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 têmpera por prensagem na Europa, consiste em aquecer o material bruto a uma temperatura específica e, em seguida, prensá-lo em moldes correspondentes utilizando tecnologia de prensa hidráulica, mantendo a pressão para obter a forma desejada e sofrer uma transformação de fase do material metálico. A técnica de estampagem a quente pode ser classificada em métodos de estampagem a quente direta e indireta.
Vantagens
Uma das principais vantagens dos componentes estruturais estampados a quente é a sua excelente conformabilidade, que permite a produção de geometrias complexas com excepcional resistência à tração. A alta resistência das peças estampadas a quente possibilita o uso de chapas metálicas mais finas, reduzindo o peso dos componentes, 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 soldagem ou operações de fixação, resultando em maior eficiência e integridade do produto.
Retorno elástico e empenamento minimizados:O processo de estampagem a quente minimiza deformações indesejáveis, como o retorno elástico e o empenamento da peça, garantindo precisão dimensional e reduzindo a necessidade de retrabalho.
Menos defeitos nas peças:As peças estampadas a quente apresentam menos defeitos, como rachaduras e fissuras, em comparação com os métodos de conformação a frio, resultando em melhor qualidade do produto e redução do desperdício.
Tonelagem da prensa inferior:A estampagem a quente reduz a tonelagem necessária da prensa em comparação com as técnicas de conformação a frio, resultando em economia de custos e 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 em aço de alta resistência (alumínio) encontra ampla aplicação na fabricação de peças de carroceria automotiva. Isso inclui conjuntos de colunas, para-choques, vigas de portas e conjuntos de trilhos de teto usados em veículos de passeio. Além disso, o uso de ligas avançadas possibilitado pela estampagem a quente está sendo cada vez mais explorado em setores como o aeroespacial, de defesa e em mercados emergentes. Essas ligas oferecem as vantagens de maior resistência e menor peso, difíceis de alcançar por outros métodos de conformação.
Em resumo, a Linha de Produção de Estampagem a Quente de Alta Velocidade em Aço de Alta Resistência (Alumínio) garante a produção precisa e eficiente de peças de carroceria automotiva com formatos complexos. Com excelente conformabilidade, redução das operações de junção, minimização de defeitos e propriedades aprimoradas do material, esta linha de produção oferece inúmeras vantagens. Suas aplicações se estendem à fabricação de peças de carroceria para veículos de passeio e oferecem benefícios potenciais nos setores aeroespacial, de defesa e em mercados emergentes. Invista na Linha de Produção de Estampagem a Quente de Alta Velocidade em Aço de Alta Resistência (Alumínio) para alcançar desempenho excepcional, produtividade e vantagens de design leve na indústria automotiva e setores afins.
O que é estampagem a quente?
A estampagem a quente, também conhecida como têmpera por prensagem na Europa e conformação por prensagem a quente na Ásia, é um método de conformação de materiais no qual uma chapa é aquecida a uma determinada temperatura e, em seguida, estampada e resfriada sob pressão em uma matriz apropriada para obter a forma desejada e induzir uma transformação de fase no material metálico. A tecnologia de estampagem a quente envolve o aquecimento de chapas de aço boro (com resistência inicial de 500-700 MPa) até o estado austenitizado, a transferência rápida para a matriz para estampagem em alta velocidade e o resfriamento da peça dentro da matriz a uma taxa superior a 27 °C/s, seguido 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.
Redução do peso dos componentes através da utilização de chapas metálicas mais finas, mantendo a integridade estrutural e o desempenho em colisões.
Diminuição da necessidade de operações de união, como soldagem ou fixação.
Retorno elástico e deformação das peças minimizados.
Menos defeitos nas peças, como rachaduras e fissuras.
Requisitos de tonelagem de prensagem mais baixos em comparação com a conformação a frio.
Capacidade de adaptar as propriedades do material com base em zonas específicas da peça.
Microestruturas aprimoradas para melhor desempenho.
Processo de fabricação simplificado com menos etapas operacionais para obter um produto final.
Essas vantagens contribuem para a eficiência, qualidade e desempenho geral dos componentes estruturais estampados a quente.
Mais detalhes sobre estampagem a quente
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 refere-se à estampagem direta da chapa de aço sem pré-aquecimento.
A estampagem a frio apresenta vantagens claras em relação à 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 fissuras e rachaduras. Portanto, são necessários equipamentos de estampagem de alta precisão para a estampagem a frio.
A estampagem a quente envolve o aquecimento da chapa de aço a altas temperaturas antes da estampagem e o resfriamento simultâneo na matriz. Isso leva a uma transformação completa da microestrutura do aço em martensita, resultando em alta resistência, variando de 1500 a 2000 MPa. Consequentemente, os produtos estampados a quente apresentam maior resistência em comparação com os produtos estampados a frio.
2. Fluxograma 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 500-600 MPa, a temperaturas entre 880 e 950 °C. A chapa aquecida é então rapidamente estampada e resfriada na matriz, atingindo taxas de resfriamento de 20-300 °C/s. A transformação da austenita em martensita durante o resfriamento 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 a quente direta, a chapa pré-aquecida é alimentada diretamente em uma matriz fechada para estampagem e têmpera. Os processos subsequentes incluem resfriamento, corte das bordas e perfuração (ou corte a laser), além da limpeza da superfície.
Recurso 1: modo de processamento de estampagem a quente - estampagem a quente direta
No processo de estampagem a quente indireta, a etapa de pré-conformação a frio é realizada antes das etapas de aquecimento, estampagem a quente, corte de bordas, perfuração e limpeza da superfície.
A principal diferença entre os processos de estampagem a quente indireta e direta reside na inclusão da etapa de pré-conformação 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-conformado a frio é enviado para o forno de aquecimento.
