Die Hochgeschwindigkeits-Heißpräge-Produktionslinie für ultrahochfesten Stahl (Aluminium)
Hauptmerkmale
Die Produktionslinie optimiert den Herstellungsprozess von Automobilteilen durch den Einsatz von Heißprägetechnologie. Bei diesem Verfahren, das in Asien als Heißprägen und in Europa als Presshärten bekannt ist, wird das Rohmaterial auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und anschließend unter Beibehaltung des Drucks mittels hydraulischer Presstechnik in entsprechende Formen gepresst, um die gewünschte Form zu erreichen und eine Phasenumwandlung des Metallmaterials zu bewirken. Die Heißprägetechnik lässt sich in direkte und indirekte Heißprägeverfahren unterteilen.
Vorteile
Einer der Hauptvorteile warmumgeformter Strukturbauteile ist ihre hervorragende Umformbarkeit, die die Herstellung komplexer Geometrien mit außergewöhnlicher Zugfestigkeit ermöglicht. Die hohe Festigkeit warmumgeformter Teile ermöglicht den Einsatz dünnerer Bleche, wodurch das Gewicht der Bauteile reduziert wird und gleichzeitig die strukturelle Integrität und das Crashverhalten erhalten bleiben. Weitere Vorteile sind:
Reduzierte Fügevorgänge:Durch die Heißprägetechnologie wird der Bedarf an Schweiß- oder Befestigungsverbindungsvorgängen verringert, was zu einer verbesserten Effizienz und einer verbesserten Produktintegrität führt.
Minimiertes Rückfedern und Verziehen:Durch das Heißprägen werden unerwünschte Verformungen, wie etwa das Zurückfedern und Verziehen der Teile, minimiert, wodurch eine präzise Maßgenauigkeit gewährleistet und der Bedarf an zusätzlicher Nacharbeit verringert wird.
Weniger Teiledefekte:Im Vergleich zu Kaltumformungsverfahren weisen heißgeprägte Teile weniger Defekte wie Risse und Spalten auf, was zu einer verbesserten Produktqualität und weniger Abfall führt.
Untere Presstonnage:Durch Heißprägen wird im Vergleich zu Kaltformungsverfahren die erforderliche Presskraft verringert, was zu Kosteneinsparungen und einer höheren Produktionseffizienz führt.
Anpassung der Materialeigenschaften:Die Heißprägetechnologie ermöglicht die individuelle Anpassung der Materialeigenschaften an bestimmte Bereiche des Teils und optimiert so Leistung und Funktionalität.
Verbesserte mikrostrukturelle Verbesserungen:Durch Heißprägen lässt sich die Mikrostruktur des Materials verbessern, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften und einer längeren Produkthaltbarkeit führt.
Optimierte Produktionsschritte:Durch Heißprägen werden Zwischenschritte in der Fertigung vermieden oder reduziert, was zu einem vereinfachten Produktionsprozess, höherer Produktivität und kürzeren Vorlaufzeiten führt.
Produktanwendungen
Die Hochgeschwindigkeits-Warmumformungsanlage für hochfesten Stahl (Aluminium) findet breite Anwendung in der Herstellung von Karosserieteilen für Automobile. Dazu gehören Säulenbaugruppen, Stoßfänger, Türträger und Dachrelingbaugruppen für Pkw. Darüber hinaus wird der Einsatz von modernen, durch Warmumformung ermöglichten Legierungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigung und Schwellenländern zunehmend erforscht. Diese Legierungen bieten die Vorteile höherer Festigkeit und geringeren Gewichts, die mit anderen Umformungsverfahren nur schwer zu erreichen sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hochgeschwindigkeits-Warmumformungslinie für hochfesten Stahl (Aluminium) die präzise und effiziente Produktion komplex geformter Karosserieteile gewährleistet. Dank überlegener Umformbarkeit, reduzierter Fügevorgänge, minimierter Defekte und verbesserter Materialeigenschaften bietet diese Produktionslinie zahlreiche Vorteile. Ihre Anwendungsmöglichkeiten erstrecken sich auf die Herstellung von Rohkarosserieteilen für Personenkraftwagen und bieten potenzielle Vorteile in der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigung und in Schwellenländern. Investieren Sie in die Hochgeschwindigkeits-Warmumformungslinie für hochfesten Stahl (Aluminium) und erzielen Sie herausragende Leistung, Produktivität und Vorteile im Leichtbau in der Automobilindustrie und verwandten Branchen.
