Linea di produzione per stampaggio a caldo ad alta velocità per acciaio ad altissima resistenza (alluminio)
Caratteristiche principali
La linea di produzione è progettata per ottimizzare il processo di produzione di componenti automobilistici attraverso l'applicazione della tecnologia di stampaggio a caldo. Questo processo, noto come stampaggio a caldo in Asia e tempra a pressione in Europa, prevede il riscaldamento del materiale grezzo a una temperatura specifica e la successiva pressatura negli stampi corrispondenti utilizzando la tecnologia della pressa idraulica, mantenendo la pressione per ottenere la forma desiderata e subire una trasformazione di fase del materiale metallico. La tecnica di stampaggio a caldo può essere classificata in metodi di stampaggio a caldo diretto e indiretto.
Vantaggi
Uno dei principali vantaggi dei componenti strutturali stampati a caldo è la loro eccellente formabilità, che consente la produzione di geometrie complesse con un'eccezionale resistenza alla trazione. L'elevata resistenza dei componenti stampati a caldo consente l'utilizzo di lamiere più sottili, riducendo il peso dei componenti e mantenendo al contempo l'integrità strutturale e le prestazioni in caso di impatto. Altri vantaggi includono:
Operazioni di giunzione ridotte:La tecnologia di stampaggio a caldo riduce la necessità di operazioni di saldatura o di fissaggio dei collegamenti, con conseguente miglioramento dell'efficienza e dell'integrità del prodotto.
Ritorno elastico e deformazione ridotti al minimo:Il processo di stampaggio a caldo riduce al minimo le deformazioni indesiderate, come il ritorno elastico e la deformazione dei pezzi, garantendo un'accurata precisione dimensionale e riducendo la necessità di ulteriori rilavorazioni.
Minori difetti delle parti:Rispetto ai metodi di stampaggio a freddo, i pezzi stampati a caldo presentano meno difetti, come crepe e spaccature, con conseguente miglioramento della qualità del prodotto e riduzione degli sprechi.
Tonnellaggio della pressa inferiore:Lo stampaggio a caldo riduce il tonnellaggio richiesto dalla pressa rispetto alle tecniche di stampaggio a freddo, con conseguente risparmio sui costi e aumento dell'efficienza produttiva.
Personalizzazione delle proprietà dei materiali:La tecnologia di stampaggio a caldo consente di personalizzare le proprietà dei materiali in base ad aree specifiche del pezzo, ottimizzandone prestazioni e funzionalità.
Miglioramenti microstrutturali avanzati:Lo stampaggio a caldo offre la possibilità di migliorare la microstruttura del materiale, migliorando le proprietà meccaniche e aumentando la durata del prodotto.
Fasi di produzione semplificate:Lo stampaggio a caldo elimina o riduce le fasi di produzione intermedie, semplificando il processo produttivo, aumentando la produttività e riducendo i tempi di consegna.
Applicazioni del prodotto
La linea di produzione ad alta velocità per stampaggio a caldo di acciaio ad alta resistenza (alluminio) trova ampia applicazione nella produzione di componenti di carrozzeria bianca per autoveicoli. Tra questi rientrano montanti, paraurti, traverse delle portiere e mancorrenti sul tetto utilizzati nelle autovetture. Inoltre, l'utilizzo di leghe avanzate, rese possibili dallo stampaggio a caldo, è sempre più esplorato in settori come l'aerospaziale, la difesa e i mercati emergenti. Queste leghe offrono i vantaggi di una maggiore resistenza e di un peso ridotto, difficilmente ottenibili con altri metodi di formatura.
In conclusione, la linea di produzione per stampaggio a caldo ad alta velocità in acciaio ad alta resistenza (alluminio) garantisce una produzione precisa ed efficiente di componenti di carrozzeria per autoveicoli dalle forme complesse. Grazie a una formabilità superiore, a operazioni di giunzione ridotte, a difetti minimizzati e a proprietà dei materiali migliorate, questa linea di produzione offre numerosi vantaggi. Le sue applicazioni si estendono alla produzione di componenti di carrozzeria per veicoli passeggeri e offrono potenziali vantaggi nei settori aerospaziale, della difesa e nei mercati emergenti. Investite nella linea di produzione per stampaggio a caldo ad alta velocità in acciaio ad alta resistenza (alluminio) per ottenere prestazioni eccezionali, produttività e vantaggi di design leggero nel settore automobilistico e in quelli correlati.
