Coerenza di forma nei componenti auto in acciaio AHSS: verso un approccio globale

Poiché le qualità di acciaio AHSS/UHSS continuano ad aumentare la resistenza — consentendo contemporaneamente geometrie ottimizzate ma complesse (per esempio, per aiutare a raggiungere la resistenza agli urti) e spessori più sottili (per l'alleggerimento delle strutture) — è diventato più difficile per i produttori di componenti produrre componenti auto di forma coerente.

Le tolleranze OEM per la forma del pezzo possono essere rigorose da ±0,2 a 0,5 mm per garantire la saldatura robotizzata di precisione e la capacità di dotare le cavità del pezzo con una quantità sempre maggiore di elettronica, cavi e sensori. Quando le parti non hanno una forma coerente, i produttori di parti devono affrontare quattro perdite:
1) Lo spreco di risorse produttive che formano le parti fuori forma.
2) Lo spreco di risorse di manodopera che scarta le parti fuori forma.
3) Lo spreco di materiale che genera lo scarto e, molto più significativamente, il tentativo di risolvere il problema del perché i materiali AHSS/UHSS che rientrano nelle specifiche possono produrre forme fuori tolleranza.
4) Lo spreco di risorse di pianificazione e, in generale, la minore efficienza produttiva dovuta a rallentamenti e arresti della produzione.

Se non c'è nulla di sbagliato nel vostro processo di formatura, le vostre forme fuori tolleranza potrebbero essere il risultato di incoerenze nel vostro acciaio AHSS/UHSS?

La coerenza AHSS/UHSS comprende, ovviamente, lo spessore e la planarità dell'acciaio. Meno ovvie sono le altre considerazioni. Ad esempio, le incoerenze nelle proprietà dei materiali (resistenza allo snervamento, alla trazione, all'allungamento, ecc.) possono provocare problemi come gravi sollecitazioni che, a loro volta, causano problemi di planarità. Le incoerenze possono anche portare a comportamenti indesiderati o inaspettati nel ritorno elastico. Un acciaio AHSS/UHSS può soddisfare tutte le specifiche per quanto riguarda le dimensioni e le proprietà meccaniche, ma il produttore di componenti finisce comunque per avere forme fuori tolleranza. Qual è il problema in questo caso?

Nella situazione sopra descritta, il produttore di componenti può prima chiedersi: C'è una tendenza ai componenti fuori tolleranza? In caso affermativo, possiamo compensare effettuando più regolazioni delle nostre attrezzature di formatura? 

In caso affermativo, allora la domanda diventa: le nostre regolazioni di compensazione funzionano su tutta la lunghezza del coil AHSS/UHSS? (In altre parole, ci sono variazioni all'interno di un coil?) E ci sono differenze da un coil all'altro? 

Quasi certamente ci saranno differenze tra i coil provenienti da diversi fornitori di AHSS/UHSS. Ora il produttore di componenti deve avere un set di utensili per ogni fornitore di AHSS/UHSS. Questo approccio diventa rapidamente complicato e vulnerabile alle incoerenze ogni volta in cui l'attrezzatura viene regolata.

Informazione fondamentale: Più il materiale AHSS è coerente, più facile è ottenere il componente finale con le tolleranze richieste.

La planarità incoerente negli AHSS/UHSS è uno dei principali fattori che contribuiscono al superamento delle tolleranze per le loro forme specifiche. I problemi delle forme fuori tolleranza includono la rettilineità del profilo, la svasatura, i problemi di controllo della posizione, le caratteristiche punzonate e i fori di riferimento che non si allineano correttamente dalla parte anteriore a quella posteriore del pezzo. I livellatori di precisione possono essere d'aiuto?

I livellatori di precisione sono stati utilizzati per risolvere i problemi di planarità dei coil AHSS, compresi il set di coil, la balestra e le cosiddette "sacche di calore". I livellatori di precisione svolgono un ruolo preciso nella lavorazione dei metalli, ma per citare un recente articolo pubblicato su WorldAutoSteel:

"La correzione delle ondulazioni e della distorsione dei bordi richiede il superamento della resistenza allo snervamento della lamiera da coil (AHSS) a livelli uguali o superiori al 50% della sezione trasversale della lamiera stessa. Ciò può aumentare il potenziale d'incrudimento della lamiera d'acciaio, influenzando negativamente la formabilità . . . . Il progressivo aumento del limite di snervamento degli acciai AHSS mette a dura prova le capacità delle raddrizzatrici e livellatrici di precisione che non sono state progettate per la spianatura di questi materiali altoresistenziali".

Il progressivo aumento del limite di snervamento degli acciai AHSS mette a dura prova le capacità delle raddrizzatrici e livellatrici di precisione che non sono state progettate per la spianatura di questi materiali altoresistenziali".

