การวิเคราะห์การขึ้นรูปและการออกแบบแม่พิมพ์ปั๊มร้อน

ด้วยวิกฤตด้านพลังงานและปัญหาสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงขึ้น การอนุรักษ์พลังงานและความปลอดภัยได้กลายเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญที่สุดของอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ข้างต้น การลดน้ำหนักรถเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมาก ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วและการประยุกต์ใช้เหล็กความแข็งแรงสูงขั้นสูง

การใช้เทคโนโลยีการขึ้นรูปร้อนสามารถปรับปรุงความแข็งและความแข็งแรงของโครงสร้างตัวถังโดยรวมได้อย่างมาก และปรับปรุงความปลอดภัยจากการชนของรถและประสิทธิภาพของ NVHการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้เป็นจำนวนมากสามารถลดน้ำหนักของ BIW ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการใช้พลังงาน ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และปรับปรุงประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของรถยนต์ในปัจจุบัน ตามข้อกำหนดของความแข็งแรงของโครงสร้างร่างกาย เทคโนโลยีการขึ้นรูปร้อนส่วนใหญ่ใช้กับการผลิตส่วนประกอบที่มีความแข็งแรงสูง เช่น กันชนหน้าและหลัง เสา A เสา B เสา C คานเสริมหลังคา เฟรมช่องใต้ท้องรถ ขายึดแผงหน้าปัด แผงประตูด้านใน คานกันกระแทกประตู ฯลฯ (ดูรูปที่ 1)สัดส่วนของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปร้อนใน BIW ของทั้งคันสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 45%

ปัจจุบันเทคโนโลยีการขึ้นรูปร้อนได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในบริษัทผู้ผลิตรถยนต์ทั้งในและต่างประเทศผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ในประเทศใช้ชิ้นส่วนขึ้นรูปร้อนสำหรับการผลิตและออกแบบรถยนต์รุ่นต่างๆ อย่างกว้างขวางจำนวนชิ้นส่วนขึ้นรูปร้อนที่ใช้ในรถยนต์คันเดียวโดยทั่วไปมีถึง 6 ถึง 10 และจำนวนรถยนต์รุ่นสูงสุดมีถึง 24 รุ่น

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการปั๊มร้อนและเทคโนโลยีแม่พิมพ์เหล่านี้ถูกบริษัทต่างชาติผูกขาดมาเป็นเวลานานแม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อนที่ใช้โดยผู้ผลิตส่วนใหญ่นำเข้าและมีราคาแพงครั้งนี้ เราร่วมมือกับสถาบันวิจัยเหล็กและเหล็กกล้าหวู่ฮั่นเพื่อพัฒนาแม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อนเสา B และชิ้นส่วนสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลของบริษัทตงเฟิงโดยใช้เหล็กขึ้นรูปร้อนหวู่ฮั่นเหล็กและเหล็กกล้า WHT1500HFบทความนี้จะแนะนำการพัฒนาแม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อนและชิ้นส่วนที่มีเสา B เป็นตัวอย่าง

การพัฒนาชิ้นส่วนเทอร์โมฟอร์มเสา B
วัสดุที่ใช้ในการประเมินการขึ้นรูปร้อนของชิ้นส่วนคอลัมน์ B คือเหล็ก WHT1500 ที่มีความหนา 1.80 มม.คุณสมบัติทางกลของวัสดุแสดงในตารางที่ 1 พารามิเตอร์การทดสอบกระบวนการขึ้นรูปร้อนแสดงไว้ในตารางที่ 2 และเส้นโค้งคุณสมบัติทางกลแสดงในรูปที่ 1
การวิเคราะห์กระบวนการเทอร์โมฟอร์ม

