Zgodność kształtu w przypadku części motoryzacyjnych AHSS: kompleksowe podejście

Ponieważ stale rośnie wytrzymałość gatunków stali AHSS/UHSS — jednocześnie umożliwiając uzyskiwanie zoptymalizowanej, ale złożonej geometrii (na przykład, by pomóc osiągnąć odporność na zderzenia) i cieńszych blach (dla lekkości konstrukcji) — dla producentów części staje się coraz trudniejsze produkowanie komponentów motoryzacyjnych o jednorodnie zgodnych kształtach.

Tolerancje OEM dla kształtu części mogą wynosić nawet ±0,2 do 0,5 mm, aby zapewnić precyzję spawania zautomatyzowanego i możliwość wypełniania wgłębień części stale rosnąca ilością elektroniki, kabli i czujników. Jeżeli części nie mają zgodnego kształtu, producenci części tracą poczwórnie:
1) Marnotrawstwo zasobów produkcyjnych na skutek powstających części poza tolerancjami kształtu.
2) Marnotrawstwo zasobów roboczych zajmujących się sortowaniem części.
3) Strata materiału nadającego się tylko na złom oraz co ważniejsze, próby rozwiązania problemu dlaczego materiały AHSS/UHSS „zgodne ze specyfikacją” mogą tworzyć kształty poza zakresem tolerancji.
4) Marnotrawstwo zasobów planowania i ogólnie niższa wydajność produkcji z powodu spowolnienia produkcji i przestojów.

Jeśli nie dzieje się nic złego w procesie formowania, rozważ, czy twoje niezgodności w zakresie kształtu mogą być wynikiem niejednorodności stali AHSS/UHSS?

Jednorodna zgodność stali AHSS/UHSS uwzględnia oczywiście i grubość i płaskość stali. Mniej oczywiste są inne okoliczności. Na przykład, niejednorodności właściwości materiałowych (wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności, wydłużenie itp.) mogą prowadzić do problemów takich jak, poważne naprężenia, które z kolei powodują problemy z płaskością. Niejednorodności mogą także prowadzić do niechcianego lub niespodziewanego zachowania w zakresie odskoków sprężystych. Stal AHSS/UHSS może spełniać wszystkie parametry techniczne pod względem wymiarowania i właściwości mechanicznych — jednak producent części nadal na koniec produkcji uzyskuje kształt części poza zakresem tolerancji. O co tutaj chodzi?

W powyższej sytuacji, producent części powinien się zastanowić: Czy istnieje tendencja do wytwarzania części niezgodnych z zakresem tolerancji? Jeśli tak jest, czy możemy to skompensować, dokonując różnych regulacji naszego urządzenia do formowania? 

Jeśli tak, wtedy nasuwa się pytanie, czy nasze korekty kompensacyjne działają na całej długości kręgu stali AHSS/UHSS? (Innymi słowy, czy istnieją zmiany w obrębie kręgu?) Oraz, czy istnieją różnice między jednym a drugim kręgiem? 

Prawie na pewno pojawią się różnice w kręgach pochodzących od różnych dostawców AHSS/UHSS. Teraz producent części musi dysponować jednym zestawem narzędzi dla każdego dostawcy stali AHSS/UHSS. Takie podejście szybko się komplikuje i staje się podatne na uzyskiwanie niejednorodności przy każdej regulacji sprzętu.

Kluczowa kwestia: Im bardziej jednorodny jest materiał AHSS, tym łatwiej jest uzyskać finalną część będącą w zakresie tolerancji.

Niejednorodna płaskość stali AHSS/UHSS stanowi główną przyczynę przekraczania przez produkowane części tolerancji dla określonych kształtów. Problemy z kształtem poza zakresem tolerancji obejmują prostoliniowość profilu, rozszerzenia u wylotu, problemy z kontrolą pozycji oraz wycięcia i otwory odniesienia nieprawidłowo ułożone od przodu do tyłu części. Czy precyzyjne prostowarki mogą pomóc?

Precyzyjne prostowarki zostały użyte, by prawidłowo zaadresować problem płaskości kręgów AHSS, w tym problemy z ułożeniem, przegięciem poprzecznym i tzw. kieszeniami cieplnymi. Precyzyjne prostowarki znajdują swoje miejsce przy obróbce metalu, jednak cytując ostatni artykuł WorldAutoSteel:

„Korekta pofalowania i odkształceń krawędzi wymaga przekroczenia granicy plastyczności dla taśmy stalowej (AHSS) na poziomie co najmniej 50% wartości przekroju poprzecznego taśmy; może to zwiększyć potencjał utwardzania taśmy stalowej, negatywnie wpływając na jej podatność na formowanie . . . . Stopniowo coraz wyższa granica plastyczności dla stali AHSS stanowi wyzwanie dla możliwości obróbki przez wyrównywarki i precyzyjne prostowarki, które nie zostały zaprojektowane do spłaszczania takich materiałów o wysokiej wytrzymałości".

Stopniowo coraz wyższa granica plastyczności dla stali AHSS stanowi wyzwanie dla możliwości obróbki przez wyrównywarki i precyzyjne prostowarki, które nie zostały zaprojektowane do spłaszczania takich materiałów o wysokiej wytrzymałości.

