Dây chuyền sản xuất dập nóng tốc độ cao dành 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 ứng dụng công nghệ dập nóng. Quy trình này, được gọi là dập nóng ở châu Á và ép cứng ở châu Âu, bao gồm việc nung nóng vật liệu phôi đến nhiệt độ cụ thể và sau đó ép nó vào khuôn tương ứng bằng công nghệ ép thủy lực, đồng thời 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 định hình tuyệt vời, cho phép sản xuất các hình dạng phức tạp với độ bền kéo vượt trội. Độ bền cao của các chi tiết dập nóng cho phép sử dụng các tấm kim loại mỏng hơn, giảm trọng lượng của các cấu kiện đồng thời duy trì tính toàn vẹn của kết cấu và khả năng chịu va đập. Các ưu điểm khác bao gồm:
Giảm thiểu hoạt động ghép nối:Công nghệ dập nóng làm giảm nhu cầu hàn hoặc kết nối chặt chẽ, giúp cải thiện hiệu quả và tăng cường tính toàn vẹn của sản phẩm.
Giảm thiểu hiện tượng Springback và Warpage:Quá trình dập nóng giảm thiểu tối đa các biến dạng không mong muốn, chẳng hạn như bộ phận bị bật ngược và cong vênh, đảm bảo độ chính xác về kích thước và giảm nhu cầu phải gia công lại thêm.
Ít lỗi bộ phận hơn:Các bộ phận dập nóng ít có khuyết tật hơn, chẳng hạn như vết nứt và tách, so với phương pháp tạo hình nguội, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chất thải.
Tải trọng ép thấp hơn:Dập nóng làm giảm khối lượng ép cần thiết so với kỹ thuật tạo hình nguội, giúp tiết kiệm chi phí và tăng hiệu quả sản xuất.
Tùy chỉnh 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 bộ phận, tối ưu hóa hiệu suất và chức năng.
Cải tiến cấu trúc vi mô nâng cao:Dập nóng có khả năng cải thiện cấu trúc vi mô của vật liệu, mang lại tính chất cơ học được cải thiện và độ bền của sản phẩm tăng lên.
Các bước sản xuất hợp lý:Dập nóng loại bỏ hoặc giảm các bước sản xuất trung gian, mang lại quy trình sản xuất đơn giản hơn, năng suất cao hơn và thời gian hoàn thành ngắn hơn.
Ứng dụng sản phẩm
Dây chuyền sản xuất dập nóng tốc độ cao bằng thép (nhôm) cường độ cao được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận thân xe ô tô màu trắng. Bao gồm cụm trụ, cản, dầm cửa và cụm thanh ray nóc xe du lịch. Ngoài ra, việc sử dụng hợp kim tiên tiến được tạo ra bằng phương pháp dập nóng đang ngày càng được khai thác trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, quốc phòng và các thị trường mới nổi. Những hợp kim này mang lại lợi thế về độ bền cao hơn và trọng lượng nhẹ hơn, điều mà các phương pháp tạo hình khác khó có thể đạt được.
Tóm lại, Dây chuyền sản xuất dập nóng tốc độ cao bằng thép (nhôm) cường độ cao đảm bảo sản xuất chính xác và hiệu quả các chi tiết thân xe ô tô có hình dạng phức tạp. Với khả năng định hình vượt trội, giảm thiểu thao tác ghép nối, giảm thiểu khuyết tật và cải thiện tính chất vật liệu, dây chuyền sản xuất này mang lại nhiều lợi thế. Ứng dụng của nó mở rộng sang sản xuất các chi tiết thân xe màu trắng cho xe du lịch và mang lại những lợi ích tiềm năng trong ngành hàng không vũ trụ, quốc phòng và các thị trường mới nổi. Hãy đầu tư vào Dây chuyền sản xuất dập nóng tốc độ cao bằng thép (nhôm) cường độ cao để đạt được hiệu suất, năng suất và thiết kế nhẹ vượt trội trong ngành công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp liên quan.
Dập nóng là gì?
Dập nóng, còn được gọi là ép cứng ở châu Âu và ép nóng định hình 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 chuyển pha trong vật liệu kim loại. Công nghệ dập nóng bao gồm việc nung nóng các tấm thép boron (có cường độ 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/giây, sau đó là thời gian giữ áp suất, để thu được các chi tiết thép có cường độ cực cao với cấu trúc martensitic đồng nhất.
Ưu điểm của dập nóng
Cải thiện độ bền kéo tối đa và khả năng tạo hình dạng phức tạp.
Giảm trọng lượng linh kiện bằng cách sử dụng tấm kim loại mỏng hơn trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc và hiệu suất chống va chạm.
Giảm nhu cầu thực hiện các thao tác ghép nối như hàn hoặc buộc chặt.
Giảm thiểu hiện tượng cong vênh và đàn hồi.
Ít khuyết tật hơn như vết nứt và vết tách.
Yêu cầu về lực ép thấp hơn so với tạo hình nguội.
