Linha de produção de estampagem a quente de alta velocidade para aço de ultra-alta resistência (alumínio)
Principais características
A linha de produção foi projetada para otimizar o processo de fabricação de peças automotivas por meio da aplicação da tecnologia de estampagem a quente. Esse processo, conhecido como estampagem a quente na Ásia e endurecimento por prensagem na Europa, envolve o aquecimento do material bruto a uma temperatura específica e a prensagem em moldes correspondentes, utilizando tecnologia de prensa hidráulica, mantendo a pressão para atingir o formato desejado e passar por uma transformação de fase do material metálico. A técnica de estampagem a quente pode ser classificada em métodos de estampagem direta e indireta.
Vantagens
Uma das principais vantagens dos componentes estruturais estampados a quente é sua excelente conformabilidade, que permite a produção de geometrias complexas com excepcional resistência à tração. A alta resistência das peças estampadas a quente permite o uso de chapas metálicas mais finas, reduzindo o peso dos componentes e mantendo a integridade estrutural e o desempenho em colisões. Outras vantagens incluem:
Operações de junção reduzidas:A tecnologia de estampagem a quente reduz a necessidade de operações de soldagem ou de conexão de fixação, resultando em maior eficiência e integridade do produto aprimorada.
Retorno elástico e empenamento minimizados:O processo de estampagem a quente minimiza deformações indesejadas, como retorno elástico e empenamento da peça, garantindo precisão dimensional precisa e reduzindo a necessidade de retrabalho adicional.
Menos defeitos de peças:Peças estampadas a quente apresentam menos defeitos, como rachaduras e rachaduras, em comparação aos métodos de conformação a frio, resultando em melhor qualidade do produto e redução de desperdício.
Tonelagem de prensa inferior:A estampagem a quente reduz a tonelagem de prensa necessária em comparação às técnicas de conformação a frio, o que leva à economia de custos e ao aumento da eficiência da produção.
Personalização das propriedades do material:A tecnologia de estampagem a quente permite a personalização das propriedades do material com base em áreas específicas da peça, otimizando o desempenho e a funcionalidade.
Melhorias microestruturais aprimoradas:A estampagem a quente oferece a capacidade de melhorar a microestrutura do material, resultando em melhores propriedades mecânicas e maior durabilidade do produto.
Etapas de produção simplificadas:A estampagem a quente elimina ou reduz etapas intermediárias de fabricação, resultando em um processo de produção simplificado, maior produtividade e prazos de entrega mais curtos.
Aplicações do produto
A Linha de Produção de Estampagem a Quente de Alta Velocidade de Aço de Alta Resistência (Alumínio) encontra ampla aplicação na fabricação de peças automotivas brancas para carrocerias. Isso inclui conjuntos de pilares, para-choques, longarinas de portas e conjuntos de trilhos de teto usados em veículos de passeio. Além disso, o uso de ligas avançadas possibilitadas pela estampagem a quente está sendo cada vez mais explorado em indústrias como aeroespacial, defesa e mercados emergentes. Essas ligas oferecem as vantagens de maior resistência e menor peso, difíceis de serem obtidas por meio de outros métodos de conformação.
Em conclusão, a Linha de Produção de Estampagem a Quente de Alta Velocidade de Aço de Alta Resistência (Alumínio) garante a produção precisa e eficiente de peças de carroceria automotivas com formatos complexos. Com conformabilidade superior, operações de junção reduzidas, defeitos minimizados e propriedades aprimoradas do material, esta linha de produção oferece inúmeras vantagens. Suas aplicações se estendem à fabricação de peças de carroceria brancas para veículos de passeio e oferecem benefícios potenciais nos setores aeroespacial, de defesa e mercados emergentes. Invista na Linha de Produção de Estampagem a Quente de Alta Velocidade de Aço de Alta Resistência (Alumínio) para obter excelentes vantagens em desempenho, produtividade e design leve nas indústrias automotiva e afins.
O que é hot stamping?
A estampagem a quente, também conhecida como endurecimento por prensagem na Europa e conformação por prensagem a quente na Ásia, é um método de conformação de materiais em que uma peça bruta é aquecida a uma determinada temperatura e, em seguida, estampada e temperada sob pressão na matriz correspondente para atingir o formato desejado e induzir uma transformação de fase no material metálico. A tecnologia de estampagem a quente envolve o aquecimento de chapas de aço ao boro (com resistência inicial de 500-700 MPa) até o estado austenitizante, transferindo-as rapidamente para a matriz para estampagem em alta velocidade e temperando a peça dentro da matriz a uma taxa de resfriamento superior a 27 °C/s, seguida por um período de manutenção sob pressão, para obter componentes de aço de ultra-alta resistência com estrutura martensítica uniforme.
As vantagens da estampagem a quente
Maior resistência à tração e capacidade de formar geometrias complexas.
Peso reduzido dos componentes através do uso de chapas metálicas mais finas, mantendo a integridade estrutural e o desempenho em colisões.
Menor necessidade de operações de união, como soldagem ou fixação.
Retorno elástico e empenamento minimizados.
Menos defeitos nas peças, como rachaduras e rachaduras.