Cos'è la stampa a caldo?
Lo stampaggio a caldo, noto anche come tempra a pressione in Europa e formatura a caldo in Asia, è un metodo di formatura dei materiali in cui un pezzo grezzo viene riscaldato a una determinata temperatura e quindi stampato e temprato sotto pressione nello stampo corrispondente per ottenere la forma desiderata e indurre una trasformazione di fase nel materiale metallico. La tecnologia di stampaggio a caldo prevede il riscaldamento di lamiere di acciaio al boro (con resistenza iniziale di 500-700 MPa) fino allo stato di austenitizzazione, il loro rapido trasferimento nello stampo per lo stampaggio ad alta velocità e la tempra del pezzo all'interno dello stampo a una velocità di raffreddamento superiore a 27 °C/s, seguita da un periodo di mantenimento sotto pressione, per ottenere componenti in acciaio ad altissima resistenza con struttura martensitica uniforme.
I vantaggi della stampa a caldo
Maggiore resistenza alla trazione e capacità di formare geometrie complesse.
Riduzione del peso dei componenti mediante l'utilizzo di lamiere più sottili, mantenendo al contempo l'integrità strutturale e le prestazioni in caso di impatto.
Minore necessità di operazioni di unione come saldatura o fissaggio.
Ritorno elastico e deformazione delle parti ridotti al minimo.
Minori difetti dei componenti, come crepe e spaccature.
Rispetto allo stampaggio a freddo, sono richiesti tonnellaggi di pressatura inferiori.
Possibilità di personalizzare le proprietà dei materiali in base a zone specifiche delle parti.
Microstrutture migliorate per prestazioni migliori.
Processo di produzione semplificato con meno passaggi operativi per ottenere un prodotto finito.
Questi vantaggi contribuiscono all'efficienza complessiva, alla qualità e alle prestazioni dei componenti strutturali stampati a caldo.
Maggiori dettagli sulla stampa a caldo
1. Stampa a caldo vs stampa a freddo
Lo stampaggio a caldo è un processo di formatura che viene eseguito dopo aver preriscaldato la lamiera di acciaio, mentre lo stampaggio a freddo si riferisce allo stampaggio diretto della lamiera di acciaio senza preriscaldamento.
Lo stampaggio a freddo presenta chiari vantaggi rispetto allo stampaggio a caldo. Tuttavia, presenta anche alcuni svantaggi. A causa delle maggiori sollecitazioni indotte dal processo di stampaggio a freddo rispetto allo stampaggio a caldo, i prodotti stampati a freddo sono più soggetti a cricche e spaccature. Pertanto, per lo stampaggio a freddo sono necessarie attrezzature di precisione.
Lo stampaggio a caldo prevede il riscaldamento della lamiera d'acciaio ad alte temperature prima dello stampaggio e la contemporanea tempra nello stampo. Questo porta a una completa trasformazione della microstruttura dell'acciaio in martensite, con conseguente elevata resistenza, che va da 1500 a 2000 MPa. Di conseguenza, i prodotti stampati a caldo presentano una maggiore resistenza rispetto a quelli stampati a freddo.
2. Flusso del processo di stampaggio a caldo
Lo stampaggio a caldo, noto anche come "tempra a pressione", prevede il riscaldamento di una lamiera ad alta resistenza con una resistenza iniziale di 500-600 MPa a temperature comprese tra 880 e 950 °C. La lamiera riscaldata viene quindi rapidamente stampata e temprata nello stampo, raggiungendo velocità di raffreddamento di 20-300 °C/s. La trasformazione dell'austenite in martensite durante la tempra aumenta significativamente la resistenza del componente, consentendo la produzione di parti stampate con resistenze fino a 1500 MPa. Le tecniche di stampaggio a caldo possono essere classificate in due categorie: stampaggio a caldo diretto e stampaggio a caldo indiretto.
Nello stampaggio a caldo diretto, il pezzo grezzo preriscaldato viene inserito direttamente in uno stampo chiuso per la stampa e la tempra. I processi successivi includono il raffreddamento, la rifilatura dei bordi e la punzonatura (o il taglio laser) e la pulizia della superficie.
