1500 ve 1700 MPa otomotiv çeliklerinde soğuk stampalama

EV'ler ve 5 yıldızlı çarpışma performansı, piyasanın daha güçlü çeliklere yönelmesini sağladı

Otomotiv sektörünün 5 yıldızlı çarpışma performansına olanak tanıyan yüksek dayanımlı hafif gövde yapıları hedeflerine ulaşmak için, araba OEM'lerinin daha yüksek dayanımlı AHSS/UHSS çelik kullanımını daha da artırmayı planladığı son derece açıktır. Bilhassa elektrikli araçlar, özellikle ağır akü takımlarını taşımak ve korumak için, yeni yöntemlerle kullanılan daha yüksek dayanımlı malzemeler gerektirir.

Birkaç yıldır 1,5 GPa çelikler, otomotiv BIW uygulamalarında görece basit profiller oluşturmak için haddeli şekillendirilmektedir. Ancak şimdi, presleme teknolojisindeki sistematik ilerlemeler, BIW tasarımcılarına ve üretim mühendislerine, sadece sıcak preslemeye güvenmek yerine, orta düzeyde karmaşık profiller için 1,5 GPa çelikleri soğuk stampalama olanağı sunuyor

Soğuk şekillendirmenin gigapaskal çelikler için avantajları

Soğuk şekillendirmenin artıları:

1. %28'e kadar daha ucuz: Soğuk şekillendirme işlemi, sıcak stampalamanın önemli ölçüde daha yüksek olan çalışma maliyetleri nedeniyle sıcak şekillendirmeye kıyasla önemli ölçüde daha ucuzdur.
2. Sıcak stampalamaya kıyasla çok daha az enerji tüketimi, hem daha düşük enerji maliyeti hem de daha düşük CO₂ ayak izi sağlar.
3. Martensitli çelikler, preste sertleştirilen çeliklerden (PHS) daha geniş bir mekanik özellik aralığında sunulmaktadır.
4. Soğuk şekillendirilmiş martensitli parçalar, sıcak stampalı parçalara göre daha iyi bir son yüzey kalitesine sahiptir.
5. Soğuk stampalanmış parçalar için ek bir temizlik (kumlama) gerekmez.
6. Soğuk stampalanmış parçalar mekanik olarak delinebilir ve trimlenebilirken, preste sertleştirilmiş parçalar ise hidrojen gevrekliğinden kaçınmak için daha pahalı lazer operasyonları gerektirir.
7. Martensitli çelikler, katodik korozyon korumasıyla sunulur.
8. Martensitli sınıflar, daha düşük eşdeğer karbon içeriği (Ceq veya C.E.) sayesinde PHS'lerden daha iyi kaynaklama özellikleri sunar.

Soğuk şekillendirmeyle ilgili hususlar

1. Yüksek düzeyde karmaşık şekilleri soğuk şekillendirmek mümkün değildir.
2. Geri yaylanma ve karşı önlemler planlanmalıdır - ancak bu Japonların ve diğerlerinin yapılabileceğini kanıtladığı bir alandır: Aşağıda yer alan bir sonraki bölüme ve Geri Yaylanma Yönetimine bakın.

Kaynak: SSAB.

Japonya 1,5 GPa soğuk stampalamaya öncülük ediyor

30 yılı aşkın süredir Japon otomotiv çeliği danışmanı olan Hiroshi Kondo, "Dünyanın geri kalanıyla karşılaştırıldığında, Japon kalıp üreticileri 1500 MPa çelikler için gereken daha yüksek kuvvetleri karşılamak için kalıplarını ve takımlarını daha kapsamlı bir şekilde geliştirdiler," diyor. "Tüm Japon araba OEM'leri şimdi soğuk stampalama için 1500 megapaskal çelikleri değerlendiriyor."

Kondo sözlerine, "Geleneksel olarak Japon OEM'ler ve yan sanayileri, haddeli şekillendirme veya sıcak stampalamaya nazaran soğuk stampalama ile her zaman daha rahat etmiştir," diyerek devam ediyor. "Soğuk stampalamanın haddeli şekillendirmeye kıyasla bir avantajı da, stampanın parçanın geometrisi konusunda size daha fazla özgürlük sağlamasıdır."

