Línea de producción de estampado en caliente de alta velocidad para acero de ultraalta resistencia (aluminio)
Características principales
La línea de producción está diseñada para optimizar el proceso de fabricación de piezas automotrices mediante la aplicación de la tecnología de estampación en caliente. Este proceso, conocido como estampación en caliente en Asia y endurecimiento por presión en Europa, consiste en calentar el material en bruto a una temperatura específica y luego prensarlo en los moldes correspondientes mediante tecnología de prensa hidráulica, manteniendo la presión para lograr la forma deseada y someter el metal a una transformación de fase. La técnica de estampación en caliente se puede clasificar en métodos directos e indirectos.
Ventajas
Una de las principales ventajas de los componentes estructurales estampados en caliente es su excelente conformabilidad, que permite la producción de geometrías complejas con una resistencia a la tracción excepcional. La alta resistencia de las piezas estampadas en caliente permite el uso de láminas metálicas más delgadas, lo que reduce el peso de los componentes a la vez que mantiene la integridad estructural y la resistencia a los impactos. Otras ventajas incluyen:
Operaciones de unión reducidas:La tecnología de estampado en caliente reduce la necesidad de realizar operaciones de soldadura o fijación de conexiones, lo que da como resultado una mayor eficiencia y una mayor integridad del producto.
Reducción del rebote y la deformación:El proceso de estampado en caliente minimiza las deformaciones indeseables, como la recuperación elástica y la deformación de la pieza, lo que garantiza una precisión dimensional precisa y reduce la necesidad de trabajos adicionales.
Menos defectos en las piezas:Las piezas estampadas en caliente presentan menos defectos, como grietas y rajaduras, en comparación con los métodos de conformado en frío, lo que da como resultado una mejor calidad del producto y una reducción de desperdicios.
Tonelaje de prensa inferior:El estampado en caliente reduce el tonelaje de prensa necesario en comparación con las técnicas de conformado en frío, lo que genera ahorros de costos y una mayor eficiencia de producción.
Personalización de propiedades del material:La tecnología de estampado en caliente permite la personalización de las propiedades del material en función de áreas específicas de la pieza, optimizando el rendimiento y la funcionalidad.
Mejoras microestructurales mejoradas:El estampado en caliente ofrece la capacidad de mejorar la microestructura del material, lo que da como resultado mejores propiedades mecánicas y una mayor durabilidad del producto.
Pasos de producción optimizados:El estampado en caliente elimina o reduce los pasos de fabricación intermedios, lo que da como resultado un proceso de producción simplificado, una mayor productividad y plazos de entrega más cortos.
Aplicaciones del producto
La línea de producción de estampación en caliente de alta velocidad de acero de alta resistencia (aluminio) se utiliza ampliamente en la fabricación de piezas de carrocería blanca para automóviles. Esto incluye conjuntos de pilares, parachoques, vigas de puertas y conjuntos de rieles de techo utilizados en vehículos de pasajeros. Además, el uso de aleaciones avanzadas mediante estampación en caliente se está explorando cada vez más en industrias como la aeroespacial, la defensa y los mercados emergentes. Estas aleaciones ofrecen ventajas como mayor resistencia y menor peso, difíciles de conseguir con otros métodos de conformado.
En conclusión, la línea de producción de estampado en caliente de alta velocidad de acero de alta resistencia (aluminio) garantiza la producción precisa y eficiente de piezas de carrocería de automóviles con formas complejas. Con una formabilidad superior, menos operaciones de unión, defectos minimizados y propiedades mejoradas del material, esta línea de producción ofrece numerosas ventajas. Sus aplicaciones se extienden a la fabricación de piezas de carrocería blanca para vehículos de pasajeros y ofrecen beneficios potenciales en los sectores aeroespacial, de defensa y emergentes. Invierta en la línea de producción de estampado en caliente de alta velocidad de acero de alta resistencia (aluminio) para lograr un rendimiento excepcional, productividad y ventajas de diseño ligero en la industria automotriz y afines.