Was ist Heißprägen?
Warmumformen, in Europa auch Presshärten und in Asien Warmpressformen genannt, ist ein Verfahren zur Materialumformung, bei dem ein Rohling auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und anschließend in der entsprechenden Matrize gestanzt und unter Druck abgeschreckt wird, um die gewünschte Form zu erreichen und eine Phasenumwandlung im Metallmaterial herbeizuführen. Bei der Warmumformtechnologie werden Borstahlbleche (mit einer Anfangsfestigkeit von 500–700 MPa) bis zum Austenitisierungszustand erhitzt, schnell in die Matrize zum Hochgeschwindigkeitsstanzen überführt und das Teil in der Matrize mit einer Abkühlrate von über 27 °C/s abgeschreckt. Anschließend wird das Teil eine Zeit lang unter Druck gehalten, um ultrahochfeste Stahlkomponenten mit gleichmäßiger martensitischer Struktur zu erhalten.
Die Vorteile der Heißprägung
Verbesserte Zugfestigkeit und Fähigkeit, komplexe Geometrien zu bilden.
Reduziertes Komponentengewicht durch Verwendung dünnerer Bleche bei gleichzeitiger Beibehaltung der strukturellen Integrität und Crash-Performance.
Geringerer Bedarf an Verbindungsvorgängen wie Schweißen oder Befestigen.
Minimiertes Zurückfedern und Verziehen der Teile.
Weniger Teiledefekte wie Risse und Spalten.
Geringerer Presskraftbedarf im Vergleich zur Kaltumformung.
Möglichkeit, Materialeigenschaften basierend auf bestimmten Teilezonen anzupassen.
Verbesserte Mikrostrukturen für bessere Leistung.
Optimierter Herstellungsprozess mit weniger Arbeitsschritten zur Herstellung eines fertigen Produkts.
Diese Vorteile tragen zur Gesamteffizienz, Qualität und Leistung warmumgeformter Strukturkomponenten bei.
Mehr Details zum Heißprägen
1. Heißprägen vs. Kaltprägen
Beim Warmprägen handelt es sich um einen Umformungsprozess, der nach dem Vorwärmen des Stahlblechs durchgeführt wird, während beim Kaltprägen das direkte Prägen des Stahlblechs ohne Vorwärmen erfolgt.
Kaltprägen hat gegenüber Heißprägen klare Vorteile. Es weist jedoch auch einige Nachteile auf. Aufgrund der höheren Spannungen beim Kaltprägen im Vergleich zum Heißprägen neigen kaltgeprägte Produkte eher zu Rissen und Brüchen. Daher sind für das Kaltprägen präzise Prägegeräte erforderlich.
Beim Warmumformen wird das Stahlblech vor dem Umformen auf hohe Temperaturen erhitzt und gleichzeitig im Gesenk abgeschreckt. Dies führt zu einer vollständigen Umwandlung der Stahlmikrostruktur in Martensit, was zu einer hohen Festigkeit von 1500 bis 2000 MPa führt. Folglich weisen warmumgeformte Produkte eine höhere Festigkeit als kaltumgeformte Produkte auf.
2. Ablauf des Heißprägeprozesses
Beim Warmumformen, auch Presshärten genannt, wird ein hochfestes Blech mit einer Anfangsfestigkeit von 500–600 MPa auf Temperaturen zwischen 880 und 950 °C erhitzt. Anschließend wird das erhitzte Blech schnell umgeformt und im Gesenk abgeschreckt, wobei Abkühlraten von 20–300 °C/s erreicht werden. Die Umwandlung von Austenit in Martensit während des Abschreckens erhöht die Festigkeit des Bauteils deutlich und ermöglicht die Herstellung von Stanzteilen mit Festigkeiten von bis zu 1500 MPa. Warmumformverfahren lassen sich in zwei Kategorien einteilen: direktes Warmumformen und indirektes Warmumformen.
Beim direkten Heißprägen wird der vorgewärmte Rohling direkt in eine geschlossene Matrize eingeführt, um ihn zu stanzen und abzuschrecken. Anschließende Prozesse umfassen das Abkühlen, das Kantenbeschneiden und Lochen (oder Laserschneiden) sowie die Oberflächenreinigung.