"Dahası, soğuk stampalamanın sıcak stampalamaya kıyasla sunduğu diğer tüm avantajlar da var. Japon otomobil üreticileri için önemli olan düşük enerji kullanımı ve hızlı çevrim süresidir. Elbette şimdi CO₂ ayak izi de önem taşıyor. Tüm bunlar, sıcak stampalama yerine soğuk stampalama kullanımına işaret ediyor."

Hangi otomotiv parçaları 1,5 GPa'da soğuk stampalanabilir?

1500M uygulamalarında soğuk stampalama için potansiyel adaylar yan intrüzyon kirişlerini, tampon kirişlerini, çapraz kirişleri ve bunların takviyelerini içerir.

SSAB Otomotiv İş Geliştirme Uzmanı Kenneth Olsson, "Çoğu marşpiyel, marşpiyel takviyesi, taban çapraz kirişleri ve bazı tavan kirişleri haddeli şekillendirilebilir," diyor. "Ancak şekilleri nedeniyle haddeli şekillendirilemeyen birçok parça var."

Olsson sözlerine, "Sıcak stampalama her zaman bir seçenek olsa da, daha pahalıdır, daha yavaştır ve fırınlarınızı -çoğu üreticide olduğu gibi- fosil yakıtlarla ısıtıyorsanız, otomobil OEM'lerinin sürdürülebilirlik hedeflerine aykırı gelen CO₂ emisyonları vardır." diyerek devam ediyor. Bu nedenle, 1500 MPa dayanım düzeylerinde soğuk stampalama heyecan verici ve nispeten yeni bir gelişme."

Kenneth Olsson.

Soğuk stampalamalı 1,5 GPa ve 1,7 GPa çeliklerde etkileyici denemeler

KIRCHHOFF Automotive, bu yan darbe kirişi prototipini Docol^® 1500M ve 1700M çelik sınıflarını kullanarak soğuk stampalamayı başardı. Üstteki fotoğraflar şekillendirilmiş parçaları, alttaki fotoğraflar 3 noktalı bükme testinden sonraki parçaları göstermektedir.

Bazı otomobil parçalarını güçlendirmek kolay bir karardır

Docol^® CR1150Y1400-MS-EG çeliğinden soğuk stampalanmış bu yan darbe kirişi, CR950Y1200T-MS-EG için tasarlanmış bir seri üretim kalıbında başarıyla test edildi. SSAB'nin şekillendirme uzmanları, parçanın CR1220Y1500T-MS-EG kullanılarak başarılı bir şekilde soğuk stampalanabileceğine inanıyor.

Soğuk şekillendirme, hidrojen gevrekliği tuzaklarını önler

Sıcak stampalamadan sonra üreticiler trimleme ve delme işlemi sırasında son derece dikkatli olmalıdır, aksi takdirde gecikmeli kırıklar oluşabilir. Sonuç olarak, sıcak stampalanmış parçaları delmek veya trimlemek için genellikle lazere ihtiyaç duyulur ve bu lazerler geleneksel mekanik aletlerden daha karmaşık ve pahalıdır.

Soğuk şekillendirme ile, stampalama makinelerinde, 1,5 GPa çeliklerde bile gecikmeli kırılma riski olmadan geleneksel mekanik delme ve kırpma trimleme takımları kullanabilir. Sıralı mekanik trimleme ve delme de, stampa makineleri için bilinen, hızlı ve uygun maliyetli proseslerdir.

Ultra yüksek dayanımlı çeliklerde soğuk stampalama geri yaylanmasının yönetimi

Sıcak stampalamanın iki önemli avantajı, çok karmaşık şekiller oluşturabilmesi ve geri yaylanmayı ortadan kaldırmasıdır. Ancak Japon stampa makineleri ve diğerleri, soğuk stampalanmış parçalarda geri yaylanmayı kontrol etmek için bir dizi strateji geliştirdi:

