Dây chuyền sản xuất dập nóng tốc độ cao cho thép siêu bền (nhôm)
Các tính năng chính
Dây chuyền sản xuất được thiết kế để tối ưu hóa quy trình sản xuất phụ tùng ô tô thông qua việc ứng dụng công nghệ dập nóng. Quy trình này, được gọi là dập nóng ở châu Á và tôi cứng bằng ép ở châu Âu, bao gồm việc nung nóng vật liệu phôi đến một nhiệt độ nhất định và sau đó ép nó trong các khuôn tương ứng bằng công nghệ ép thủy lực trong khi duy trì áp suất để đạt được hình dạng mong muốn và trải qua quá trình biến đổi pha của vật liệu kim loại. Kỹ thuật dập nóng có thể được phân loại thành phương pháp dập nóng trực tiếp và gián tiếp.
Thuận lợi
Một trong những ưu điểm chính của các cấu kiện kết cấu dập nóng là khả năng tạo hình tuyệt vời, cho phép sản xuất các hình dạng phức tạp với độ bền kéo vượt trội. Độ bền cao của các bộ phận dập nóng cho phép sử dụng các tấm kim loại mỏng hơn, giảm trọng lượng của các bộ phận trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn cấu trúc và khả năng chịu va chạm. Các ưu điểm khác bao gồm:
Giảm thiểu các thao tác nối ghép:Công nghệ dập nóng giúp giảm thiểu nhu cầu hàn hoặc các thao tác kết nối bằng ốc vít, từ đó nâng cao hiệu quả và độ bền của sản phẩm.
Giảm thiểu hiện tượng đàn hồi ngược và biến dạng:Quá trình dập nóng giúp giảm thiểu các biến dạng không mong muốn, chẳng hạn như hiện tượng đàn hồi ngược và cong vênh của chi tiết, đảm bảo độ chính xác về kích thước và giảm thiểu nhu cầu gia công lại.
Ít lỗi linh kiện hơn:So với các phương pháp tạo hình nguội, các chi tiết được dập nóng ít bị lỗi hơn, chẳng hạn như nứt và vỡ, dẫn đến chất lượng sản phẩm được cải thiện và giảm thiểu lãng phí.
Lực ép thấp hơn:Phương pháp dập nóng giúp giảm tải trọng máy ép cần thiết so với các kỹ thuật tạo hình nguội, dẫn đến tiết kiệm chi phí và tăng hiệu quả sản xuất.
Tùy chỉnh các thuộc tính vật liệu:Công nghệ dập nóng cho phép tùy chỉnh các đặc tính vật liệu dựa trên các khu vực cụ thể của chi tiết, tối ưu hóa hiệu suất và chức năng.
Cải tiến cấu trúc vi mô nâng cao:Ép nóng cho phép tăng cường cấu trúc vi mô của vật liệu, dẫn đến cải thiện các tính chất cơ học và tăng độ bền của sản phẩm.
Các bước sản xuất được tinh giản:Dập nóng giúp loại bỏ hoặc giảm thiểu các bước sản xuất trung gian, dẫn đến quy trình sản xuất đơn giản hơn, năng suất cao hơn và thời gian giao hàng ngắn hơn.
Ứng dụng sản phẩm
Dây chuyền sản xuất dập nóng tốc độ cao thép (nhôm) cường độ cao được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận thân xe ô tô. Điều này bao gồm các cụm trụ, cản trước, dầm cửa và cụm thanh ray mái được sử dụng trong xe chở khách. Ngoài ra, việc sử dụng các hợp kim tiên tiến nhờ công nghệ dập nóng đang được nghiên cứu ngày càng nhiều trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, quốc phòng và các thị trường mới nổi. Các hợp kim này mang lại những ưu điểm về độ bền cao hơn và trọng lượng giảm, những điều khó đạt được bằng các phương pháp tạo hình khác.
Tóm lại, dây chuyền dập nóng tốc độ cao thép cường độ cao (nhôm) đảm bảo sản xuất chính xác và hiệu quả các bộ phận thân xe ô tô có hình dạng phức tạp. Với khả năng tạo hình vượt trội, giảm thiểu các thao tác ghép nối, giảm thiểu khuyết tật và nâng cao các đặc tính vật liệu, dây chuyền sản xuất này mang lại nhiều ưu điểm. Ứng dụng của nó mở rộng đến việc sản xuất các bộ phận thân xe chưa gia công cho xe khách và mang lại lợi ích tiềm năng trong ngành hàng không vũ trụ, quốc phòng và các thị trường mới nổi. Hãy đầu tư vào dây chuyền dập nóng tốc độ cao thép cường độ cao (nhôm) để đạt được hiệu suất, năng suất vượt trội và lợi thế thiết kế trọng lượng nhẹ trong ngành công nghiệp ô tô và các ngành liên quan.