Menores exigências de tonelagem de prensagem em comparação à conformação a frio.
Capacidade de adaptar propriedades de materiais com base em zonas específicas de peças.
Microestruturas aprimoradas para melhor desempenho.
Processo de fabricação simplificado com menos etapas operacionais para obter um produto acabado.
Essas vantagens contribuem para a eficiência geral, qualidade e desempenho dos componentes estruturais estampados a quente.
Mais detalhes sobre hot stamping
1. Estampagem a quente vs. Estampagem a frio
A estampagem a quente é um processo de conformação realizado após o pré-aquecimento da chapa de aço, enquanto a estampagem a frio se refere à estampagem direta da chapa de aço sem pré-aquecimento.
A estampagem a frio apresenta vantagens claras sobre a estampagem a quente. No entanto, também apresenta algumas desvantagens. Devido às maiores tensões induzidas pelo processo de estampagem a frio em comparação com a estampagem a quente, os produtos estampados a frio são mais suscetíveis a rachaduras e fissuras. Portanto, equipamentos de estampagem precisos são necessários para a estampagem a frio.
A estampagem a quente envolve o aquecimento da chapa de aço a altas temperaturas antes da estampagem e, simultaneamente, a têmpera na matriz. Isso leva a uma transformação completa da microestrutura do aço em martensita, resultando em alta resistência mecânica, variando de 1500 a 2000 MPa. Consequentemente, os produtos estampados a quente apresentam maior resistência mecânica em comparação aos produtos estampados a frio.
2. Fluxo do processo de estampagem a quente
A estampagem a quente, também conhecida como "endurecimento por prensagem", envolve o aquecimento de uma chapa de alta resistência com resistência inicial de 500 a 600 MPa a temperaturas entre 880 e 950 °C. A chapa aquecida é então rapidamente estampada e temperada na matriz, atingindo taxas de resfriamento de 20 a 300 °C/s. A transformação da austenita em martensita durante a têmpera aumenta significativamente a resistência do componente, permitindo a produção de peças estampadas com resistências de até 1500 MPa. As técnicas de estampagem a quente podem ser classificadas em duas categorias: estampagem a quente direta e estampagem a quente indireta:
Na estampagem direta a quente, a peça bruta pré-aquecida é alimentada diretamente em uma matriz fechada para estampagem e têmpera. Os processos subsequentes incluem resfriamento, aparagem de bordas e perfuração (ou corte a laser) e limpeza da superfície.
Fiture1: modo de processamento de estampagem a quente - estampagem a quente direta
No processo de estampagem a quente indireta, a etapa de pré-moldagem por conformação a frio é realizada antes de entrar nas etapas de aquecimento, estampagem a quente, corte de bordas, perfuração e limpeza de superfície.
A principal diferença entre os processos de estampagem a quente indireta e direta reside na inclusão da etapa de pré-moldagem a frio antes do aquecimento no método indireto. Na estampagem a quente direta, a chapa metálica é alimentada diretamente no forno de aquecimento, enquanto na estampagem a quente indireta, o componente pré-moldado formado a frio é enviado ao forno de aquecimento.
O fluxo do processo de estampagem a quente indireta normalmente envolve as seguintes etapas:
Pré-moldagem por conformação a frio - Aquecimento - Estampagem a quente - Corte de bordas e perfuração - Limpeza de superfícies
Fiture2: modo de processamento de estampagem a quente - estampagem a quente indireta
3. O equipamento principal para estampagem a quente inclui um forno de aquecimento, uma prensa de conformação a quente e moldes de estampagem a quente
Forno de aquecimento:
O forno de aquecimento é equipado com recursos de controle de temperatura e aquecimento. Ele é capaz de aquecer chapas de alta resistência à temperatura de recristalização dentro de um tempo especificado, atingindo um estado austenítico. Ele precisa ser capaz de se adaptar aos requisitos de produção contínua automatizada em larga escala. Como o tarugo aquecido só pode ser manuseado por robôs ou braços mecânicos, o forno requer carga e descarga automatizadas com alta precisão de posicionamento. Além disso, ao aquecer chapas de aço sem revestimento, ele deve fornecer proteção contra gases para evitar a oxidação da superfície e a descarbonização do tarugo.
Prensa de conformação a quente:
A prensa é o núcleo da tecnologia de estampagem a quente. Ela precisa ter capacidade para estampagem e fixação rápidas, além de ser equipada com um sistema de resfriamento rápido. A complexidade técnica das prensas de conformação a quente excede em muito a das prensas de estampagem a frio convencionais. Atualmente, apenas algumas empresas estrangeiras dominam a tecnologia de projeto e fabricação dessas prensas, e todas dependem de importações, o que as torna caras.
