Høystyrke stålrulleforming for bildeler

Rullforming av høy styrke stål

Rulldannende høystyrkestål (HSS) og avansert høystyrkestål (AHSS) betyr å føre flatt kveilmateriale gjennom en serie med progressivt formede ruller, som hver bøyer materialet noen grader lenger, til det når den endelige tverrsnittsprofilen. Fordi deformasjonen skjer gradvis på tvers av mange valsestasjoner i stedet for i ett slag, holder valseformingen belastningen på materialet mer jevnt fordelt enn enkeltslagsformingsmetoder, noe som er en hovedårsak til at det er den foretrukne prosessen for AHSS-kvaliteter som sprekker lettere under plutselig, konsentrert kraft.

HSS- og AHSS-kvaliteter - inkludert tofase (DP), transformasjonsindusert plastisitet (TRIP) og martensittisk stål - tilbyr strekkstyrker som varierer fra omtrent 440 MPa opp til 1500 MPa, sammenlignet med 270-400 MPa for konvensjonelt bløtt stål. Denne styrken lar bilprodusenter bruke tynnere materiale for samme strukturelle ytelse, og støtter direkte mål for vektreduksjon av kjøretøy uten å ofre kollisjonssikkerheten.

Rolleformingsprosess for biler

I bilproduksjon følger rulleformingslinjen vanligvis denne sekvensen:

1. Spolemateriale vikles ut og mates kontinuerlig inn i linjen, ofte med en niveller for å fjerne krumningen på spolesett før forming.
2. Strimlen passerer gjennom en rekke rullestasjoner, som hver legger til en liten bøyning, og gradvis former den flate stripen til målprofilen - en hattekanal, et rør eller en kompleks strukturell flerbøyningsform.
3. In-line stanse- eller hakkstasjoner, om nødvendig, skjærer monteringshull eller har utskjæringer mens listen fortsatt er flat eller delvis formet, siden stansing etter full forming er langt vanskeligere.
4. Den dannede profilen passerer gjennom en avskjæringspresse som skjærer den til lengde uten å stoppe linen, ved hjelp av en flygende cutoff synkronisert med linjehastighet.
5. Ferdige deler kan gjennomgå in-line eller sekundær sveising, belegg eller varmebehandling før de settes i gang for montering.

Denne kontinuerlige, høyvolumsnaturen er det som gjør rullforming spesielt godt egnet for bilproduksjon, der den samme strukturelle profilen – dørbjelker, støtfangerforsterkninger, takrails eller seterammekomponenter – kan trenge å gå i titalls eller hundretusener av lineære fot per år.

Rulleforming vs stempling

Rulleforming og stansing former begge flatt stål til konstruksjonsdeler, men de passer til ulike delgeometrier og produksjonsprofiler.

Rulleforming og stempling sammenlignet for produksjon av strukturelle bildeler.

Spesifikt for AHSS er rulleformingens gradvise flerstasjonsbøyning en stor fordel i forhold til stemplingens enkeltslagsdeformasjon, siden AHSS-kvaliteter generelt har lavere forlengelse før brudd og er mer følsomme for tøyningshastigheten og spenningskonsentrasjonen en stanseform påfører i én bevegelse.

Rullformingsverktøydesign for AHSS

Verktøydesign for AHSS valseforming skiller seg fra verktøy i bløtt stål på flere måter, drevet av de høyere formingskreftene og tilbakespringet materialet genererer:

• Flere formingsstasjoner — AHSS-profiler krever vanligvis ekstra rullepassasjer sammenlignet med en tilsvarende bløtstålprofil, og sprer bøyningsvinkelen over flere trinn for å redusere belastningen per passering.
• Hardere rullematerialer — Verktøystålruller med slitesterkt belegg eller herdede overflater er vanligvis påkrevd, siden AHSS akselererer rulleslitasjen sammenlignet med bløtt stål.
• Økte rulleseparasjonskrefter - fresrammer, aksler og lagre må klassifiseres for høyere belastninger enn en linje som kun består av mildt stål, siden AHSS motstår deformasjon sterkere på hver stasjon.
• Overbøyningskompensasjon — Verktøyprofiler er vanligvis utformet med beregnede overbøyningsvinkler for å motvirke tilbakespring og treffe endelige mål.

Fjæring i høyfast stål

Tilbakespring er tendensen til dannet metall til å delvis gå tilbake til sin opprinnelige flate form etter at formingskraften er fjernet, forårsaket av den elastiske gjenopprettingsdelen av materialets deformasjon. Stål med høyere styrke har generelt en høyere flytegrense i forhold til elastisitetsmodulen, noe som betyr at en større andel av den totale deformasjonen er elastisk (gjenvinnbar) i stedet for plastisk (permanent) - så AHSS fjærer tilbake mer enn bløtt stål bøyd til samme vinkel.

Rulledannende linjer adresserer tilbakespring primært gjennom overbøyning: hver valsestasjon bøyer materialet litt forbi målvinkelen, og forutser hvor mye det vil slappe av når det slippes. Den nøyaktige overbøyningsvinkelen bestemmes vanligvis gjennom en kombinasjon av formingssimuleringsprogramvare og fysiske prøvekjøringer, siden tilbakespring varierer etter stålkvalitet, tykkelse og profilgeometri, og selv små endringer i spole-til-spole-materialegenskapene kan endre mengden av korreksjon som trengs.