Ép nhiệt là gì?
Ép nóng, còn được gọi là tôi cứng bằng áp suất ở châu Âu và tạo hình bằng ép nóng ở châu Á, là một phương pháp tạo hình vật liệu trong đó phôi được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định, sau đó được dập và làm nguội dưới áp suất trong khuôn tương ứng để đạt được hình dạng mong muốn và tạo ra sự biến đổi pha trong vật liệu kim loại. Công nghệ ép nóng bao gồm việc nung nóng các tấm thép boron (với độ bền ban đầu từ 500-700 MPa) đến trạng thái austenit hóa, nhanh chóng chuyển chúng vào khuôn để dập tốc độ cao, và làm nguội chi tiết bên trong khuôn với tốc độ làm nguội lớn hơn 27°C/s, tiếp theo là một khoảng thời gian giữ dưới áp suất, để thu được các chi tiết thép siêu bền với cấu trúc mactenxit đồng nhất.
Ưu điểm của phương pháp dập nóng
Độ bền kéo tối đa được cải thiện và khả năng tạo hình các hình dạng phức tạp.
Giảm trọng lượng linh kiện bằng cách sử dụng tấm kim loại mỏng hơn trong khi vẫn duy trì độ bền cấu trúc và khả năng chịu va chạm.
Giảm nhu cầu thực hiện các thao tác nối như hàn hoặc bắt vít.
Giảm thiểu hiện tượng biến dạng và cong vênh của chi tiết.
Ít lỗi linh kiện hơn, chẳng hạn như nứt và vỡ.
Lực ép cần thiết thấp hơn so với phương pháp tạo hình nguội.
Khả năng điều chỉnh các đặc tính vật liệu dựa trên từng vùng cụ thể của chi tiết.
Cải tiến cấu trúc vi mô để đạt hiệu suất tốt hơn.
Quy trình sản xuất được tinh gọn với ít bước vận hành hơn để có được sản phẩm hoàn chỉnh.
Những ưu điểm này góp phần vào hiệu quả tổng thể, chất lượng và hiệu suất của các cấu kiện kết cấu được dập nóng.
Thông tin chi tiết hơn về dập nổi nhiệt
1. Dập nóng so với dập nguội
Dập nóng là một quy trình tạo hình được thực hiện sau khi nung nóng trước tấm thép, trong khi dập nguội là quá trình dập trực tiếp tấm thép mà không cần nung nóng trước.
Dập nguội có những ưu điểm rõ rệt so với dập nóng. Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm. Do ứng suất sinh ra trong quá trình dập nguội cao hơn so với dập nóng, các sản phẩm dập nguội dễ bị nứt và vỡ hơn. Vì vậy, cần có thiết bị dập chính xác cho quá trình dập nguội.
Ép nóng bao gồm việc nung nóng tấm thép đến nhiệt độ cao trước khi dập và đồng thời làm nguội nhanh trong khuôn. Điều này dẫn đến sự biến đổi hoàn toàn cấu trúc vi mô của thép thành mactenxit, tạo ra độ bền cao từ 1500 đến 2000 MPa. Do đó, các sản phẩm được ép nóng có độ bền cao hơn so với các sản phẩm được ép nguội.
2. Quy trình dập nóng
Ép dập nóng, còn được gọi là "ép cứng", bao gồm việc nung nóng một tấm kim loại cường độ cao có độ bền ban đầu từ 500-600 MPa đến nhiệt độ từ 880 đến 950°C. Tấm kim loại đã được nung nóng sau đó được dập nhanh và làm nguội trong khuôn, đạt tốc độ làm nguội từ 20-300°C/giây. Sự chuyển đổi từ austenit sang martensit trong quá trình làm nguội giúp tăng cường đáng kể độ bền của chi tiết, cho phép sản xuất các chi tiết dập có độ bền lên đến 1500 MPa. Các kỹ thuật ép dập nóng có thể được phân loại thành hai loại: ép dập nóng trực tiếp và ép dập nóng gián tiếp.
Trong phương pháp dập nóng trực tiếp, phôi đã được làm nóng trước được đưa trực tiếp vào khuôn kín để dập và làm nguội. Các công đoạn tiếp theo bao gồm làm nguội, cắt mép và đục lỗ (hoặc cắt bằng laser), và làm sạch bề mặt.