Figura 1: modalità di elaborazione della stampa a caldo - stampa a caldo diretta
Nel processo di stampaggio a caldo indiretto, la fase di preformatura a freddo viene eseguita prima di passare alle fasi di riscaldamento, stampaggio a caldo, rifinitura dei bordi, punzonatura e pulizia della superficie.
La principale differenza tra i processi di stampaggio a caldo indiretto e diretto risiede nell'inclusione della fase di preformatura a freddo prima del riscaldamento nel metodo indiretto. Nello stampaggio a caldo diretto, la lamiera viene alimentata direttamente nel forno di riscaldamento, mentre nello stampaggio a caldo indiretto, il componente preformato e formato a freddo viene inviato al forno di riscaldamento.
Il flusso del processo di stampaggio a caldo indiretto prevede in genere i seguenti passaggi:
Preformatura a freddo - Riscaldamento - Stampaggio a caldo - Rifilatura dei bordi e punzonatura - Pulizia delle superfici
Fiture2: modalità di elaborazione della stampa a caldo - stampa a caldo indiretta
3. L'attrezzatura principale per lo stampaggio a caldo comprende un forno di riscaldamento, una pressa per stampaggio a caldo e stampi per stampaggio a caldo
Forno di riscaldamento:
Il forno di riscaldo è dotato di funzionalità di riscaldamento e controllo della temperatura. È in grado di riscaldare piastre ad alta resistenza alla temperatura di ricristallizzazione entro un tempo specificato, raggiungendo lo stato austenitico. Deve essere in grado di adattarsi ai requisiti di produzione continua automatizzata su larga scala. Poiché la billetta riscaldata può essere gestita solo da robot o bracci meccanici, il forno richiede un carico e uno scarico automatizzati con un'elevata precisione di posizionamento. Inoltre, quando si riscaldano piastre di acciaio non rivestite, deve fornire una protezione a gas per prevenire l'ossidazione superficiale e la decarbonizzazione della billetta.
Pressa per stampaggio a caldo:
La pressa è il cuore della tecnologia di stampaggio a caldo. Deve essere in grado di stampare e trattenere rapidamente i pezzi, oltre a essere dotata di un sistema di raffreddamento rapido. La complessità tecnica delle presse per stampaggio a caldo supera di gran lunga quella delle presse per stampaggio a freddo convenzionali. Attualmente, solo poche aziende straniere hanno padroneggiato la progettazione e la tecnologia di produzione di tali presse, e dipendono tutte dalle importazioni, il che le rende costose.
Stampi per stampaggio a caldo:
Gli stampi per stampaggio a caldo eseguono sia la fase di formatura che quella di tempra. Nella fase di formatura, una volta che la billetta è stata inserita nella cavità dello stampo, quest'ultimo completa rapidamente il processo di stampaggio per garantire il completamento della formazione del pezzo prima che il materiale subisca la trasformazione di fase martensitica. Successivamente, entra nella fase di tempra e raffreddamento, dove il calore del pezzo all'interno dello stampo viene trasferito continuamente allo stampo. I tubi di raffreddamento disposti all'interno dello stampo assorbono istantaneamente il calore attraverso il fluido refrigerante che scorre. La trasformazione martensitico-austenitica inizia quando la temperatura del pezzo scende a 425 °C. La trasformazione tra martensite e austenite termina quando la temperatura raggiunge i 280 °C e il pezzo viene estratto a 200 °C. Il ruolo del supporto dello stampo è quello di impedire dilatazioni e contrazioni termiche irregolari durante il processo di tempra, che potrebbero causare variazioni significative nella forma e nelle dimensioni del pezzo, con conseguente produzione di scarti. Inoltre, migliora l'efficienza del trasferimento termico tra il pezzo e lo stampo, favorendo una tempra e un raffreddamento rapidi.
Riassumendo, l'attrezzatura principale per lo stampaggio a caldo comprende un forno di riscaldamento per raggiungere la temperatura desiderata, una pressa per stampaggio a caldo per uno stampaggio e un mantenimento rapidi con un sistema di raffreddamento rapido e stampi per stampaggio a caldo che eseguono sia la fase di formatura che di tempra per garantire una corretta formazione del pezzo e un raffreddamento efficiente.
