Wraz z nasileniem się kryzysu energetycznego i problemów środowiskowych oszczędzanie energii i bezpieczeństwo stały się najważniejszym punktem wyjścia dla przemysłu motoryzacyjnego.Aby osiągnąć powyższe cele, zmniejszenie masy pojazdu jest bardzo skuteczną metodą, która prowadzi do szybkiego rozwoju i zastosowania zaawansowanej stali o wysokiej wytrzymałości.
Zastosowanie technologii formowania na gorąco może znacznie poprawić sztywność i wytrzymałość całej konstrukcji nadwozia oraz znacznie poprawić bezpieczeństwo zderzeniowe pojazdu i wydajność NVH;Duża liczba zastosowań tej technologii może skutecznie zmniejszyć wagę BIW, zmniejszyć zużycie energii, zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska i poprawić wydajność ekonomiczną pojazdu.Obecnie, zgodnie z wymogami wytrzymałości konstrukcji nadwozia, technologia formowania na gorąco stosowana jest głównie do produkcji elementów o wysokiej wytrzymałości, takich jak zderzaki przednie i tylne, słupki A, B, C, belki wzmacniające dach, ramy kanałów podwozia, wsporniki deski rozdzielczej, panele wewnętrzne drzwi, belki zderzeniowe drzwi itp. (patrz rysunek 1).Udział części formowanych na gorąco w BIW całego pojazdu może osiągnąć ponad 45%.
Obecnie technologia formowania na gorąco jest szeroko stosowana w firmach produkujących samochody w kraju i za granicą.Główni krajowi producenci samochodów szeroko stosują części formowane na gorąco do produkcji i projektowania modeli pojazdów.Liczba części formowanych na gorąco wykorzystywanych w jednym pojeździe wynosiła generalnie od 6 do 10, a największa liczba modeli pojazdów osiągnęła 24.
Jednak ta technologia tłoczenia na gorąco i technologia matryc były przez długi czas zmonopolizowane przez firmy zagraniczne.Matryce do formowania na gorąco używane przez większość producentów są importowane i drogie.Tym razem współpracowaliśmy z Wuhan Iron and Steel Research Institute w celu opracowania formy i części do formowania na gorąco słupka B do pewnego samochodu osobowego firmy Dongfeng przy użyciu stali do formowania na gorąco Wuhan Iron and Steel WHT1500HF.W niniejszym artykule przedstawiono rozwój matrycy do formowania na gorąco oraz części z filarem B jako przykład.
Rozwój części do termoformowania na słupku B
Materiałem do oceny formowania na gorąco części słupa B jest stal WHT1500 o grubości 1,80 mm.Właściwości mechaniczne materiału przedstawiono w tabeli 1, parametry testowe procesu formowania na gorąco przedstawiono w tabeli 2, a krzywą właściwości mechanicznych przedstawiono na rysunku 1.
Analiza procesu termoformowania
1. Warunki brzegowe
Przyjęta jest struktura matrycy jednostronnego działania, to znaczy matryca żeńska znajduje się na górze, matryca męska na dole, a kierunek tłoczenia jest pokazany na rysunku 3.
Warunek brzegowy: początkowa temperatura arkusza wynosi 800 ° C, a czas przenoszenia arkusza nie przekracza 3,5 s;Czas oczekiwania arkusza na matrycy przed zaciśnięciem wynosi 3,5s;Prześwit między matrycą a uchwytem półfabrykatu wynosi 1,5 x grubość materiału;Nacisk pustego uchwytu wynosi 1T;Prędkość formowania i zaciskania wynosi 150 mm/s;Ciśnienie docisku podczas hartowania wynosi 400t;Początkowa temperatura formy wynosi 100 ℃ na powierzchni i 20 ℃ wewnątrz.
1. Warunki brzegowe
Analiza formowania
Półfabrykat części jest rozwijany przez Pamstamp, aby uzyskać arkusz, a moduł formujący jest analizowany w Pamstamp.W symulacji formowania maksymalny pocieniony obszar znajduje się z boku dolnej połowy obszaru neutralnej kolumny (MAX-23%, jak pokazano na rysunku), a pogrubiony obszar znajduje się z przodu dolnej środkowej części kolumna środkowa, jak pokazano na rysunku (+23,2%, jak pokazano na rysunku 4).W związku z tą sytuacją postanowiono zwrócić uwagę na ten obszar podczas obróbki form i debugowania części.