Feature1: Heißprägeverarbeitungsmodus – direktes Heißprägen
Beim indirekten Heißprägeverfahren wird der Kaltformungsvorformungsschritt durchgeführt, bevor die Schritte des Erhitzens, Heißprägens, Kantenbeschneidens, Lochstanzens und der Oberflächenreinigung erfolgen.
Der Hauptunterschied zwischen indirektem und direktem Warmumformen liegt in der Einbeziehung des Kaltumformungsschritts vor dem Erhitzen beim indirekten Verfahren. Beim direkten Warmumformen wird das Blech direkt in den Heizofen eingeführt, während beim indirekten Warmumformen das kaltgeformte, vorgeformte Bauteil in den Heizofen geschickt wird.
Der Prozessablauf beim indirekten Heißprägen umfasst typischerweise die folgenden Schritte:
Kaltumformung - Vorformung - Erhitzen - Heißprägen - Kantenbeschneiden und Lochen - Oberflächenreinigung
Feature2: Heißprägeverarbeitungsmodus – indirektes Heißprägen
3. Die Hauptausrüstung für das Heißprägen umfasst einen Heizofen, eine Heißformpresse und Heißprägeformen
Heizofen:
Der Wärmeofen ist mit Heiz- und Temperaturregelungsfunktionen ausgestattet. Er kann hochfeste Platten innerhalb einer vorgegebenen Zeit auf Rekristallisationstemperatur erhitzen und so einen austenitischen Zustand erreichen. Er muss sich an die Anforderungen einer automatisierten, kontinuierlichen Großproduktion anpassen können. Da die erhitzten Blöcke nur von Robotern oder mechanischen Armen gehandhabt werden können, erfordert der Ofen eine automatisierte Be- und Entladung mit hoher Positioniergenauigkeit. Zusätzlich sollte beim Erhitzen unbeschichteter Stahlplatten ein Gasschutz vorgesehen werden, um Oberflächenoxidation und Entkohlung der Blöcke zu verhindern.
Warmumformpresse:
Die Presse ist das Herzstück der Heißprägetechnologie. Sie muss schnelles Prägen und Halten ermöglichen und mit einem Schnellkühlsystem ausgestattet sein. Die technische Komplexität von Warmumformpressen übertrifft die von herkömmlichen Kaltprägepressen bei weitem. Derzeit beherrschen nur wenige ausländische Unternehmen die Konstruktion und Fertigungstechnologie solcher Pressen und sind alle auf Importe angewiesen, was sie teuer macht.
Heißprägeformen:
Warmumformungsformen führen sowohl Umformungs- als auch Abschreckphasen durch. In der Umformungsphase, sobald der Block in den Formhohlraum eingebracht wird, schließt die Form den Umformprozess schnell ab, um die Teileformung abzuschließen, bevor das Material die martensitische Phasenumwandlung durchläuft. Anschließend erfolgt die Abschreck- und Kühlphase, in der die Wärme des Werkstücks in der Form kontinuierlich an die Form übertragen wird. Kühlrohre in der Form führen die Wärme durch das fließende Kühlmittel sofort ab. Die Martensitisch-Austenit-Umwandlung beginnt, wenn die Werkstücktemperatur auf 425 °C sinkt. Die Umwandlung zwischen Martensit und Austenit endet bei 280 °C, und das Werkstück wird bei 200 °C entnommen. Die Formhalterung verhindert eine ungleichmäßige Wärmeausdehnung und -kontraktion während des Abschreckprozesses, die zu erheblichen Form- und Maßveränderungen des Teils und damit zu Ausschuss führen könnte. Zusätzlich verbessert sie die Wärmeübertragungseffizienz zwischen Werkstück und Form und fördert so ein schnelles Abschrecken und Abkühlen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hauptausrüstung für das Heißprägen einen Heizofen zum Erreichen der gewünschten Temperatur, eine Heißformpresse zum schnellen Prägen und Halten mit einem Schnellkühlsystem und Heißprägeformen umfasst, die sowohl Formungs- als auch Abschreckphasen durchführen, um eine ordnungsgemäße Teilebildung und effiziente Kühlung sicherzustellen.
