تکنولوژی جدید فرم‌دهی فلزات با روش Hot Stamping

تکنولوژی جدید فرم‌دهی فلزات با روش Hot Stamping  

 

  تکنولوژی جدید فرم‌دهی فلزات با روش Hot Stamping  

در سال‌های اخیر اندازه وسایل نقلیه و وزن آنها افزایش داشته که بخشی از آن نتیجه نصب قطعات الکترونیکی و عایق‌بندی صدا (صداگیر) و غیره بوده که ادامه آن مغایر با هدف کاهش مصرف سوخت بود. همزمان با آن خودروسازان استراتژی و سیاست‌های تبلیغاتی خود را که قبلا بر پایه عملکرد موتور بود، تغییر داده و بیشتر بر ایمنی وسایل نقلیه تمرکز کردند. افزایش تست سنجش استحکام برپایه Euro NCAP[1] در اروپا به کار گرفته شد و نیاز به توسعه در این حوزه افزایش یافت. به همین علت شرکت Sofedit فرانسه تحقیقات خود را در زمینه کاهش وزن بدنه خودروها، با استفاده از فولاد سخت شده آغاز کرد. از آنجا که استفاده از فولادهای با استحکام بسیار بالا برای شکل‌دهی و فرم‌پذیری قطعات پیچیده، کاری دشوار می‌نمود، استفاده از فولادهای مخصوص با قابلیت خود سخت شونده به عنوان راه‌حلی راه‌گشا، مورد توجه قرار گرفت.

تاریخ استفاده از Hot Stamping از فرانسه و سال 1999 با ساخت بازوی اتصال سپر خودرو رنو مدل لاگونا- که برنده پنج ستاره تست Euro Ncap شد- با استفاده از یک کوره و یک پرس نمونه‌سازی آغاز شد. متعاقب آن، با عقد قراردادهایی از سوی پژو به منظور ساخت بازوی سپر برای 607 و سیتروئن CS، این روش به عنوان یک نوآوری در خودروسازی مطرح شد. بعدها قطعات دیگر پرسی نظیر: بازوی سپر و تقویت ستون جلویی اتاق با شیوه Hot Stamping ساخته شد. از آن پس، شرکت Sofedit تصمیم به راه‌اندازی خط و توسعه و تعمیم این نوآوری و تکنولوژی گرفت.

فرایند و روش عمل

Sofedit از فولادهای خود سخت شونده با مشخصه 22Mnb5ALSi که دارای استحکام کششی 600Mpa بوده و در کوره‌هایی طویل با دمای 900 درجه سانتی‌گراد حرارت دیده و ساختار آستینیتی دارد، استفاده کرد. تنظیم ساختار و گرم کردن فولاد، این اطمینان را می‌دهد که نفوذ خوب و پوشش مناسب برای روی لایه‌های ماده، جهت‌ جلوگیری از دست دادن کربن صورت پذیرفته است. این پوشش، مواد را از خورد‌گی و سایش محافظت می‌کند.

در این روش، پس از فرایند حرارت‌دهی، ورق به سمت قالب و پرس هدایت می‌شود. ورق، درون قالب که دارای سیستم خنک‌کننده (در حدود 10 درجه سانتی‌گراد) است، تغییر شکل مورد نظر را یافته و ساختار فولاد، از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود و استحکام کششی آن به بیشتر از 1500 Mpa می‌رسد. دیگر عملیات قالب، مشابه شکل 1 ادامه پیدا می‌کند.

شکل 1

اتصال اجزا نیز به کمک فرایندهای جوشکاری (جوش‌نقطه‌ای، MAG welding، جوش لیزری) صورت می‌گیرد. سپس، قطعات با رنگ (غوطه‌وری- کاتودیک) پوشش داده می‌شوند.

یکی از مزایای اصلی این فرایند، یکنواختی و حفظ ژئومتری (شکل هندسی) قطعه است با اجرای این شیوه، هیچ نوع فشار داخلی که معمولاً در قالب‌های فرم که با روش سرد تولید می‌شوند و حالت دفرمگی در قطعه ایجاد می‌کنند، وجود ندارد. به همین دلیل contact surface‌های دقیقی برای اتصال قطعات به یکدیگر به‌وجود می‌آید. این تکنولوژی، برای قالب‌های تریم و پانچ نیز کاربرد داشته و به عنوان متد و روشی جدید در کنار قالب‌های سردکار، مطرح است.

