فرمینگ رول فولادی با مقاومت بالا برای قطعات خودرو

شکل دهی رول فولادی با استحکام بالا

فولاد با استحکام بالا (HSS) و فولاد با استحکام بالا پیشرفته (AHSS) به معنای عبور استوک سیم پیچ مسطح از میان یک سری غلتک های پیش رونده شکل است که هر کدام مواد را چند درجه جلوتر خم می کنند تا به مشخصات مقطع نهایی برسد. از آنجایی که تغییر شکل در بسیاری از ایستگاه‌های غلتکی به‌جای یک حرکت حرکتی به‌تدریج اتفاق می‌افتد، رول‌فرمینگ باعث می‌شود تنش روی ماده به طور یکنواخت‌تر از روش‌های شکل‌دهی تک ضربه توزیع شود، که دلیل اصلی این است که این فرآیند ترجیحی برای گریدهای AHSS است که تحت نیروی ناگهانی و متمرکز راحت‌تر می‌ترکند.

گریدهای HSS و AHSS - از جمله دو فاز (DP)، پلاستیسیته ناشی از تبدیل (TRIP) و فولادهای مارتنزیتی - دارای استحکام کششی از تقریباً 440 MPa تا 1500 MPa در مقایسه با 270-400 MPa برای فولادهای نرم معمولی هستند. این استحکام به خودروسازان اجازه می‌دهد تا از مواد نازک‌تر برای عملکرد ساختاری مشابه استفاده کنند و به طور مستقیم از اهداف کاهش وزن خودرو بدون به خطر انداختن ایمنی تصادف حمایت کنند.

فرآیند شکل دهی رول خودرو

در تولید خودرو، خط رول فرمینگ معمولاً از این ترتیب پیروی می کند:

1. استوک کویل بدون سیم پیچ می شود و به طور مداوم به داخل خط تغذیه می شود، اغلب با یک تراز کننده برای حذف انحنای مجموعه سیم پیچ قبل از شکل گیری.
2. این نوار از یک سری ایستگاه‌های غلتکی عبور می‌کند که هر کدام یک افزایش کوچک خمش را اضافه می‌کنند و به تدریج نوار صاف را به نمایه هدف شکل می‌دهند - یک کانال کلاه، لوله یا شکل ساختاری پیچیده چند خم.
3. ایستگاه های پانچ یا بریدگی در خط، در صورت نیاز، سوراخ های نصب یا برش های مشخصه را در حالی که نوار هنوز صاف یا تا حدی شکل گرفته است، برش دهید، زیرا پانچ پس از شکل دهی کامل بسیار دشوارتر است.
4. پروفیل تشکیل شده از یک پرس برش می گذرد که بدون توقف خط، با استفاده از یک برش پرواز هماهنگ با سرعت خط، آن را به طول برش می دهد.
5. قطعات تمام شده ممکن است قبل از مونتاژ، تحت جوشکاری خطی یا ثانویه، پوشش یا عملیات حرارتی قرار گیرند.

این ماهیت پیوسته و با حجم بالا همان چیزی است که رول‌فرمینگ را برای تولید خودرو بسیار مناسب می‌کند، جایی که مشخصات ساختاری یکسان - تیرهای درها، تقویت‌کننده‌های سپر، ریل‌های سقف، یا اجزای قاب صندلی - ممکن است نیاز به کارکردن در ده‌ها یا صدها هزار فوت خطی در سال داشته باشند.

رول فرمینگ در مقابل مهر زدن

رول شکل دهی و مهر زنی هر دو فولاد مسطح را به قطعات ساختاری تبدیل می کنند، اما با هندسه های مختلف قطعات و پروفیل های تولید مطابقت دارند.

مقایسه شکل‌دهی و مهر زنی رول برای تولید قطعات ساختاری خودرو.

مخصوصاً برای AHSS، خمش تدریجی و چند ایستگاهی رول‌فرمینگ یک مزیت بزرگ نسبت به تغییر شکل تک ضربه‌ای است، زیرا گریدهای AHSS عموماً کشش کمتری قبل از شکست دارند و نسبت به نرخ کرنش و تمرکز تنش حساس‌تر هستند که قالب مهر زنی در یک حرکت اعمال می‌شود.

طراحی ابزار شکل دهی رول برای AHSS

طراحی ابزار برای شکل‌دهی رول AHSS با ابزارهای فولادی ملایم از چند جهت متفاوت است، که توسط نیروهای شکل‌دهی بالاتر و برگشت فنری که مواد ایجاد می‌کند، هدایت می‌شود:

• ایستگاه های شکل دهی بیشتر - پروفیل های AHSS معمولاً به عبور غلتکی اضافی در مقایسه با پروفیل فولادی ملایم معادل نیاز دارند، که زاویه خم را در سطوح بیشتری برای کاهش کرنش در هر عبور پخش می کند.
• مواد رول سخت تر - رول های فولادی ابزار با پوشش های مقاوم در برابر سایش یا سطوح سخت شده معمولاً مورد نیاز هستند، زیرا AHSS سایش رول را در مقایسه با فولاد ملایم تسریع می کند.
• افزایش نیروهای جداسازی رول - قاب‌ها، شفت‌ها و یاتاقان‌های آسیاب باید برای بارهای بالاتر نسبت به خطوط فولادی ملایم رتبه‌بندی شوند، زیرا AHSS در هر ایستگاه به شدت در برابر تغییر شکل مقاومت می‌کند.
• جبران خمش بیش از حد - پروفیل های ابزار معمولاً با زوایای خمش بیش از حد محاسبه شده برای مقابله با برگشت فنری و ضربه زدن به اهداف بعدی طراحی می شوند.

فنر بک در فولاد با استحکام بالا

فنر بک تمایل فلز تشکیل شده برای بازگشت جزئی به شکل مسطح اولیه خود پس از حذف نیروی شکل دهی است که ناشی از بخش بازیافت الاستیک تغییر شکل ماده است. فولادهای با استحکام بالاتر معمولاً دارای استحکام تسلیم بالاتری نسبت به مدول الاستیک خود هستند، که به این معنی است که سهم بیشتری از تغییر شکل کل به جای پلاستیک (دائمی) الاستیک (قابل بازیافت) است - بنابراین AHSS بیشتر از فولاد ملایم خمیده به همان زاویه به عقب بازمی‌گردد.

خطوط شکل‌دهی غلتکی عمدتاً از طریق خمش بیش از حد به بازگشت بهار می‌پردازند: هر ایستگاه غلتکی مواد را کمی از زاویه هدف خم می‌کند، و پیش‌بینی می‌کند که پس از رها شدن، میزان شل شدن آن پس از رها شدن، چقدر است. زاویه دقیق بیش از حد خمش معمولاً از طریق ترکیبی از نرم‌افزار شبیه‌سازی شکل‌دهی و آزمایش‌های فیزیکی تعیین می‌شود، زیرا برگشت فنری بر اساس درجه فولاد، ضخامت سنج و هندسه پروفیل متفاوت است و حتی تغییرات کوچک در خواص مواد سیم‌پیچ به سیم پیچ می‌تواند میزان اصلاح مورد نیاز را تغییر دهد.