Die Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken beeinflusst nicht nur die Produktionszeit, sondern auch die Umwandlungseffizienz zwischen Austenit und Martensit. Die Abkühlrate bestimmt, welche Art von Kristallstruktur gebildet wird, und steht in Zusammenhang mit dem endgültigen Härtungseffekt des Werkstücks. Die kritische Abkühltemperatur von Borstahl beträgt etwa 30 °C/s, und nur wenn die Abkühlrate diese kritische Abkühltemperatur überschreitet, kann die Bildung einer martensitischen Struktur optimal gefördert werden. Wenn die Abkühlrate geringer als die kritische Abkühlrate ist, bilden sich in der Kristallstruktur des Werkstücks nichtmartensitische Strukturen wie Bainit. Je höher die Abkühlrate, desto besser. Eine höhere Abkühlrate führt jedoch zur Rissbildung in den Formteilen, und der angemessene Bereich der Abkühlrate muss entsprechend der Materialzusammensetzung und den Prozessbedingungen der Teile bestimmt werden.
Da die Konstruktion des Kühlrohrs direkt mit der Abkühlgeschwindigkeit zusammenhängt, wird das Kühlrohr im Allgemeinen im Hinblick auf eine maximale Wärmeübertragungseffizienz ausgelegt. Daher ist die Richtung des Kühlrohrs komplexer und lässt sich nach Abschluss des Formgusses nur schwer durch mechanisches Bohren erreichen. Um Einschränkungen durch die mechanische Bearbeitung zu vermeiden, wird im Allgemeinen die Methode gewählt, Wasserkanäle vor dem Formguss freizuhalten.
Da die Form bei Temperaturen von 200 °C bis 880–950 °C unter extremen wechselnden Kälte- und Hitzebedingungen lange Zeit funktioniert, muss das Material der Heißprägeform eine gute strukturelle Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweisen und der starken thermischen Reibung, die durch den Block bei hohen Temperaturen entsteht, sowie dem abrasiven Verschleißeffekt der abgefallenen Oxidschichtpartikel standhalten. Darüber hinaus sollte das Formmaterial eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Kühlmittel aufweisen, um einen reibungslosen Durchfluss des Kühlrohrs zu gewährleisten.
Trimmen und Durchstechen
Da die Festigkeit der Teile nach dem Heißprägen etwa 1500 MPa erreicht, ist beim Pressschneiden und Stanzen der Tonnagebedarf der Geräte höher und der Verschleiß der Stanzkanten ist erheblich. Daher werden häufig Laserschneidanlagen zum Schneiden von Kanten und Löchern verwendet.
4. Gängige Sorten von Warmprägestahl
Leistung vor dem Stempeln
Leistung nach dem Stempeln
Die derzeit gängige Güte für Warmumformstahl ist B1500HS. Die Zugfestigkeit vor dem Umformen liegt in der Regel zwischen 480 und 800 MPa, nach dem Umformen kann sie 1300 bis 1700 MPa erreichen. Das bedeutet, dass die Zugfestigkeit von Stahlplatten mit 480 bis 800 MPa durch Warmumformen auf etwa 1300 bis 1700 MPa angehoben werden kann.
5.Die Verwendung von Warmprägestahl
Der Einsatz von Heißprägeteilen kann die Kollisionssicherheit von Fahrzeugen deutlich verbessern und das Gewicht der Rohkarosserie reduzieren. Derzeit wird die Heißprägetechnologie auf Rohkarosserieteile von Personenkraftwagen angewendet, beispielsweise auf die A-Säule, die B-Säule, den Stoßfänger, den Türträger und die Dachreling. Abbildung 3 unten zeigt Beispiele für Teile, die sich für die Gewichtsreduzierung eignen.
Abbildung 3: Weiße Karosserieteile, die sich zum Heißprägen eignen
Abb. 4: Jiangdong Machinery 1200-Tonnen-Heißprägepresse
Die Produktionslinienlösungen für hydraulische Heißprägepressen von JIANGDONG MACHINERY sind derzeit sehr ausgereift und stabil und gehören zu den führenden Unternehmen im Bereich der Heißprägung in China. Als stellvertretender Vorsitzender der Schmiedemaschinenabteilung der China Machine Tool Association und Mitglied des China Forging Machinery Standardization Committee haben wir auch Forschungs- und Anwendungsarbeiten im Bereich der nationalen Hochgeschwindigkeitsheißprägung von Stahl und Aluminium durchgeführt, was eine enorme Rolle bei der Förderung der Entwicklung der Heißprägeindustrie in China und sogar weltweit gespielt hat.