1. เงื่อนไขขอบเขต
มีการใช้โครงสร้างดายแบบเดี่ยว กล่าวคือ ตัวเมียอยู่ด้านบน ตัวผู้อยู่ด้านล่าง และทิศทางการปั๊มดังแสดงในรูปที่ 3
เงื่อนไขขอบเขต: อุณหภูมิเริ่มต้นของแผ่นงานคือ 800 ° C และเวลาในการถ่ายโอนแผ่นงานไม่เกิน 3.5 วินาทีเวลารอของแผ่นงานบนแม่พิมพ์ก่อนทำการหนีบคือ 3.5 วินาทีระยะห่างระหว่างดายและด้ามเปล่าคือ 1.5 x ความหนาของวัสดุแรงดันของตัวยึดว่างคือ 1T;ความเร็วในการขึ้นรูปและจับยึด 150 มม./วินาทีแรงกดค้างไว้ระหว่างการดับคือ 400t;อุณหภูมิเริ่มต้นของแม่พิมพ์คือ 100 ℃บนพื้นผิวและ 20 ℃ภายใน

1. เงื่อนไขขอบเขต
การวิเคราะห์การปั้น
Pamstamp คลี่ช่องว่างของชิ้นส่วนออกเพื่อรับแผ่นงาน และวิเคราะห์โมดูลการขึ้นรูปใน Pamstampในการจำลองการขึ้นรูป พื้นที่ที่มีความบางสูงสุดจะอยู่ที่ด้านข้างของพื้นที่ครึ่งล่างของคอลัมน์กลาง (MAX-23% ดังแสดงในรูป) และพื้นที่ที่หนาขึ้นจะอยู่ที่ด้านหน้าของพื้นที่ตรงกลางด้านล่างของ คอลัมน์กลางดังแสดงในรูป (+23.2% ดังแสดงในรูปที่ 4)ตามสถานการณ์นี้ จึงตัดสินใจให้ความสนใจกับพื้นที่นี้ในระหว่างการประมวลผลแม่พิมพ์และการดีบักชิ้นส่วน

3. การวิเคราะห์การจำลองกระบวนการขึ้นรูป
ในโมดูลการขึ้นรูปของ Pamstamp ให้สังเกตสภาพการขึ้นรูปของแผ่นโลหะระหว่างการเคลื่อนที่ของแม่พิมพ์รูปที่ 5 แสดงแม่พิมพ์ด้านบน 40 มม. 20 มม. ห่างจากศูนย์ตายล่าง 5 มม. และส่วนสุดท้ายที่ขึ้นรูปจากแม่พิมพ์บนถึงศูนย์ตายล่าง 5 มม. จะพบว่ามีรอยย่นใต้เสากลางในขั้นตอนการแก้ไขข้อบกพร่องของแม่พิมพ์ การกดอย่างแรงจะทำที่นี่

4. การวิเคราะห์สนามอุณหภูมิ
การกระจายอุณหภูมิของชิ้นส่วนในขณะที่ขึ้นรูปเมื่อแม่พิมพ์ส่วนบนอยู่ที่จุดตายที่ต่ำกว่านั้น ได้มาจากโมดูลการวิเคราะห์ในโมดูล Pamstampเพื่อให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์ในที่สุด สามารถสังเกตอุณหภูมิชิ้นส่วนให้สูงกว่า 665 ℃ ผ่านการจำลอง ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานและตรงตามเงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงการดับ

5. การกระจายมาร์เทนไซต์ในส่วนที่ดับแล้ว
ทำการวิเคราะห์ดังแสดงในรูปที่ 6a ชิ้นส่วนจะถูกดับหลังจาก 10 วินาทีในแม่พิมพ์ และมากกว่า 90% ของชิ้นส่วนถูกเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์ ยกเว้นอิทธิพลของตำแหน่งตัวจับยึดที่ว่างเปล่าเนื่องจากตัวยึดเปล่าจะถูกตัดออกโดยการตัดด้วยเลเซอร์รูปที่ 6b แสดงอุณหภูมิการกักเก็บแรงดัน (10 วินาที)เมื่อชิ้นงานเสร็จสมบูรณ์ อุณหภูมิพื้นผิวจะน้อยกว่า 200 ° C และอุณหภูมิที่ตัวยึดเปล่าจะสูงขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับการกระจายตัวของมาร์เทนไซต์