Khả năng điều chỉnh các đặc tính vật liệu dựa trên các vùng bộ phận cụ thể.
Cấu trúc vi mô được cải tiến để có hiệu suất tốt hơn.
Quy trình sản xuất hợp lý với ít bước vận hành hơn để tạo ra sản phẩm hoàn thiện.
Những ưu điểm này góp phần nâng cao hiệu quả, chất lượng và hiệu suất tổng thể của các thành phần kết cấu dập nóng.
Thêm chi tiết về dập nóng
1. Dập nóng so với dập nguội
Dập nóng là quá trình tạo hình được thực hiện sau khi làm nóng sơ bộ tấm thép, trong khi dập nguội là quá trình dập trực tiếp tấm thép mà không cần làm nóng sơ bộ.
Dập nguội có những ưu điểm rõ ràng so với dập nóng, nhưng cũng có một số nhược điểm. Do ứng suất do quá trình dập nguội tạo ra cao hơn so với dập nóng, sản phẩm dập nguội dễ bị nứt và tách hơn. Do đó, cần có thiết bị dập chính xác cho quá trình dập nguội.
Dập nóng bao gồm việc nung nóng tấm thép đến nhiệt độ cao trước khi dập và đồng thời làm nguội trong khuôn. Quá trình này dẫn đến sự biến đổi hoàn toàn cấu trúc vi mô của thép thành martensite, tạo ra độ bền cao từ 1500 đến 2000 MPa. Do đó, các sản phẩm dập nóng có độ bền cao hơn so với các sản phẩm dập nguội.
2. Quy trình dập nóng
Dập nóng, còn được gọi là "ép cứng", bao gồm việc nung nóng một tấm thép có độ bền cao với cường độ ban đầu từ 500-600 MPa ở nhiệt độ từ 880 đến 950°C. Tấm thép 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 austenite thành martensite trong quá trình dập nguội giúp tăng cường đáng kể độ bền của chi tiết, cho phép sản xuất các chi tiết dập với cường độ lên đến 1500 MPa. Kỹ thuật dập nóng có thể được phân loại thành hai loại: dập nóng trực tiếp và dập nóng gián tiếp:
Trong quá trình dập nóng trực tiếp, phôi đã được làm nóng trước được đưa trực tiếp vào khuôn kín để dập và làm nguội. Các quy trình tiếp theo bao gồm làm nguội, cắt cạnh, đục lỗ (hoặc cắt laser), và làm sạch bề mặt.
Đồ vật 1: chế độ gia công dập nóng - dập nóng trực tiếp
Trong quy trình dập nóng gián tiếp, bước tạo hình nguội được thực hiện trước khi bước vào các giai đoạn gia nhiệt, dập nóng, cắt cạnh, 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 bước tạo hình nguội trước khi gia nhiệt trong phương pháp dập nóng gián tiếp. 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 tạo hình nguội được đưa vào lò nung.
Quy trình dập nóng gián tiếp thường bao gồm các bước sau:
Tạo hình nguội - Tạo hình sơ bộ - Làm nóng - Dập nóng - Cắt cạnh và đục lỗ - Làm sạch bề mặt
Đồ vật 2: chế độ gia công dập nóng - dập nóng gián tiếp
3. Thiết bị chính để dập nóng bao gồm lò nung, máy ép định hình nóng và khuôn dập nóng
Lò sưởi:
Lò nung được trang bị khả năng gia nhiệt và kiểm soát nhiệt độ. Lò nung có khả năng nung nóng các tấm thép cường độ cao đến nhiệt độ kết tinh lại trong thời gian quy định, đạt trạng thái austenit. Lò nung cần có khả năng thích ứng với yêu cầu sản xuất liên tục tự động quy mô lớn. Vì phôi thép đã được nung nóng chỉ có thể được xử lý bằng robot hoặc cánh tay cơ khí, lò nung đòi hỏi phải nạp và dỡ phôi tự động với độ chính xác định vị cao. Ngoài ra, khi nung nóng các tấm thép không phủ, lò nung cần được bảo vệ bằng khí để ngăn ngừa quá trình oxy hóa bề mặt và khử cacbon của phôi thép.
Máy ép 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 về mặt kỹ thuật của máy ép tạo hình nóng vượt xa máy ép dập nguội thông thường. Hiện nay, chỉ có một số ít 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, sau 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 đổi pha martensitic. Sau đó, nó bước vào giai đoạn làm nguội và làm mát, tại đó nhiệt từ phôi bên trong khuôn được truyền liên tục vào khuôn. Các ống làm mát được bố trí bên trong khuôn sẽ loại bỏ nhiệt ngay lập tức thông qua chất làm mát đang chảy. Quá trình chuyển đổi martensitic-austenitic bắt đầu khi nhiệt độ của phôi giảm xuống 425°C. Quá trình chuyển đổi giữa martensitic và austenite kết thúc khi nhiệt độ đạt 280°C và phôi được lấy ra ở 200°C. Vai trò của việc giữ khuôn là ngăn ngừa sự giãn nở và co lại do 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, dẫn đến phế liệu. Ngoài ra, nó còn tăng cường hiệu suất truyền nhiệt giữa phôi và khuôn, thúc đẩy quá trình làm nguội và làm nguội nhanh chóng.
