ซึ่งหมายความว่าส่วนใหญ่ของการเสียรูปทั้งหมดจะเป็นแบบยืดหยุ่น (คืนสภาพได้) มากกว่าพลาสติก (แบบถาวร) ดังนั้น AHSS จะสปริงกลับมากกว่าเหล็กเหนียวที่โค้งงอในมุมเดียวกัน

เส้นการขึ้นรูปแบบม้วนช่วยแก้ปัญหาการดีดตัวกลับเป็นหลักโดยการโค้งงอมากเกินไป: สถานีลูกกลิ้งแต่ละแห่งจะงอวัสดุเลยมุมเป้าหมายเล็กน้อย โดยคาดการณ์ว่าวัสดุจะคลายตัวกลับเมื่อปล่อยออกมา โดยทั่วไปแล้ว มุมโค้งงอเกินที่แน่นอนจะถูกกำหนดผ่านการผสมผสานระหว่างซอฟต์แวร์จำลองการขึ้นรูปและการทดลองทางกายภาพ เนื่องจากการสปริงกลับจะแตกต่างกันไปตามเกรดเหล็ก ความหนาของเกจ และรูปทรงของโปรไฟล์ และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในคุณสมบัติของวัสดุแบบม้วนต่อม้วนก็สามารถเปลี่ยนปริมาณการแก้ไขที่จำเป็นได้