Inoltre, le livellatrici di precisione sono attrezzature molto grandi e difficili da collocare davanti alle operazioni di tranciatura. Tuttavia, l'alternativa di esternalizzare il livellamento di precisione comporta degli svantaggi: Il produttore del pezzo non può essere certo che il livellatore a cui è stato affidato il lavoro abbia preservato le proprietà meccaniche dell'acciaio AHSS/UHSS (ad esempio, nessun incrudimento).

SSAB affina continuamente i suoi processi di laminazione affinché i destinatari dei nostri coil in AHSS/UHSS Docol® non debbano ricorrere a una livellatrice di precisione. Ad esempio, per il problema delle "sacche di calore" — la mancanza di planarità a seguito delle sollecitazioni interne durante il processo di tempra — abbiamo sviluppato diverse fasi proprietarie presso i nostri stabilimenti volte a ridurre tali sollecitazioni. 

SSAB offre anche la propria conversione ultraprecisa di coil AHSS/UHSS in lamiere o coil cesoiati, eseguita secondo le nostre specifiche Docol, in modo da ridurre al minimo l'incrudimento e la conseguente riduzione  alla duttilità. I clienti trovano questo servizio particolarmente utile per le nostre qualità martensitiche altoresistenziali.

"Spesso incontrerete dei problemi che non possono essere completamente affrontati dalle specifiche degli OEM del settore automobilistico" afferma José Puente Cabrero, Product Manager di SSAB per gli acciai AHSS Docol laminati a freddo. "Quando si guarda all'intero processo di produzione, le specifiche AHSS rappresentano forse il 20% delle sfide che un materiale deve effettivamente affrontare.
 
"Ad esempio, possiamo discutere del requisito imposto dagli OEM per l'allungamento o la piegabilità di un pezzo e scoprire che ciò che preoccupa veramente l'OEM è il comportamento del componente durante un crash test. Si tratta di un aspetto molto difficile da esprimere in una semplice specifica.

"In luogo di semplici specifiche, SSAB, come fornitore di acciai AHSS, necessita di una comprensione completa del ruolo del componente. Dobbiamo capire in che modo quel componente interagirà con i componenti circostanti. In che modo verrà collegato? Quali sono i crash test in questione? Quali sono i carichi di questi crash test? Quali sono i criteri rilevanti in questi test?

"Lo scenario ideale è quello in cui l'OEM, il produttore dei componenti e il produttore di AHSS/UHSS lavorano insieme nella primissima fase della progettazione dell'auto. In altre parole: Quali sono gli obiettivi finali dell'OEM per questo componente? Se conosciamo gli obiettivi finali dell'OEM, possiamo lavorare a ritroso, quindi  insieme capiamo le geometrie ottimizzate, la formatura e quale acciaio AHSS utilizzare.

"L'esperienza di SSAB è che quando ci imbattiamo in una tolleranza molto rigorosa, dobbiamo chiedere: 'Qual è l'obiettivo di questo requisito?' L'OEM sta cercando di affrontare un problema di produzione — come la coerenza di forma — rendendo più rigorose le specifiche del fornitore?

"L'approccio migliore per tutti — per l'intero processo e i risultati finali — è quando, nelle primissime fasi di progettazione di un componente, si pensa anche al materiale da utilizzare, a come verrà formato e a come risponderà a quei processi di formatura. L'adozione di questo approccio da parte dei progettisti consente una maggiore ottimizzazione del progetto, nonché della formatura e della coerenza di forma del componente finale".

Puente Cabrero aggiunge: "Quanto più coerente rendiamo il nostro acciaio Docol AHSS, tanto più problemi saranno evitati lungo l'intera catena di fornitura e l'assemblaggio.

"Il nostro obiettivo costante in qualità di produttore di AHSS è quello di raggiungere la coerenza nella produzione di massa. SSAB offre alcuni vantaggi intrinseci: La nostra fonte di minerale ferroso, proveniente dal nord della Svezia, è di qualità estremamente elevata e coerente. Ogni qualità Docol viene sempre gestita con grande ripetibilità, indipendentemente dal laminatoio SSAB in cui viene prodotta.

"I nostri clienti ci dicono che l'AHSS Docol è già molto coerente. Essendo questa l'era della digitalizzazione, ci prepariamo a migliorare ulteriormente le nostre prestazioni. Ad esempio, possiamo andare oltre lo standard industriale odierno di fornire FLC (curve limite di formabilità)? E se potessimo prevedere con precisione le proprietà AHSS in modo da poter creare gemelli digitali per i nostri clienti? 

"Immaginate: gemelli digitali specifici per ciascuno dei nostri coil AHSS. Quindi, utilizzando il gemello, i produttori di componenti potrebbero modificare i parametri degli utensili per ottenere una coerenza di forma finale ancora più precisa.

“Rimanete sintonizzati” afferma Puente Cabrero.