Постоянство геометрии автомобильных компонентов из прогрессивной высокопрочной стали: решение в комплексном подходе

Благодаря увеличению прочности прогрессивной высокопрочной и сверхпрочной стали производители могут оптимизировать форму и проектировать компоненты сложной геометрии (например, для повышения безопасности в случае столкновения), а также для уменьшения веса использовать материал меньшей толщины. В то же время возникает сложность в обеспечении воспроизводимости или постоянства геометрии автомобильных компонентов.

Использование роботизированных процессов сварки и стремление разместить в полостях компонентов всё большее количество электроники, кабелей и датчиков заставляет производителей применять строгие допуски в отношении формы компонентов (вплоть до ±0,2 – 0,5 мм). Непостоянство формы компонентов может стать для производителей причиной ряда проблем.
1) Неэффективное использование производственных ресурсов из-за изготовления несоответствующих по форме компонентов.
2) Применение трудовых ресурсов для отбраковки несоответствующих по форме компонентов.
3) Расход материала на брак и, что значительно важнее, затрата значительных усилий на выяснение, почему из отвечающей техническим условиям прогрессивной высокопрочной и сверхпрочной стали выходят несоответствующие по форме компоненты.
4) Неэффективное планирование и уменьшение производительности по причине замедления и остановок производства.

Если процесс формовки отвечает требованиям, может ли несоответствие формы быть результатом непостоянства характеристик прогрессивной высокопрочной или сверхпрочной стали?

Под постоянством характеристик прогрессивной высокопрочной и сверхпрочной стали подразумеваются, прежде всего, толщина и плоскостность. Значение других характеристик менее очевидно. Например, непостоянство удлинения, предела текучести, прочности и других параметров может привести к таким проблемам, как усиление напряжений, которые, в свою очередь, негативно влияют на плоскостность. Кроме того, непостоянство характеристик может вызвать нежелательное или непредвиденное пружинение. Вопреки тому, что прогрессивная высокопрочная или сверхпрочная сталь отвечает всем требованиям по размерам и механическим свойствам, форма конечной продукции может не соответствовать допускам. В чём же дело?

При возникновении описанной ситуации производителям следует выяснить, есть ли тенденция в отношении количества несоответствующих требованиям частей. Если есть, можно ли её компенсировать путём настройки формовочной оснастки?  

Если да, необходимо определить, действует ли компенсирующая корректировка по всей длине рулона прогрессивной высокопрочной или сверхпрочной стали? (То есть, имеются ли вариации материала в пределах одного рулона?) Также, есть ли отличия от рулона к рулону?  

Есть большая вероятность того, что прогрессивная высокопрочная и сверхпрочная сталь от разных поставщиков будет различаться. В таком случае производитель должен иметь отдельную оснастку для каждого поставщика. Это достаточно сложные технологические условия, связанные с высоким уровнем непостоянства при регулировке оборудования.

Общий вывод: чем более постоянны характеристики материала, тем проще обеспечить соответствие готового изделия установленным допускам.

Непостоянная плоскостность прогрессивной высокопрочной и сверхпрочной стали является основной причиной несоответствия формы компонентов допускам. Такое несоответствие приводит к проблемам с ровностью профиля, деформацией торца и контролем позиционирования, также возможно неравномерное расположение перфорации и базовых отверстий по длине компонента. Можно ли решить проблему с помощью прецизионной правильной машины?

Прецизионные правильные машины действительно применяются для решения таких проблем, как остаточная деформация рулона, поперечная кривизна и связанные с термическими напряжениями изъяны плоскостности материала. Это оборудование применяется в металлообработке, однако следует обратить внимание на следующую информацию из статьи портала WorldAutoSteel.

«Для выравнивания деформации и волнистости краёв предел текучести рулонной прогрессивной стали высокой прочности должен быть превышен в поперечном сечении на 50 или более процентов. Это может привести к механическому упрочнению рулонной стали, что негативно влияет на её формуемость... Последовательное повышение предела текучести прогрессивной высокопрочной стали ставит под сомнение пригодность прецизионных и других правильных машин, не предназначенных для выравнивания материалов высокой прочности».

Последовательное повышение предела текучести прогрессивной высокопрочной стали ставит под сомнение пригодность прецизионных и других правильных машин, не предназначенных для выравнивания материалов высокой прочности.