Precyzyjne prostowarki są też bardzo dużymi urządzeniami, które trudno umieszczać przed operacjami wykrawania. Jednak alternatywa outsourcingu wyrównywania precyzyjnego ma też swoje wady: Producent części nie może być pewien, czy właściwości mechaniczne stali AHSS/UHSS zostały zachowane (np., brak wzmocnienia metalu przez odkształcenie).

SSAB nieustannie udoskonala swoje procesy hutnicze, tak by odbiorcy naszych kręgów z Docol® AHSS/UHSS nie musieli używać urządzeń do prostowania. Na przykład, w razie wystąpienia problemu „kieszeni cieplnych” — warunki mniej korzystne niż to może wynikać z naprężeń wewnętrznych pochodzących z hartowania — w naszej hucie podjęliśmy odpowiednie kroki w celu zredukowania tych naprężeń. 

SSAB dodatkowo oferuje swoją własną, bardzo precyzyjną konwersję kręgów AHSS/UHSS na arkusze lub taśmy, wykonywane zgodnie z naszymi specyfikacjami dla stali Docol, dzięki czemu utwardzanie i wynikające z tego obniżenie plastyczności,  jest minimalizowane. Klienci szczególnie cenią sobie tę usługę w przypadku naszych wysoko wytrzymałych gatunków martenzytycznych.

„Tak wiele razy napotkasz problemy, których nie można w pełni rozwiązać na podstawie specyfikacji podanych przez producentów” twierdzi José Puente Cabrero, Menedżer Produktu SSAB Docol Cold-Rolled AHSS. „Biorąc pod uwagę cały proces produkcji, specyfikacje parametrów stali AHSS stanowią może 20% wyzwań, którym materiał rzeczywiście musi sprostać.
 
„Przykładowo, możemy omawiać wymogi producenta OEM dotyczące wydłużenia lub podatności na zginanie danej części, a odkrywamy, że to, o co rzeczywiście chodzi producentowi dotyczy zachowania się tej część w trakcie testu na zderzenie. I jeszcze coś, co bardzo trudno wyrazić w prostej specyfikacji.

„Zamiast zwykłych parametrów technicznych, SSAB, jako dostawca stali AHSS, w rzeczywistości potrzebuje kompleksowego zrozumienia, jaką rolę pełni dana część. Potrzebujemy zrozumieć, jak ta część będzie współdziałała z otaczającymi ją częściami. Jak to będzie połączone? Jakie testy na zderzenie są odpowiednie? Jakie są obciążenia w tych testach na zderzenie? Jakie są odpowiednie kryteria w tych testach?

„Idealny scenariusz jest wtedy, gdy producent OEM, wytwórca części i producent stali AHSS/UHSS pracują razem w bardzo wczesnym stadium projektowania samochodu. Innymi słowy: Jakie jest ostateczne przeznaczenie tej części pomyślane przez producenta OEM? Jeśli znamy finalne cele producenta OEM, możemy pracować wstecz, tak  byśmy razem zrozumieli zoptymalizowane geometrie, formy i którą stal AHSS użyć.

Doświadczenie SSAB polega na tym, że kiedy napotykamy bardzo zawężoną tolerancję, musimy zapytać: ‘Co się kryje za tym wymaganiem?’ Czy producent OEM próbując nazwać problem produkcyjny — np. zgodność kształtu — zawyża specyfikacje wymagane od dostawcy?

„Co działa lepiej dla każdego — dla przebiegu całego procesu i końcowych wyników — wtedy, gdy na bardzo początkowym etapie projektowania części myślisz również, który materiał zastosujesz i w jaki sposób będzie on formowany, a także jak zareaguje na te procesy formowania. Jeżeli projektanci myślą w ten sposób, ich projekt staje się optymalny — podobnie będzie z formowaniem i jednorodnością kształtu elementu końcowego”.

Puente Cabrero kontynuuje, „Im bardziej jednorodnie wytwarzamy naszą stal Docol AHSS, tym więcej problemów będzie można uniknąć w całym łańcuchu dostaw i montażu.

„Naszym stałym celem jako producenta stali AHSS jest osiągnięcie jednorodności w seriach produkcji masowej. SSAB ma pewne niewątpliwe zalety: Nasze źródło rudy żelaza, z północnej Szwecji, jest ekstremalnie wysokiej jakości i bardzo jednorodne. A każdy gatunek stali Docol zawsze działa z wielką powtarzalnością — niezależnie od tego, która huta SSAB go produkuje.

„Nasi klienci mówią nam, że Docol AHSS jest naprawdę bardzo jednorodna. Jednak to jest wiek dygitalizacji: więc przygotowujemy się na to, by oferować więcej. Na przykład, czy możemy wykraczać poza dzisiejsze standardy obowiązujące w branży, oparte na wyznaczaniu krzywych granicznych odkształcenia (forming limit curves - FLC)? Co jeśli moglibyśmy dokładnie przewidzieć właściwości AHSS, abyśmy mogli tworzyć cyfrowe bliźnięta dla naszych klientów? 

„Wyobraź sobie: Bliźniaki cyfrowe, które są właściwe dla każdego naszego kręgu stali AHSS, tak, by producent części mógł, za pomocą bliźniaka zmienić parametry narzędzia, aby uzyskać jeszcze bardziej precyzyjną jednorodność kształtu końcowego.

„Bądźcie czujni”, mówi Puente Cabrero.