Moldes de estampagem a quente:
Os moldes de estampagem a quente realizam as etapas de conformação e têmpera. Na etapa de conformação, após a entrada do tarugo na cavidade do molde, o molde conclui rapidamente o processo de estampagem para garantir a conclusão da formação da peça antes que o material passe pela transformação da fase martensítica. Em seguida, ele entra na etapa de têmpera e resfriamento, onde o calor da peça dentro do molde é continuamente transferido para o molde. Tubos de resfriamento dispostos dentro do molde removem o calor instantaneamente através do fluido refrigerante. A transformação martensítica-austenítica começa quando a temperatura da peça cai para 425 °C. A transformação entre martensita e austenita termina quando a temperatura atinge 280 °C e a peça é retirada a 200 °C. A função da fixação do molde é evitar expansão e contração térmicas irregulares durante o processo de têmpera, o que pode resultar em alterações significativas na forma e nas dimensões da peça, levando ao refugo. Além disso, aumenta a eficiência da transferência térmica entre a peça e o molde, promovendo têmpera e resfriamento rápidos.
Em resumo, o equipamento principal para estampagem a quente inclui um forno de aquecimento para atingir a temperatura desejada, uma prensa de conformação a quente para estampagem e fixação rápidas com um sistema de resfriamento rápido e moldes de estampagem a quente que realizam as etapas de conformação e têmpera para garantir a formação adequada da peça e o resfriamento eficiente.
A velocidade de resfriamento por têmpera não afeta apenas o tempo de produção, mas também a eficiência da conversão entre austenita e martensita. A taxa de resfriamento determina o tipo de estrutura cristalina formada e está relacionada ao efeito de endurecimento final da peça. A temperatura crítica de resfriamento do aço ao boro é de cerca de 30°C/s, e somente quando a taxa de resfriamento excede a temperatura crítica de resfriamento é que a formação da estrutura martensítica pode ser promovida ao máximo. Quando a taxa de resfriamento é menor que a taxa crítica de resfriamento, estruturas não martensíticas, como a bainita, aparecerão na estrutura de cristalização da peça. No entanto, quanto maior a taxa de resfriamento, melhor; quanto maior a taxa de resfriamento, maior a probabilidade de rachaduras nas peças moldadas, e a faixa razoável de taxas de resfriamento precisa ser determinada de acordo com a composição do material e as condições do processo das peças.
Como o projeto do tubo de resfriamento está diretamente relacionado ao tamanho da velocidade de resfriamento, o tubo de resfriamento é geralmente projetado com base na máxima eficiência de transferência de calor, de modo que a direção do tubo de resfriamento projetado é mais complexa e difícil de ser obtida por perfuração mecânica após a conclusão da fundição do molde. Para evitar restrições devido ao processamento mecânico, geralmente é escolhido o método de reserva de canais de água antes da fundição do molde.
Por operar por um longo período de 200°C a 880~950°C sob condições severas de alternância de frio e calor, o material da matriz de estampagem a quente deve apresentar boa rigidez estrutural e condutividade térmica, além de resistir ao forte atrito térmico gerado pelo tarugo em altas temperaturas e ao desgaste abrasivo causado pelas partículas da camada de óxido que caem. Além disso, o material do molde também deve apresentar boa resistência à corrosão do líquido de arrefecimento para garantir o fluxo suave do tubo de arrefecimento.
Aparar e furar
Como a resistência das peças após a estampagem a quente atinge cerca de 1500 MPa, ao utilizar corte por prensa e puncionamento, a tonelagem necessária do equipamento é maior e o desgaste da aresta de corte é severo. Portanto, unidades de corte a laser são frequentemente utilizadas para cortar arestas e furos.
4. Graus comuns de aço para estampagem a quente
Desempenho antes da estampagem
Desempenho após a estampagem
Atualmente, o aço para estampagem a quente mais comum é o B1500HS. A resistência à tração antes da estampagem é geralmente entre 480 e 800 MPa, e após a estampagem, pode atingir 1300 e 1700 MPa. Ou seja, a resistência à tração de chapas de aço de 480 e 800 MPa, por meio da conformação por estampagem a quente, pode atingir a resistência à tração de peças com cerca de 1300 e 1700 MPa.
5. O uso de aço estampado a quente
A aplicação de peças estampadas a quente pode melhorar significativamente a segurança em colisões de automóveis e garantir a leveza da carroceria na cor branca. Atualmente, a tecnologia de estampagem a quente tem sido aplicada às peças brancas da carroceria de automóveis de passeio, como o carro, a coluna A, a coluna B, o para-choque, a viga da porta e o trilho do teto, entre outras peças. Veja a Figura 3 abaixo para exemplos de peças adequadas para a redução de peso.
Figura 3: Componentes do corpo branco adequados para estampagem a quente
Fig. 4: Linha de prensa de estampagem a quente de 1200 toneladas da Jiangdong Machinery
Atualmente, as soluções de linha de produção de prensas hidráulicas de estampagem a quente da JIANGDONG MACHINERY são muito maduras e estáveis. O campo de conformação por estampagem a quente da China está entre os líderes, e como vice-presidente da unidade de máquinas de forjamento da Associação de Máquinas-Ferramentas da China, bem como unidades membros do Comitê de Padronização de Máquinas de Forjamento da China, também realizamos pesquisas e trabalhos de aplicação da estampagem a quente de super alta velocidade nacional de aço e alumínio, o que desempenhou um papel importante na promoção do desenvolvimento da indústria de estampagem a quente na China e até mesmo no mundo.