کاربرد تکنولوژی Hot Stamping در خودرو

اطمینان از استحکام بالا در تصادفات بویژه ضربات به طرفین خودرو، سازندگان را به استفاده از Hot Stamping ترغیب کرده است. شکل 2 تا 6 نشان‌دهنده اجزای بدنه قابل تولید با این روش است. میزان تولید سالانه این فولاد، در حال حاضر 600 تن است که پیش‌بینی می‌شود به بیشتر از 150 هزار تن در سال 2008 برسد.

شرکت‌های رنو، پژو و سیتروئن اولین مشتریان Sofedit بودند. بعدها، شرکت‌های امریکایی و آلمانی نیز به آنها پیوستند.

شکل2

شکل3

شکل4

شکل5

شکل6

محصول/ فرایند تحقیق و توسعه

شرکت Sofedit برای بهبود جذب و انتقال ضربه به دیگر اجزای بدنه، راه‌حل‌های زیر را ارائه داده است:

1. استفاده از تیلوربلانک[2] (فلزات با گریدها و ضخامت‌های مختلف) به شکل 7 مراجعه شود.
2. استفاده از ورق‌های چندتکه[3] (چندین ورق با گریدها و ضخامت‌های مختلف) که با روش‌های نقطه‌جوش[4]، پرچ[5] و لیزر به هم متصل می‌شوند (شکل 8)
   
   

 شکل 7

شکل8

برای کاهش هزینه و بهبود روش، می‌توان از جوشکاری پیوسته نیز استفاده کرد (شکل 9)

شکل 9

استفاده از برجستگی‌های درون قطعه در خلال فرم‌دهی به منظور ازدیاد مقاومت قطعه (شکل 10)

شکل10

برای کم کردن وزن قطعه، سطوح تقویتی قطعه گسترش پیدا کرده است (شکل 11)

شکل 11

کانال گیربکس با نواحی تماس تقویت شده است (شکل 12)

شکل 12

برای بهتر شدن و سهولت فرایند طراحی، نرم‌افزار Hot Stamping نیز به بازار عرضه شده است. این نرم‌افزار، امکان مدنظر گرفتن خواص مکانیکی و ساختار مواد مختلف در خلال فرایند Hot Stamping و سرد کردن را به وجود آورده و می‌تواند به‌راحتی سطوح سخت شده و باریک شدن ورق را پیش‌بینی کند. استفاده از این نرم‌افزار در کاهش هزینه و زمان نیز موثر بوده است.

استفاده از کوره‌های هیبریدی که ترکیبی از روش گرم کردن ورق با روش القایی و سنتی است برای کاهش فضای مورد نیاز کوره، در نظر گرفته شد.

همچنین، از فلز روی که هدایت گرمایی بالایی دارد برای کاهش زمان فرایند استفاده می‌شود و امکان کوتاه شدن زمان Stop قطعات در روی پرس کمتر می‌گردد. نمای قالب در شکل 13 دیده می‌شود.

شکل 13

برای بهتر شدن و سهولت فرایند طراحی، نرم‌افزار Hot Stamping نیز به بازار عرضه شده است. این نرم‌افزار، امکان مدنظر گرفتن خواص مکانیکی و ساختار مواد مختلف در خلال فرایند Hot Stamping و سرد کردن را به وجود آورده و می‌تواند به‌راحتی سطوح سخت شده و باریک شدن ورق را پیش‌بینی کند. استفاده از این نرم‌افزار در کاهش هزینه و زمان نیز موثر بوده است.

استفاده از کوره‌های هیبریدی که ترکیبی از روش گرم کردن ورق با روش القایی و سنتی است برای کاهش فضای مورد نیاز کوره، در نظر گرفته شد.

همچنین، از فلز روی که هدایت گرمایی بالایی دارد برای کاهش زمان فرایند استفاده می‌شود و امکان کوتاه شدن زمان Stop قطعات در روی پرس کمتر می‌گردد. نمای قالب در شکل 13 دیده می‌شود.

شکل 13

---------------------------------

منبع:

Thyssenkrupp techforum [1].European New Car Assessment program [2]. Tailor blank [3]. Patchwork [4]. Spot welding [5]. Clinching