¿Qué es el estampado en caliente?
El estampado en caliente, también conocido como endurecimiento por presión en Europa y conformado por prensado en caliente en Asia, es un método de conformado de materiales en el que una pieza bruta se calienta a una temperatura determinada y luego se estampa y se enfría a presión en la matriz correspondiente para lograr la forma deseada e inducir una transformación de fase en el metal. La tecnología de estampado en caliente consiste en calentar láminas de acero al boro (con una resistencia inicial de 500-700 MPa) hasta el estado de austenización, transferirlas rápidamente a la matriz para su estampación a alta velocidad y enfriar la pieza dentro de la matriz a una velocidad de enfriamiento superior a 27 °C/s, seguido de un período de mantenimiento a presión, para obtener componentes de acero de ultraalta resistencia con una estructura martensítica uniforme.
Las ventajas del estampado en caliente
Resistencia máxima a la tracción mejorada y capacidad para formar geometrías complejas.
Se redujo el peso de los componentes mediante el uso de chapa metálica más delgada, manteniendo al mismo tiempo la integridad estructural y el rendimiento en caso de colisión.
Menor necesidad de operaciones de unión como soldadura o fijación.
Se minimiza la recuperación elástica y la deformación de las piezas.
Menos defectos en las piezas, como grietas y rajaduras.
Menores requisitos de tonelaje de prensa en comparación con el conformado en frío.
Capacidad de adaptar las propiedades del material en función de zonas específicas de la pieza.
Microestructuras mejoradas para un mejor rendimiento.
Proceso de fabricación optimizado con menos pasos operativos para obtener un producto terminado.
Estas ventajas contribuyen a la eficiencia general, la calidad y el rendimiento de los componentes estructurales estampados en caliente.
Más detalles sobre el estampado en caliente
1. Estampado en caliente vs. Estampado en frío
El estampado en caliente es un proceso de conformación que se realiza después de precalentar la chapa de acero, mientras que el estampado en frío se refiere al estampado directo de la chapa de acero sin precalentamiento.
El estampado en frío presenta claras ventajas sobre el estampado en caliente. Sin embargo, también presenta algunas desventajas. Debido a las mayores tensiones inducidas por el proceso de estampado en frío en comparación con el estampado en caliente, los productos estampados en frío son más susceptibles a agrietarse y partirse. Por lo tanto, se requiere un equipo de estampado preciso para el estampado en frío.
El estampado en caliente implica calentar la chapa de acero a altas temperaturas antes del estampado y, simultáneamente, templarla en la matriz. Esto produce una transformación completa de la microestructura del acero en martensita, lo que resulta en una alta resistencia de entre 1500 y 2000 MPa. En consecuencia, los productos estampados en caliente presentan una mayor resistencia en comparación con sus homólogos estampados en frío.
2. Flujo del proceso de estampado en caliente
El estampado en caliente, también conocido como "endurecimiento por prensado", consiste en calentar una lámina de alta resistencia con una resistencia inicial de 500-600 MPa a temperaturas de entre 880 y 950 °C. Posteriormente, la lámina calentada se estampa y se templa rápidamente en la matriz, alcanzando velocidades de enfriamiento de 20-300 °C/s. La transformación de austenita en martensita durante el temple mejora significativamente la resistencia del componente, permitiendo la producción de piezas estampadas con resistencias de hasta 1500 MPa. Las técnicas de estampado en caliente se pueden clasificar en dos categorías: estampado en caliente directo y estampado en caliente indirecto.
En el estampado en caliente directo, la pieza precalentada se introduce directamente en una matriz cerrada para su estampación y temple. Los procesos posteriores incluyen el enfriamiento, el recorte de bordes, el punzonado (o corte láser) y la limpieza de la superficie.