3. Analiza symulacyjna procesu formowania
W module formującym Pamstamp obserwuj stan formowania blachy podczas ruchu formy.Figura 5 pokazuje, że górna forma znajduje się 40 mm, 20 mm, 5 mm od dolnego martwego punktu i ostatniej uformowanej części.W odległości 5 mm od górnej formy do dolnego martwego punktu można zauważyć zmarszczki pod środkową kolumną.W fazie debugowania formy zostanie tutaj wykonane mocne prasowanie.
4. Analiza pola temperatury
Rozkład temperatury detalu w momencie formowania, gdy górna matryca znajduje się w dolnym martwym punkcie, uzyskuje się za pomocą modułu analitycznego w module Pamstamp.Aby w końcu uzyskać strukturę martenzytu, można zaobserwować, że temperatura detalu jest wyższa niż 665℃ za pomocą symulacji, która jest zgodna z normą i spełnia warunki transformacji hartowania.
5. Dystrybucja martenzytu w częściach hartowanych
Przeprowadzić analizę, jak pokazano na rys. 6a, części są hartowane po 10 s w matrycy, a ponad 90% części zostało przekształconych w martenzyt, z wyjątkiem wpływu położenia uchwytu półfabrykatu;Ponieważ pusty uchwyt zostanie odcięty przez cięcie laserowe.Rys. 6b przedstawia temperaturę utrzymania ciśnienia (10s).Gdy część jest gotowa, temperatura powierzchni jest niższa niż 200 ° C, a temperatura na uchwycie półfabrykatu jest wyższa, co jest zgodne z rozkładem martenzytu.
6. Podsumowanie analizy odkształcalności
(1) Wyniki analizy pokazują, że część słupka B jest wytwarzana przez formowanie na gorąco WHT1500, a proces jest wykonalny.
(2) Obszar na dole części to obszar ryzyka marszczenia się materiału.Zaleca się zwiększenie siły docisku i zmniejszenie luzu matrycy, aby kontrolować przepływ materiału.
(3) Zaokrąglenie w górnej części części jest zagrożone pękaniem.Zaleca się zmniejszenie rozmiaru blachy.
projekt formy
1. Proces projektowania formy do tłoczenia na gorąco
Proces projektowania formy do tłoczenia na gorąco przedstawiono na rysunku 7.
2. Projekt struktury formy
(1) Materiał matrycy do tłoczenia na gorąco powinien być stalą matrycową do pracy na gorąco H13.
(2) Obliczanie i układ kanału wody chłodzącej
① Wzór obliczeniowy kanału chłodzącego
Gdzie mw to masa wody przepływającej przez formę w jednostce czasu (kg/h);N to liczba rur;Qw to przepływ wody chłodzącej w pojedynczej rurze (m3/h);ρ W to gęstość wody chłodzącej w określonej temperaturze (kg/m3), 1000 kg/m3;D jest średnicą otworu wody chłodzącej (m);V to prędkość przepływu wody chłodzącej (m/s);Tu to czas jednostkowy, 3600s.
Gdzie, Re jest liczbą Reynoldsa;V to lepkość kinematyczna (m2/s), V=1.3077 przy 10℃ × 10-6m2/s。
② Układ kanałów chłodzących
Średnica rury chłodzącej wynosi 10-14mm;Odległość między sąsiednimi rurami wynosi 17~20mm;Minimalna odległość od środka rury do profilu powinna być większa niż 15 mm.Układy chłodzenia każdego wkładu są od siebie niezależne, a kanały chłodzące pomiędzy sąsiednimi wkładami nie są ze sobą połączone.
epilog
Dzięki praktyce stosowania krajowej stali do formowania na gorąco do opracowywania matryc i części do formowania na gorąco dla głównej fabryki silników, nauczyliśmy się i opanowaliśmy zasady zmiany technologii matryc do tłoczenia na gorąco oraz organizacji ogrzewania i chłodzenia, a także zdobyliśmy praktyczne doświadczenie.Podczas prac badawczo-rozwojowych matrycy do formowania na gorąco słupka B samochodu osobowego zakończono projektowanie konstrukcji matrycy poprzez analizę formowania CAE części, symulację zmiany wytrzymałości części w pole temperatury i sprawdzenie wytrzymałości matrycy.Po debugowaniu procesu formowania matrycy na gorąco, analizie metalograficznej i próbie rozciągania części zapewnia się strukturę i wytrzymałość części, aby spełnić oczekiwane wymagania.Uzyskane wyniki wskazują, że zastosowanie zaprojektowanej i wykonanej matrycy do formowania na gorąco słupka B samochodu osobowego spełnia wymagania techniczne produktu.