Tính năng 1: Chế độ gia công dập nóng - dập nóng trực tiếp
Trong quy trình dập nóng gián tiếp, bước tạo hình sơ bộ bằng phương pháp tạo hình nguội được thực hiện trước khi bước vào các giai đoạn gia nhiệt, dập nóng, cắt mép, đục lỗ và làm sạch bề mặt.
Sự khác biệt chính giữa quy trình dập nóng gián tiếp và dập nóng trực tiếp nằm ở việc phương pháp gián tiếp có thêm bước tạo hình sơ bộ bằng phương pháp tạo hình nguội trước khi nung nóng. Trong phương pháp dập nóng trực tiếp, tấm kim loại được đưa trực tiếp vào lò nung, trong khi ở phương pháp dập nóng gián tiếp, chi tiết đã được tạo hình sơ bộ bằng phương pháp tạo hình nguội được đưa vào lò nung.
Quy trình dập nóng gián tiếp thường bao gồm các bước sau:
Gia công nguội tạo hình sơ bộ - Gia nhiệt - Dập nóng - Cắt cạnh và đục lỗ - Làm sạch bề mặt
Tính năng 2: Chế độ gia công dập nóng - dập nóng gián tiếp
3. Các thiết bị chính dùng trong quá trình dập nóng bao gồm lò nung, máy ép tạo hình nóng và khuôn dập nóng.
Lò sưởi:
Lò nung được trang bị khả năng gia nhiệt và điều khiển nhiệt độ. Nó có khả năng nung nóng các tấm thép cường độ cao đến nhiệt độ tái kết tinh trong một khoảng thời gian nhất định, đạt được trạng thái austenit. Nó cần phải thích ứng với các yêu cầu sản xuất liên tục tự động quy mô lớn. Vì phôi được nung nóng chỉ có thể được xử lý bởi robot hoặc cánh tay máy, nên lò nung cần có hệ thống nạp và dỡ tự động với độ chính xác định vị cao. Ngoài ra, khi nung nóng các tấm thép không phủ, nó cần cung cấp lớp bảo vệ bằng khí để ngăn ngừa quá trình oxy hóa bề mặt và khử cacbon của phôi.
Máy ép tạo hình nóng:
Máy ép là cốt lõi của công nghệ dập nóng. Nó cần có khả năng dập và giữ nhanh, cũng như được trang bị hệ thống làm mát nhanh. Độ phức tạp kỹ thuật của máy ép tạo hình nóng vượt xa so với máy ép dập nguội thông thường. Hiện nay, chỉ có một vài công ty nước ngoài nắm vững công nghệ thiết kế và sản xuất loại máy ép này, và tất cả đều phụ thuộc vào nhập khẩu, khiến giá thành cao.
Khuôn dập nóng:
Khuôn dập nóng thực hiện cả hai giai đoạn tạo hình và làm nguội. Trong giai đoạn tạo hình, khi phôi được đưa vào khoang khuôn, khuôn nhanh chóng hoàn thành quá trình dập để đảm bảo hoàn thành việc tạo hình chi tiết trước khi vật liệu trải qua quá trình chuyển pha mactenxit. Sau đó, nó bước vào giai đoạn làm nguội, nơi nhiệt từ phôi bên trong khuôn được truyền liên tục đến khuôn. Các ống làm mát được bố trí bên trong khuôn ngay lập tức loại bỏ nhiệt thông qua chất làm mát đang chảy. Quá trình chuyển pha mactenxit-austenit bắt đầu khi nhiệt độ phôi giảm xuống 425°C. Quá trình chuyển pha giữa mactenxit và austenit kết thúc khi nhiệt độ đạt 280°C, và phôi được lấy ra ở 200°C. Vai trò của bộ phận giữ khuôn là ngăn ngừa sự giãn nở và co lại nhiệt không đều trong quá trình làm nguội, điều này có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể về hình dạng và kích thước của chi tiết, gây ra phế phẩm. Ngoài ra, nó còn tăng cường hiệu quả truyền nhiệt giữa phôi và khuôn, thúc đẩy quá trình làm nguội nhanh chóng.
Tóm lại, thiết bị chính cho quá trình dập nóng bao gồm lò nung để đạt được nhiệt độ mong muốn, máy ép tạo hình nóng để dập nhanh và giữ nhiệt với hệ thống làm mát nhanh, và khuôn dập nóng thực hiện cả hai giai đoạn tạo hình và làm nguội để đảm bảo hình dạng chi tiết chính xác và làm mát hiệu quả.