1. Simülasyonlar: Şekillendirme simülasyonları, tasarımcıların, geri yaylanmayı kontrol etmek ve soğuk stampalanmış parçaların nihai doğruluğunu iyileştirmek için parça geometrisini optimize etmelerine olanak tanır.
2. Optimizasyon: Düz bükme hatları ve özel tasarlanmış köşe (yarıçap) konfigürasyonlarının kullanımını içerir.
3. Boncuklar: Daha iyi bir geri yaylanma kontrolü için çekme boncuklarının şekli ve yerleşimi.
4. Kalıp geometrisi: CR1220Y1500T-MS gibi daha düşük akma dayanımlı bir çelikten geçildiğinde, daha yüksek geri yaylanmayı telafi etmek için kalıp geometrisinde bazı değişiklikler yapılması gerekebilir.
5. Takımlar: Daha yüksek kalıp kuvvetleriyle başa çıkmak için, aşınma direnci ve kaplamalar da dahil olmak üzere iyileştirilmiş takım malzemeleri.

UHSS'lerde soğuk stampalama hakkında diğer uzmanların görüşleri

Martensitli çelikler, World Auto Steel'in martensit web sayfasında yazdığı gibi, sıcak şekillendirilmiş preste sertleştirilen çeliklere karşı soğuk şekillendirilebilen bir alternatif sunar.

Soğuk stampalamanın kullanılması, kalıp işleme sırasında farklı stratejileri düşünme esnekliği sağlar ve bu da geri yaylanmanın azalmasına veya haddeli şekillendirmede ulaşılamayan parça özelliklerinin eklenmesine olanak tanıyabilir. Martensitli çeliklerin soğuk stampalanması, yumuşak kıvrımlı basit şekillerle sınırlı bir süreç değildir.

World Auto Steel, üst kısmı CR1200Y1470T-MS ve alt kısmı CR320Y590T-DP özel kaynak kalıbıyla soğuk stampalanmış bir merkez dış direğinin fotoğrafını gösteriyor. Şunlara değiniyorlar:

Sac çelik akma dayanımı ile şapka şekilli parçaların 3 noktalı bükülme deformasyonu arasında bir korelasyon olduğunu tespit eden bir çalışma. Akma dayanımı karşılaştırmasını temel alarak...CR12001470T-MS, aynı kalınlıkta sıcak stampalanmış PHS-CR1800T-MB ve PHS-CR1900T-MB ile benzer performansa sahiptir ve sık kullanılan PHS-CR1500T-MB'yi aşar.°Bu nedenle, uygun pres, proses ve kalıp tasarımlarını sağlayarak, soğuk stampalama yaklaşımıyla maliyeti ve ağırlığı azaltma potansiyeli olabilir.

Makalede, martensitli 1500 MPa çelikten yapılan, ticari üretimde soğuk stampalanmış bir travers takviyesi gösterilmektedir:

Bu parçanın değişken yüksekliği, en dış kenarlarda eşitsiz bir çapraz kesitle birlikte, geri yaylanmanın kontrol edilmesine yardımcı olur, ancak soğuk şekillendirme yaklaşımı söz konusuysa [soğuk stampalama süreci yerine] haddeli şekillendirmeyi çok daha zor hale getirir.

Makalede, geri yaylanma hassasiyetinin azaltılması yoluyla ebat doğruluğunun artırılması için patentli Stress Reverse Forming™ işlemini kullanan soğuk şekillendirilmiş 1500T-MS merkez tavan takviyesi örneği yer almaktadır.

1,5 GPa soğuk stampa ile 1,5 GPa sıcak stampa karşılaştırması

Doğruluk: Geri yaylanma olmadan, preste sertleştirilmiş parçalar son derece hassas olabilir. Soğuk stampalamada, kapsamlı geri yaylanma yönetimi, parçaların doğruluğu açısından kilit önem taşır.
Parçanın şekli: Sıcak stampalama yüksek düzeyde karmaşık parça şekilleri için ideal olsa da, soğuk stampalama da parça karmaşıklığında etkileyici ilerlemeler kaydediyor.
Çevrim süresi: Soğuk stampalama, preste sertleştirmeye kıyasla çok daha hızlıdır.
Enerji tüketimi: Sıcak stampalama hızlı ısıtma (900°C'ye kadar) ve hızlı soğutma gerektirir; soğuk stampalama ise bunlara ihtiyaç duymadığından nakit ve emisyon açısından tasarruf sağlar.
Trimleme/Delme: 1.5 GPa PHS parçaları hidrojen gevrekleşmesini önlemek için lazer trimleme ve delme gerektirir. Öte yandan, soğuk stampalanmış 1500 MPa parçalar mekanik olarak kesilebilir ve sıralı delinebilir.