Accesorio 1: modo de procesamiento de estampado en caliente: estampado en caliente directo
En el proceso de estampado en caliente indirecto, se realiza el paso de preconformación en frío antes de entrar en las etapas de calentamiento, estampado en caliente, recorte de bordes, perforación de orificios y limpieza de la superficie.
La principal diferencia entre los procesos de estampación en caliente indirecta y directa radica en la inclusión de la etapa de preconformación en frío antes del calentamiento en el método indirecto. En la estampación en caliente directa, la chapa metálica se introduce directamente en el horno de calentamiento, mientras que en la estampación en caliente indirecta, el componente preformado y formado en frío se introduce en el horno de calentamiento.
El flujo del proceso de estampación en caliente indirecta normalmente implica los siguientes pasos:
Preformado en frío - Calentamiento - Estampado en caliente - Recorte de bordes y perforación de orificios - Limpieza de superficies
Figure2: modo de procesamiento de estampado en caliente: estampado en caliente indirecto
3. El equipo principal para el estampado en caliente incluye un horno de calentamiento, una prensa de conformado en caliente y moldes de estampado en caliente.
Horno de calentamiento:
El horno de calentamiento está equipado con funciones de control de temperatura y calentamiento. Es capaz de calentar placas de alta resistencia hasta la temperatura de recristalización en un tiempo específico, alcanzando un estado austenítico. Debe ser capaz de adaptarse a los requisitos de producción continua automatizada a gran escala. Dado que la palanquilla calentada solo puede manipularse mediante robots o brazos mecánicos, el horno requiere una carga y descarga automatizadas con alta precisión de posicionamiento. Además, al calentar placas de acero sin recubrimiento, debe proporcionar protección con gas para evitar la oxidación superficial y la descarbonización de la palanquilla.
Prensa de conformado en caliente:
La prensa es el núcleo de la tecnología de estampación en caliente. Debe ser capaz de estampar y sujetar rápidamente, además de estar equipada con un sistema de enfriamiento rápido. La complejidad técnica de las prensas de conformado en caliente supera con creces la de las prensas de estampación en frío convencionales. Actualmente, solo unas pocas empresas extranjeras dominan la tecnología de diseño y fabricación de estas prensas, y todas dependen de las importaciones, lo que las encarece.
Moldes de estampación en caliente:
Los moldes de estampación en caliente realizan las etapas de conformado y temple. En la etapa de conformado, una vez que la palanquilla se introduce en la cavidad del molde, el molde completa rápidamente el proceso de estampación para garantizar la formación completa de la pieza antes de que el material experimente la transformación martensítica. A continuación, entra en la etapa de temple y enfriamiento, donde el calor de la pieza dentro del molde se transfiere continuamente al molde. Las tuberías de enfriamiento ubicadas dentro del molde eliminan el calor instantáneamente mediante el refrigerante que fluye. La transformación martensítico-austenítica comienza cuando la temperatura de la pieza desciende a 425 °C. La transformación entre martensita y austenita finaliza cuando la temperatura alcanza los 280 °C, y la pieza se extrae a 200 °C. La función del soporte del molde es evitar la expansión y contracción térmica desigual durante el proceso de temple, lo que podría provocar cambios significativos en la forma y las dimensiones de la pieza, lo que daría lugar a desechos. Además, mejora la eficiencia de la transferencia térmica entre la pieza y el molde, lo que promueve un temple y enfriamiento rápidos.
En resumen, el equipo principal para estampación en caliente incluye un horno de calentamiento para lograr la temperatura deseada, una prensa de conformado en caliente para estampación y sujeción rápida con un sistema de enfriamiento rápido y moldes de estampación en caliente que realizan etapas de conformado y enfriamiento para asegurar la formación adecuada de la pieza y un enfriamiento eficiente.