Tóm lại, thiết bị chính để dập nóng bao gồm lò nung để đạt được nhiệt độ mong muốn, máy ép định hình nóng để dập nhanh và giữ bằng hệ thống làm mát nhanh, và khuôn dập nóng thực hiện cả giai đoạn tạo hình và làm nguội để đảm bảo tạo thành chi tiết phù hợp và làm mát hiệu quả.
Tốc độ làm nguội tôi không chỉ ảnh hưởng đến thời gian sản xuất mà còn ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi giữa austenite và martensite. Tốc độ làm nguội quyết định loại cấu trúc tinh thể nào sẽ được hình thành và liên quan đến hiệu ứng làm cứng cuối cùng của phôi. Nhiệt độ làm nguội tới hạn của thép boron là khoảng 30℃/giây và chỉ khi tốc độ làm nguội vượt quá nhiệt độ làm nguội tới hạn thì sự hình thành cấu trúc martensitic mới được thúc đẩy ở mức độ lớn nhất. Khi tốc độ làm nguội nhỏ hơn tốc độ làm nguội tới hạn, các cấu trúc không phải martensitic như bainite sẽ xuất hiện trong cấu trúc tinh thể của phôi. Tuy nhiên, tốc độ làm nguội càng cao càng tốt, tốc độ làm nguội càng cao sẽ dẫn đến nứt các chi tiết đã tạo hình và phạm vi tốc độ làm nguội hợp lý cần được xác định theo thành phần vật liệu và điều kiện quy trình của các chi tiết.
Do thiết kế ống làm mát liên quan trực tiếp đến kích thước của tốc độ làm mát, ống làm mát thường được thiết kế theo quan điểm hiệu suất truyền nhiệt tối đa, do đó hướng của ống làm mát được thiết kế phức tạp hơn và khó có thể đạt được bằng cách khoan cơ học sau khi hoàn thành quá trình đúc khuôn. Để tránh bị hạn chế bởi quá trình gia công cơ học, phương pháp giữ lại kênh dẫn nước trước khi đúc khuôn thường được lựa chọn.
Do hoạt động lâu dài ở nhiệt độ từ 200℃ đến 880~950℃ trong điều kiện nóng lạnh thay đổi liên tục, vật liệu khuôn dập nóng phải có độ cứng kết cấu và độ dẫn nhiệt tốt, chịu được ma sát nhiệt mạnh do phôi thép tạo ra ở nhiệt độ cao và tác động mài mòn của các hạt oxit rơi ra. Ngoài ra, vật liệu khuôn cũng phải có khả năng chống ăn mòn tốt đối với chất làm mát để đảm bảo dòng chảy của ống làm mát được thông suốt.
Cắt tỉa và xỏ khuyên
Do độ bền của chi tiết sau khi dập nóng đạt khoảng 1500MPa, nếu sử dụng phương pháp cắt ép và đột dập, yêu cầu về trọng tải thiết bị sẽ lớn hơn, độ mài mòn lưỡi cắt khuôn sẽ nghiêm trọng. Do đó, máy cắt laser thường được sử dụng để cắt cạnh và lỗ.
4. Các loại thép dập nóng thông dụng
Hiệu suất trước khi dập
Hiệu suất sau khi dập
Hiện nay, mác thép dập nóng phổ biến 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. Nói cách khác, độ bền kéo của tấm thép 480-800MPa, thông qua quá trình tạo hình dập nóng, có thể đạt được độ bền kéo khoảng 1300-1700MPa.
5.Sử dụng thép dập nóng
Việc áp dụng các chi tiết dập nóng có thể cải thiện đáng kể độ an toàn khi va chạm của ô tô và hiện thực hóa trọng lượng nhẹ của thân xe màu trắng. Hiện nay, công nghệ dập nóng đã được áp dụng cho các chi tiết thân xe màu trắng của xe du lịch, chẳng hạn như thân xe, trụ A, trụ B, cản xe, dầm cửa, thanh ray nóc và các chi tiết khác. Xem hình 3 bên dưới để biết ví dụ về các chi tiết phù hợp với trọng lượng nhẹ.
hình 3：Các thành phần thân màu trắng thích hợp cho dập nóng
Hình 4: Dây chuyền ép dập nóng 1200 tấn của 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 tạo hình dập nóng của Trung Quốc và với tư cách là phó chủ tịch chi nhánh máy móc rèn của Hiệp hội máy công cụ Trung Quốc cũng như các đơn vị thành viên của Ủy ban tiêu chuẩn hóa máy móc rèn Trung Quốc, chúng tôi cũng đã thực hiện công việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dập nóng siêu tốc độ quốc gia cho thép và nhôm, đóng vai trò to lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển của ngành dập nóng tại Trung Quốc và thậm chí trên toàn thế giới.