La velocità di raffreddamento temprato non influisce solo sul tempo di produzione, ma anche sull'efficienza di conversione tra austenite e martensite. La velocità di raffreddamento determina il tipo di struttura cristallina che si formerà ed è correlata all'effetto di tempra finale del pezzo. La temperatura critica di raffreddamento dell'acciaio al boro è di circa 30 °C/s e solo quando la velocità di raffreddamento supera la temperatura critica di raffreddamento la formazione di una struttura martensitica può essere promossa al massimo. Quando la velocità di raffreddamento è inferiore alla velocità critica di raffreddamento, nella struttura di cristallizzazione del pezzo compariranno strutture non martensitiche come la bainite. Tuttavia, maggiore è la velocità di raffreddamento, migliore è la qualità, maggiore sarà la probabilità che si formino cricche nei pezzi formati, pertanto è necessario determinare l'intervallo di velocità di raffreddamento ragionevole in base alla composizione del materiale e alle condizioni di processo dei pezzi.
Poiché la progettazione del tubo di raffreddamento è direttamente correlata alla velocità di raffreddamento, il tubo di raffreddamento viene generalmente progettato in base alla massima efficienza di trasferimento del calore, quindi la direzione del tubo di raffreddamento progettato risulta più complessa e difficile da ottenere mediante foratura meccanica dopo il completamento della fusione in stampo. Per evitare limitazioni dovute alla lavorazione meccanica, si sceglie generalmente il metodo di riservare i canali per l'acqua prima della fusione in stampo.
Poiché lavora a lungo a temperature comprese tra 200°C e 880~950°C in condizioni di forte alternanza di caldo e freddo, il materiale dello stampo per stampaggio a caldo deve possedere una buona rigidità strutturale e conduttività termica, e resistere al forte attrito termico generato dal pezzo ad alta temperatura e all'usura abrasiva causata dalla caduta di particelle dello strato di ossido. Inoltre, il materiale dello stampo deve anche presentare una buona resistenza alla corrosione del refrigerante per garantire un flusso regolare del tubo di raffreddamento.
Rifinitura e piercing
Poiché la resistenza dei pezzi dopo lo stampaggio a caldo raggiunge circa 1500 MPa, se si utilizzano la pressatura e la punzonatura, il tonnellaggio richiesto per le attrezzature è maggiore e l'usura del tagliente della fustella è notevole. Pertanto, le unità di taglio laser vengono spesso utilizzate per tagliare bordi e forare.
4. Gradi comuni di acciaio per stampaggio a caldo
Prestazioni prima della timbratura
Prestazioni dopo la timbratura
Attualmente, il grado comune di acciaio per stampaggio a caldo è B1500HS. La resistenza alla trazione prima dello stampaggio è generalmente compresa tra 480 e 800 MPa, mentre dopo lo stampaggio può raggiungere i 1300-1700 MPa. Ciò significa che la resistenza alla trazione di una lamiera d'acciaio da 480 a 800 MPa, ottenuta tramite stampaggio a caldo, può raggiungere una resistenza alla trazione di circa 1300-1700 MPa.
5. L'uso dell'acciaio per stampaggio a caldo
L'applicazione di componenti stampati a caldo può migliorare significativamente la sicurezza in caso di collisione e consentire la leggerezza della carrozzeria bianca. Attualmente, la tecnologia di stampaggio a caldo è stata applicata alle parti bianche della carrozzeria delle autovetture, come il telaio, il montante anteriore, il montante centrale, il paraurti, la traversa della portiera, il longherone sul tetto e altre parti. Si veda la figura 3 sottostante per un esempio di componenti adatti alla riduzione del peso.
figura 3: Componenti del corpo bianco adatti alla stampa a caldo
Fig. 4: linea di pressatura a caldo Jiangdong Machinery da 1200 tonnellate
Attualmente, le soluzioni per linee di produzione di presse idrauliche per stampaggio a caldo di JIANGDONG MACHINERY sono molto mature e stabili, nel campo dello stampaggio a caldo in Cina appartengono al livello leader e, in qualità di vicepresidente della divisione macchinari per forgiatura della China Machine Tool Association e di unità membro del China Forging Machinery Standardization Committee, abbiamo anche intrapreso il lavoro di ricerca e applicazione dello stampaggio a caldo ad altissima velocità a livello nazionale di acciaio e alluminio, che ha svolto un ruolo enorme nel promuovere lo sviluppo del settore dello stampaggio a caldo in Cina e persino nel mondo.