La velocidad de enfriamiento no solo afecta el tiempo de producción, sino también la eficiencia de conversión entre austenita y martensita. La velocidad de enfriamiento determina el tipo de estructura cristalina que se formará y está relacionada con el endurecimiento final de la pieza. La temperatura crítica de enfriamiento del acero al boro es de aproximadamente 30 °C/s, y solo cuando la velocidad de enfriamiento la supera, se promueve al máximo la formación de la estructura martensítica. Cuando la velocidad de enfriamiento es inferior a la velocidad crítica, aparecen estructuras no martensíticas, como la bainita, en la estructura de cristalización de la pieza. Sin embargo, cuanto mayor sea la velocidad de enfriamiento, mejor, ya que una mayor velocidad de enfriamiento provocará el agrietamiento de las piezas conformadas, por lo que el rango razonable de velocidad de enfriamiento debe determinarse según la composición del material y las condiciones de proceso de las piezas.
Dado que el diseño de la tubería de enfriamiento está directamente relacionado con la velocidad de enfriamiento, generalmente se diseña buscando la máxima eficiencia de transferencia de calor. Por lo tanto, la dirección de la tubería de enfriamiento es más compleja y difícil de obtener mediante perforación mecánica tras la fundición en molde. Para evitar las limitaciones del procesamiento mecánico, generalmente se opta por reservar canales de agua antes de la fundición en molde.
Debido a su funcionamiento prolongado a temperaturas de entre 200 °C y 880-950 °C, en condiciones extremas de frío y calor, el material del molde de estampación en caliente debe tener buena rigidez estructural y conductividad térmica, además de ser capaz de resistir la fuerte fricción térmica generada por la palanquilla a alta temperatura y el desgaste abrasivo de las partículas de óxido. Además, el material del molde debe tener buena resistencia a la corrosión del refrigerante para garantizar un flujo fluido por la tubería de refrigeración.
Recorte y perforación
Dado que la resistencia de las piezas tras el estampado en caliente alcanza aproximadamente 1500 MPa, si se utilizan prensas de corte y punzonado, los requisitos de tonelaje del equipo son mayores y el desgaste del borde de corte del troquel es considerable. Por lo tanto, se suelen utilizar unidades de corte láser para cortar bordes y agujeros.
4. Grados comunes de acero para estampación en caliente
Rendimiento antes del estampado
Rendimiento después del estampado
Actualmente, el grado común de acero para estampación en caliente es el B1500HS. La resistencia a la tracción antes del estampado suele estar entre 480 y 800 MPa, y después del estampado, puede alcanzar entre 1300 y 1700 MPa. Es decir, la resistencia a la tracción de las placas de acero de 480 a 800 MPa, mediante estampación en caliente, puede alcanzar piezas de aproximadamente 1300 a 1700 MPa.
5. El uso de acero estampado en caliente
La aplicación de piezas estampadas en caliente puede mejorar significativamente la seguridad en caso de colisión de automóviles y aligerar la carrocería. Actualmente, la tecnología de estampación en caliente se aplica a piezas de carrocería de turismos, como el pilar A, el pilar B, el parachoques, las vigas de las puertas, los rieles del techo y otras piezas. Consulte la figura 3 a continuación para ver ejemplos de piezas aptas para aligeramiento.
Figura 3: Componentes de cuerpo blanco adecuados para estampación en caliente
Fig. 4: Línea de prensado en caliente de 1200 toneladas de Jiangdong Machinery
En la actualidad, las soluciones de línea de producción de prensa hidráulica de estampado en caliente de JIANGDONG MACHINERY han sido muy maduras y estables, en el campo de conformado de estampado en caliente de China pertenece al nivel líder, y como la unidad de vicepresidente de la rama de maquinaria de forja de la Asociación de Máquinas Herramienta de China, así como las unidades miembro del Comité de Estandarización de Maquinaria de Forja de China, también hemos emprendido el trabajo de investigación y aplicación del estampado en caliente de acero y aluminio de súper alta velocidad nacional, que ha jugado un papel enorme en la promoción del desarrollo de la industria del estampado en caliente en China e incluso en el mundo.