6. สรุปการวิเคราะห์ความสามารถในการขึ้นรูป
(1) ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าส่วนเสา B ผลิตโดยการขึ้นรูปร้อน WHT1500 และกระบวนการนี้เป็นไปได้
(2) พื้นที่ด้านล่างของชิ้นส่วนคือพื้นที่เสี่ยงที่จะเกิดการย่นของวัสดุขอแนะนำให้เพิ่มแรงกดและลดระยะห่างของแม่พิมพ์เพื่อควบคุมการไหลของวัสดุ
(3) เนื้อที่ด้านบนของชิ้นส่วนมีความเสี่ยงสูงที่จะแตกขอแนะนำให้ลดขนาดของแผ่นโลหะลง
การออกแบบแม่พิมพ์

1. ขั้นตอนการออกแบบแม่พิมพ์ปั๊มร้อน
ขั้นตอนการออกแบบแม่พิมพ์ปั๊มร้อนแสดงในรูปที่ 7
2. การออกแบบโครงสร้างแม่พิมพ์
(1) วัสดุแม่พิมพ์ปั๊มร้อนต้องเป็นเหล็กหล่อร้อน H13
(2) การคำนวณและการจัดวางช่องน้ำหล่อเย็น
① สูตรคำนวณช่องระบายความร้อน

โดยที่ mw คือมวลของน้ำที่ไหลผ่านแม่พิมพ์ในหน่วยเวลา (กก./ชม.)N คือจำนวนท่อQw คือการไหลของน้ำหล่อเย็นของท่อเดียว (m3/h);ρ W คือความหนาแน่นของน้ำหล่อเย็นที่อุณหภูมิหนึ่ง (กก. / ลบ.ม. ) 1,000 กก. / ลบ.ม.D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของรูน้ำเย็น (ม.);V คือความเร็วการไหลของน้ำหล่อเย็น (m/s);Tu คือหน่วยเวลา 3600s
โดยที่ Re คือหมายเลข Reynolds;V คือความหนืดจลนศาสตร์ (m2/s), V=1.3077 ที่ 10 ℃ × 10-6m2/s。
② รูปแบบช่องระบายความร้อน
เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อระบายความร้อนคือ 10-14 มม.ระยะห่างระหว่างท่อที่อยู่ติดกันคือ 17 ~ 20 มม.ระยะห่างขั้นต่ำจากศูนย์กลางท่อถึงโปรไฟล์ต้องมากกว่า 15 มม.ระบบหล่อเย็นของเม็ดมีดแต่ละตัวแยกจากกัน และช่องระบายความร้อนระหว่างเม็ดมีดที่อยู่ติดกันจะไม่เชื่อมต่อกัน

บทส่งท้าย
ด้วยการฝึกใช้เหล็กขึ้นรูปร้อนในประเทศเพื่อพัฒนาแม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อนและชิ้นส่วนสำหรับโรงงานเครื่องยนต์หลัก เราได้เรียนรู้และเข้าใจกฎการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีแม่พิมพ์ปั๊มร้อนและการจัดระบบทำความร้อนและความเย็น และได้รับประสบการณ์จริงบางประการในระหว่างการวิจัยและพัฒนาแม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อนสำหรับเสา B ของรถยนต์นั่งส่วนบุคคล การออกแบบโครงสร้างแม่พิมพ์ของชิ้นส่วนเสร็จสมบูรณ์ผ่านการวิเคราะห์การขึ้นรูป CAE ของชิ้นส่วน การจำลองการเปลี่ยนแปลงของความแข็งแรงของชิ้นส่วนใน ฟิลด์อุณหภูมิและการตรวจสอบความแข็งแรงของแม่พิมพ์หลังจากการดีบักการขึ้นรูปด้วยความร้อนของแม่พิมพ์ การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยา และการทดสอบแรงดึงของชิ้นส่วน โครงสร้างและความแข็งแรงของชิ้นส่วนจะเป็นไปตามข้อกำหนดที่คาดหวังผลการวิจัยพบว่า การใช้แม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อนที่ออกแบบและผลิตขึ้นสำหรับเสา B ของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลนั้นเป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์