Tốc độ làm nguội không chỉ ảnh hưởng đến thời gian sản xuất mà còn ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hóa giữa austenit và martensit. Tốc độ làm nguội quyết định loại cấu trúc tinh thể nào sẽ được hình thành và có liên quan đến hiệu quả làm cứng cuối cùng của phôi. Nhiệt độ làm nguội tới hạn của thép boron là khoảng 30℃/s, và chỉ khi tốc độ làm nguội vượt quá nhiệt độ làm nguội tới hạn thì sự hình thành cấu trúc martensit mới được thúc đẩy ở mức tối đa. Khi tốc độ làm nguội nhỏ hơn tốc độ làm nguội tới hạn, các cấu trúc phi martensit như bainit sẽ xuất hiện trong cấu trúc tinh thể của phôi. Tuy nhiên, tốc độ làm nguội càng cao càng tốt, tốc độ làm nguội quá cao sẽ dẫn đến nứt vỡ các chi tiết được tạo hình, và phạm vi tốc độ làm nguội hợp lý cần được xác định theo thành phần vật liệu và điều kiện gia công của các chi tiết.
Vì thiết kế ống làm mát có liên quan trực tiếp đến tốc độ làm mát, nên ống làm mát thường được thiết kế dựa trên tiêu chí hiệu quả truyền nhiệt tối đa. Do đó, hướng thiết kế ống làm mát phức tạp hơn và khó có thể thực hiện bằng phương pháp khoan cơ khí sau khi hoàn thành việc đúc khuôn. Để tránh bị hạn chế bởi quá trình gia công cơ khí, phương pháp tạo sẵn các kênh dẫn nước trước khi đúc khuôn thường được lựa chọn.
Do phải hoạt động trong thời gian dài ở nhiệt độ từ 200℃ đến 880~950℃ dưới điều kiện thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt, vật liệu khuôn dập nóng phải có độ cứng vững và khả năng dẫn nhiệt tốt, có thể chịu được ma sát nhiệt mạnh do phôi sinh ra ở nhiệt độ cao và tác động mài mòn của các hạt oxit rơi xuống. Ngoài ra, vật liệu khuôn cũng cần có khả năng chống ăn mòn tốt đối với chất làm mát để đảm bảo dòng chảy trơn tru của ống làm mát.
Cắt tỉa và đâm xuyên
Do độ bền của các chi tiết sau khi dập nóng đạt khoảng 1500MPa, nếu sử dụng phương pháp cắt và đột dập bằng máy ép, yêu cầu về tải trọng thiết bị sẽ lớn hơn, và độ mài mòn của lưỡi cắt khuôn sẽ nghiêm trọng. Vì vậy, các thiết bị cắt laser thường được sử dụng để cắt các cạnh và lỗ.
4. Các loại thép dập nóng thông dụng
Hiệu suất trước khi đóng dấu
Hiệu năng sau khi đóng dấu
Hiện nay, mác thép dập nóng thông dụng là B1500HS. Độ bền kéo trước khi dập thường nằm trong khoảng 480-800MPa, và sau khi dập, độ bền kéo có thể đạt 1300-1700MPa. Điều đó có nghĩa là, thép tấm có độ bền kéo 480-800MPa, thông qua quá trình dập nóng, có thể thu được các chi tiết có độ bền kéo khoảng 1300-1700MPa.
5. Việc sử dụng thép dập nóng
Việc ứng dụng công nghệ dập nóng các bộ phận có thể cải thiện đáng kể độ an toàn khi va chạm của ô tô và giúp giảm trọng lượng thân xe thô. Hiện nay, công nghệ dập nóng đã được ứng dụng vào các bộ phận thân xe thô của xe hơi, chẳng hạn như thân xe, cột A, cột B, cản trước, dầm cửa và thanh ray mái và các bộ phận khác. Xem hình 3 bên dưới để biết ví dụ về các bộ phận phù hợp để giảm trọng lượng.
Hình 3: Các bộ phận thân màu trắng thích hợp cho việc dập nóng
Hình 4: Dây chuyền máy ép dập nóng 1200 tấn của nhà máy Jiangdong Machinery
Hiện nay, các giải pháp dây chuyền sản xuất máy ép thủy lực dập nóng của JIANGDONG MACHINERY đã rất hoàn thiện và ổn định, thuộc hàng đầu trong lĩnh vực dập nóng tại Trung Quốc. Là đơn vị phó chủ tịch chi nhánh máy rèn của Hiệp hội Máy công cụ Trung Quốc, đồng thời là thành viên của Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Máy rèn Trung Quốc, chúng tôi cũng đã thực hiện công tác nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dập nóng siêu tốc quốc gia cho thép và nhôm, đóng vai trò to lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp dập nóng tại Trung Quốc và trên toàn thế giới.
