Rullformning av höghållfast stål för bildelar

Rullformning av höghållfast stål

Rullbildande höghållfast stål (HSS) och avancerad höghållfast stål (AHSS) innebär att platta spolmaterial passerar genom en serie progressivt formade rullar, var och en böjer materialet några grader längre, tills det når den slutliga tvärsnittsprofilen. Eftersom deformationen sker gradvis över många valsstationer snarare än i ett slag, håller valsformningen spänningen på materialet jämnare fördelad än formningsmetoder med en enda slag, vilket är en viktig anledning till att det är den föredragna processen för AHSS-kvaliteter som lättare spricker under plötslig, koncentrerad kraft.

HSS- och AHSS-kvaliteter - inklusive tvåfas (DP), transformationsinducerad plasticitet (TRIP) och martensitiska stål - erbjuder draghållfastheter som sträcker sig från ungefär 440 MPa upp till 1 500 MPa, jämfört med 270-400 MPa för konventionellt mjukt stål. Den styrkan gör att biltillverkare kan använda tunnare material för samma strukturella prestanda, vilket direkt stöder fordonets viktminskningsmål utan att offra krocksäkerheten.

Rollformningsprocess för fordon

Vid biltillverkning följer rullformningslinjen vanligtvis denna sekvens:

1. Spolmaterial lindas upp och matas kontinuerligt in i linjen, ofta med en utjämnare för att ta bort spolens krökning innan formning.
2. Remsan passerar genom en serie rullstationer, som var och en lägger till en liten böjning och formar gradvis den platta remsan till målprofilen - en hattkanal, ett rör eller en komplex struktur med flera böjningar.
3. In-line stansnings- eller hackstationer, om så krävs, skär monteringshål eller har utskärningar medan remsan fortfarande är platt eller delvis formad, eftersom stansning efter full formning är mycket svårare.
4. Den formade profilen passerar genom en avskärningspress som skär den till längd utan att stoppa linan, med hjälp av en flygande cutoff synkroniserad med linans hastighet.
5. Färdiga delar kan genomgå in-line eller sekundär svetsning, beläggning eller värmebehandling innan de sätts in för montering.

Denna kontinuerliga karaktär av stora volymer är det som gör rullformning särskilt väl lämpad för biltillverkning, där samma strukturella profil - dörrbalkar, stötfångarförstärkningar, takräcke eller sätesramkomponenter - kan behöva köras i tiotals eller hundratusentals linjära fot per år.

Rullformning vs stämpling

Rullformning och stansning formar båda platt stål till konstruktionsdelar, men de passar olika detaljgeometrier och produktionsprofiler.

Rullformning och stansning jämfört med produktion av strukturella fordonsdelar.

Specifikt för AHSS är rullformningens gradvisa, flerstationsböjning en stor fördel jämfört med stansningens single-hit-deformation, eftersom AHSS-kvaliteter i allmänhet har lägre töjning före brott och är mer känsliga för töjningshastigheten och spänningskoncentrationen som en stansform applicerar i en rörelse.

Rullformningsverktygsdesign för AHSS

Verktygsdesign för AHSS rullformning skiljer sig från mjukt stålverktyg på flera sätt, driven av de högre formningskrafterna och återfjädringen som materialet genererar:

• Fler formningsstationer — AHSS-profiler kräver vanligtvis ytterligare rullpassager jämfört med en likvärdig mjukstålprofil, vilket sprider böjvinkeln över fler steg för att minska belastningen per passage.
• Hårdare rullmaterial — Verktygsstålvalsar med slitstarka beläggningar eller härdade ytor krävs vanligtvis, eftersom AHSS påskyndar rullslitaget jämfört med mjukt stål.
• Ökade rullseparationskrafter — fräsramar, axlar och lager måste klassificeras för högre belastningar än en lina av mjukt stål, eftersom AHSS motstår deformation starkare vid varje station.
• Överböjningskompensation — Verktygsprofiler är vanligtvis utformade med beräknade överböjningsvinklar för att motverka återfjädring och träffa slutliga mål.

Springback i höghållfast stål

Återfjädring är tendensen hos formad metall att delvis återgå till sin ursprungliga plana form efter att formningskraften har avlägsnats, orsakad av den elastiska återhämtningsdelen av materialets deformation. Stål med högre hållfasthet har generellt en högre sträckgräns i förhållande till sin elasticitetsmodul, vilket innebär att en större del av den totala deformationen är elastisk (återställbar) snarare än plastisk (permanent) - så AHSS fjädrar tillbaka mer än mjukt stål böjt till samma vinkel.

Rullformningslinjer adresserar återfjädring i första hand genom överböjning: varje rullstation böjer materialet något förbi målvinkeln och förutser hur mycket det kommer att slappna av när det släpps. Den exakta överböjningsvinkeln bestäms vanligtvis genom en kombination av formningssimuleringsprogram och fysiska provkörningar, eftersom återfjädring varierar beroende på stålkvalitet, tjocklek och profilgeometri, och även små förändringar i spole-till-spole-materialegenskaper kan ändra mängden korrigering som behövs.