Прецизионные правильные машины имеют большой размер, что усложняет их размещение в линии изготовления заготовок. Вместе с тем, выполнение этой операции силами третьей стороны имеет определённые недостатки: производитель компонента не может быть уверен в том, что механические свойства прогрессивной высокопрочной или сверхпрочной стали были сохранены (например, не произошло упрочнения) третьей стороной.

Благодаря постоянной оптимизации производственных процессов компания SSAB поставляет прогрессивную высокопрочную и сверхпрочную сталь Docol®, для которой не требуется обработка прецизионными правильными машинами. К примеру, на нашем производстве были разработаны меры, направленные на то, чтобы исключить изъяны плоскостности, связанные с внутренними напряжениями, возникающими в процессе закалки материала.  

Компания SSAB предлагает услуги по прецизионной нарезке рулонной прогрессивной высокопрочной и сверхпрочной стали в листы и узкие рулоны с соблюдением спецификаций Docol, что позволяет свести к минимуму упрочнение и его влияние на связанную  с ним пластичность. Заказчики находят этот сервис особенно полезным для мартенситной стали высокой прочности.

Мы часто сталкиваемся с проблемами, которые могут не быть полностью связаны со спецификациями автопроизводителя, – говорит Хосе Пуэнте Кабреро, руководитель направления холоднокатаной прогрессивной высокопрочной стали Docol в SSAB, – Если взглянуть на производственный процесс, то можно заметить, что из всех задач, касающихся материала, только порядка 20% связано с характеристиками стали.
 
К примеру, когда мы обсуждаем с производителем удлинение компонента или его подверженность гибке, мы узнаём, что на самом деле его волнует стойкость данного компонента в условиях краш-теста – то, что сложно выразить обычной спецификацией.

Компании SSAB, как поставщику прогрессивной высокопрочной стали, необходимо понимать не технические параметры, а функцию компонента. Нам нужно знать, как он взаимодействует с другими частями, каким образом соединён, каким будет подвергнут испытаниям и нагрузкам, какие будут использоваться критерии оценки.

В идеальном сценарии производитель компонентов должен начать сотрудничество с поставщиком прогрессивной высокопрочной и сверхпрочной стали на раннем этапе проектирования конструкции автомобиля. Другими словами, нам необходимо знать, какую цель преследует производитель. Если перед нами есть конечная цель, мы всегда можем  сделать шаг назад и вместе определить оптимальную геометрию, метод формовки и марку прогрессивной высокопрочной стали.

Сталкиваясь со строгими допусками, нам приходится спрашивать, какова их цель. Возможно, устанавливая для поставщика высокие требования, производитель пытается решить производственные проблемы, такие как постоянство формы компонентов.

Как для процесса, так и для конечного результата наилучшим решением будет на ранней стадии проектирования обдумать, из какого материала будет выполнен компонент, каким образом он будет формован, и как отреагирует на обработку. Такой подход поможет инженерам получить компонент оптимальной конструкции, обеспечит эффективность процесса формовки и постоянство формы».

Пуэнте Кабреро продолжает: «За счёт применения прогрессивной высокопрочной стали Docol с постоянными характеристиками можно решить целый ряд проблем в цепи поставки и на этапе сборки компонентов.

Наша цель, как поставщика прогрессивной высокопрочной стали, добиться постоянства характеристик в условиях массового производства. Компания SSAB обладает существенными преимуществами: железная руда, которую мы получаем из горных разработок на севере Швеции, отличается чрезвычайно высоким качеством и постоянством. Свойства каждой партии стали Docol воспроизводятся с высокой точностью, на каком бы заводе SSAB она ни была выплавлена.

Сегодня наши заказчики отмечают высокое постоянство характеристик стали Docol. Несмотря на это, мы ориентируемся на цифровые технологи, чтобы предложить больше. Например, мы можем перейти на более строгие стандарты кривых предельной формуемости, чем установлены в отрасли. А что если мы сможем с точностью предсказывать свойства прогрессивной высокопрочной стали и создавать цифровые аналоги продукции?  

Представьте себе: чтобы обеспечить максимальное постоянство формы, производитель компонентов использует цифровой аналог рулона и выбирает соответствующую оснастку.

Следите за нашими новостями», – завершает Пуэнте Кабреро.