Fotoğraflar KIRCHHOFF Automotive'in izniyle kullanılmıştır.

1400M yan darbe kirişi, 1200M için tasarlanmış bir kalıpta başarılı bir şekilde soğuk stampalanmış.

Haddeli şekillendirme: Hâlâ çok yaygın bir yöntem

Soğuk stampalanan 1,5 GPa parçalar nispeten yeniyken, (soğuk) haddeli şekillendirilen UHSS çelikler yıllardır yaygın olarak kullanılmaktadır (Japonya haricindeki ülkelerde). Tasarımcılar ve yan sanayiciler, üretilebilecek şekillerin sınırlarını zorlayarak, haddeli şekillendirme uygulamalarında giderek daha sofistike hale geldiler.

Örneğin, Shape Corp. Docol^® CR1350Y1700-MS-UC çeliğini tasarladı ve ardından Ford modellerinde seri üretim için 3D bükme uygulayarak tavan rayına dönüştürdü. Sonuç, daha ince duvarları ile araçtaki yolcuların daha iyi görülebilmesini sağlayan, düşük ağırlıklı, uygun maliyetli ve enerji verimli bir parçadır.

On yıldan uzun bir süredir, bu düşük ağırlıklı marşpiyeller Docol^® CR1150Y1400T-MS-EG'nin sıralı şekillendirilmesi ve kesilmesiyle haddeli şekillendirildi. SSAB şekillendirme uzmanları, bunun gibi haddeli şekillendirilmiş parçaları 1700 MPa'ya yükselten müşterilerle görüşmek istiyor.

Shape Corp bu CR1700M tavan rayını önce haddeli şekillendiriyor, ardından 3D büküyor. Görseller Shape Corp'un izniyle kullanılmıştır.

Görsel, Ford Motor Company'nin izniyle kullanılmıştır.

3D haddeli şekillendirme: Çözüm sunmaktan çok sorun mu çıkarıyor?

UHSS'de biraz daha karmaşık geometriler yapmak için alternatif bir yol olarak üç boyutlu haddeli şekillendirme önerildi.

SSAB'nin çarpışma performansı uzmanları, Docol^® EV Tasarım Konseptinde akü koruması için 1700M'de 3D haddeli şekillendirme kullanımını önerdi. Buradaki tasarım, bu tür yapıların geleneksel yüksekliğinin yarısı kadar olan olağanüstü güçlü bir EV akü kasası tabanı için, kafes desenli 3D haddeli şekillendirilmiş ("oluklu") kirişlerden faydalanmaktadır.

Araç tabanının altındaki mavi kirişler, akü kasasının kafes ("mesh") yapısıdır. Docol 1700M'den yapılan 3D haddeli şekillendirilmiş kirişlerin çapraz örüntüsü, kafes yüksekliğini 2 kat azaltır.

Docol^® CR1220Y1500T-MS ne kadar soğuk şekillendirilebilirdir?

Docol^® Martensitli 1500 MPa, aşağıdakilerle de kanıtlandığı üzere, soğuk şekillendirme için gelişmiş olanaklar sağlar:

• 2,0 derin çekme oranı
• Tipik olarak %40'lık delik genişletme oranı
• 4,0*t garantili bükme
• 3,5*t garantili haddeli şekillendirme

Soğuk şekillendirilen UHSS'lerde bir sonraki adım nedir?

SSAB, soğuk şekillendirme proseslerinin daha kısa punta süreleriyle, daha basit preslerle ve daha az enerji kullanımıyla, araba üreticilerinin basitleştirilmiş üretim, azalan maliyet ve sürdürülebilirlik hedeflerine çok uygun olduğunu bilerek, yeni soğuk şekillendirme teknolojilerinin tanıtım ve dağıtımını dikkatle takip ediyor.

En iyi sonuçlar için, beyaz gövde parçaları tasarımcılarını, şekillendirme uzmanlarımızı ürün geliştirmenin erken aşamalarında sürece dahil etmeye teşvik ediyoruz. Projenizin hedeflerini ve amaçlarını açıklamak için yerel Docol^® temsilcinizle görüşün.