O fluxo do processo de estampagem a quente indireta normalmente envolve as seguintes etapas:
Conformação a frio e pré-moldagem -- Aquecimento -- Estampagem a quente -- Corte de bordas e perfuração -- Limpeza de superfície
Recurso 2: modo de processamento de estampagem a quente - estampagem a quente indireta
3. Os principais equipamentos para estampagem a quente incluem um forno de aquecimento, uma prensa de conformação a quente e moldes de estampagem a quente.
Forno de aquecimento:
O forno de aquecimento está equipado com recursos de aquecimento e controle de temperatura. Ele é capaz de aquecer chapas de alta resistência até a temperatura de recristalização dentro de um tempo especificado, atingindo o estado austenítico. Necessita ser adaptável 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 carregamento e descarregamento automatizados com alta precisão de posicionamento. Além disso, ao aquecer chapas de aço sem revestimento, deve fornecer proteção gasosa para evitar a oxidação superficial 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 de estampagem e retenção rápidas, além de ser equipada com um sistema de resfriamento veloz. A complexidade técnica das prensas de estampagem a quente supera 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 para estampagem a quente:
Os moldes de estampagem a quente realizam as etapas de conformação e têmpera. Na etapa de conformação, assim que o tarugo é alimentado na cavidade do molde, este completa rapidamente o processo de estampagem para garantir a formação da peça antes que o material sofra a transformação martensítica. Em seguida, 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 instantaneamente o calor através do fluido refrigerante em circulação. 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 do molde é evitar a expansão e contração térmica desiguais durante o processo de têmpera, o que poderia resultar em alterações significativas na forma e dimensões da peça, levando ao descarte. Além disso, o molde aumenta a eficiência da transferência térmica entre a peça e o molde, promovendo uma 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 de conversão entre austenita e martensita. A taxa de resfriamento determina o tipo de estrutura cristalina que será formada e está relacionada ao efeito de endurecimento final da peça. A temperatura crítica de resfriamento do aço boro é de aproximadamente 30 °C/s, e somente quando a taxa de resfriamento excede essa temperatura crítica é que a formação da estrutura martensítica é promovida ao máximo. Quando a taxa de resfriamento é inferior à taxa crítica, estruturas não martensíticas, como a bainita, podem aparecer na estrutura de cristalização da peça. No entanto, quanto maior a taxa de resfriamento, melhor; porém, uma taxa de resfriamento excessivamente alta pode levar ao surgimento de trincas nas peças conformadas, e a faixa ideal de taxa de resfriamento precisa ser determinada de acordo com a composição do material e as condições do processo.
Como o projeto do tubo de refrigeração está diretamente relacionado à velocidade de resfriamento, ele geralmente é projetado visando a máxima eficiência de transferência de calor. Consequentemente, o direcionamento do tubo de refrigeração é mais complexo e difícil de ser obtido por perfuração mecânica após a conclusão da fundição do molde. Para evitar limitações de processamento mecânico, o método geralmente escolhido é o de reservar os canais de água antes da fundição do molde.
Devido ao funcionamento prolongado em temperaturas entre 200 °C e 880~950 °C, sob severas condições de alternância entre frio e calor, o material da matriz de estampagem a quente deve apresentar boa rigidez estrutural e condutividade térmica, resistindo ao intenso atrito térmico gerado pelo tarugo em alta temperatura e ao desgaste abrasivo causado pelas partículas da camada de óxido depositada. Além disso, o material do molde também deve possuir boa resistência à corrosão pelo fluido refrigerante para garantir o fluxo adequado do sistema de refrigeração.
Aparar e perfurar
Como a resistência das peças após a estampagem a quente atinge cerca de 1500 MPa, se forem utilizados corte e puncionamento por prensa, a tonelagem exigida pelos equipamentos será maior e o desgaste das arestas de corte da matriz será significativo. Portanto, unidades de corte a laser são frequentemente utilizadas para cortar bordas e furos.
4. Tipos comuns de aço para estampagem a quente
Desempenho antes da estampagem
Desempenho após a estampagem
Atualmente, o aço mais comum para estampagem a quente é o B1500HS. A resistência à tração antes da estampagem geralmente varia entre 480 e 800 MPa, e após a estampagem, pode atingir entre 1300 e 1700 MPa. Ou seja, uma chapa de aço com resistência à tração entre 480 e 800 MPa, ao ser conformada por estampagem a quente, pode resultar em peças com resistência à tração de aproximadamente 1300 a 1700 MPa.
5. Utilização de aço para estampagem a quente
A aplicação de peças estampadas a quente pode melhorar significativamente a segurança em colisões de automóveis e viabilizar a redução do peso da carroceria ainda em fase de projeto. Atualmente, a tecnologia de estampagem a quente tem sido aplicada em peças de carroceria de veículos de passeio, como colunas A e B, para-choques, longarinas de portas e trilhos de teto, entre outras. Veja a Figura 3 abaixo para exemplos de peças adequadas para redução de peso.
Figura 3: Componentes de corpo branco adequados para estampagem a quente
Figura 4: Linha de prensa de estampagem a quente de 1200 toneladas da Jiangdong Machinery
Atualmente, as soluções da JIANGDONG MACHINERY para linhas de produção de prensas hidráulicas de estampagem a quente são bastante maduras e estáveis, estando entre as líderes do setor de estampagem a quente na China. Como vice-presidente da divisão de máquinas de forjamento da Associação Chinesa de Máquinas-Ferramenta e membro do Comitê de Padronização de Máquinas de Forjamento da China, também realizamos pesquisas e desenvolvemos projetos de estampagem a quente de aço e alumínio em alta velocidade em nível nacional, desempenhando um papel fundamental no desenvolvimento da indústria de estampagem a quente na China e no mundo.
