CZ306622B6 - Způsob výroby plechového ocelového výlisku s integrovanou přípravou polotovaru nestejné tloušťky - Google Patents

Abstract

Způsob výroby plechového ocelového výlisku s integrovanou přípravou polotovaru nestejné tloušťky probíhá tak, že v prvním kroku je přístřižek (1) z ocelového plechu ohřátý v zařízení (2) pro ohřev na teplotu austenitu dané oceli. Ve druhém kroku je přístřižek (1) přepracován deformací v tvářecím zařízení (3) na plošný polotovar o nestejné tloušťce. Poté je v zařízení (5) pro hluboké tažení zpracován hlubokým tažením do finálního tvaru třírozměrného výtažku (4). V průběhu zpracování hlubokým tažením, nebo okamžitě poté, je třírozměrný výtažek (4) ochlazen tak, že v důsledku vzniku zákalné struktury vznikne vysoce pevná prostorová součást s nestejnou tloušťkou stěny. Ve výhodném provedení je plošný polotovar o nestejné tloušťce před zpracováním hlubokým tažením srovnán v rovnačce (6).

Description

Způsob výroby plechového ocelového výlisku s integrovanou přípravou polotovaru nestejné tloušťky

Oblast techniky

Navrhovaný vynález spadá do oblasti tepelného a termomechanického zpracování určitých výrobků, konkrétně dílů z hlubokotažených plechů.

Dosavadní stav techniky

Prostorově tvarované plechové díly jsou vyráběny zpravidla hlubokým tažením. Tento postup se vyznačuje tím, že se plech s vhodnou, dobře deformovatelnou strukturou tvaruje pomocí tažníku přes hranu tažnice za současného působení přidržovače. Podle tvaru nástrojů vzniká požadovaný tvar. Tímto postupem se deformací za studená materiál zpevňuje a čím vyšší je mez kluzu výchozího materiálu, tím větší je efekt odpružení. Toto odpružení vede k problémům s přesností a opakovatelností výroby. Proto byla v poslední době zavedena nová technologie tažení za tepla s kalením v nástroji. Tato technologie je založena na zpracování plechu, který je ohřát do teplotní oblasti austenitu daného materiálu, poté ve stavu austenitu tažen a díky intenzivnímu odvodu tepla do tažnice je v nástroji ochlazen tak, že ve výtažku vznikne zákalná, tedy zpravidla martenzitická struktura. Díky tomu je dosahován menší rozptyl odchylek způsobených efektem odpružení. Pro uvedenou aplikaci je zpravidla využíván především materiál 22MnB4, u kterého je po zakalení dosahována mez pevnosti cca 1500 MPa. Při dalším zvyšování pevnosti vznikají zpravidla problémy s dosažením potřebných tažností.

Zejména v automobilovém průmyslu aplikace pro bezpečnostní komponenty vyžadují co nejvyšší podíl součinu pevnosti a tažnosti tak, aby při nárazu komponenta dokázala pojmout co největší množství nárazové energie deformací při vysokém přetvářném odporu a nedošlo k její příliš časné destrukci lomem. Tyto nároky lze zčásti zabezpečit vhodnou konstrukcí komponent společně s použitím plechů o nestejných tloušťkách. Tyto polotovary se vyrábějí buď svařováním plechů nestejné tloušťky - tzv. tailored blanks, nebo flexibilním válcováním plechu s proměnnou tloušťkou po délce plechového pásu. Z těchto plechů jsou pak připraveny přístřižky pro hluboké tažení a to jak pro zpracování za studená, tak i za tepla. Pro další zlepšení stavu společně s nároky na zachování nebo dokonce na snížení hmotnosti, je nutné komplexně nadále zlepšovat vlastnosti materiálů, zejména zvyšovat pevnosti a zároveň hledat metody, kterými lze dosáhnout i vyšších tažností.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je způsob výroby plechového ocelového výlisku metodou kalení v nástroji s integrovanou přípravou polotovaru nestejné tloušťky. Způsob výroby je charakteristický tím, že v prvním krokuje polotovar ve formě přístřižku z ocelového plechu ohřát do teplotní oblasti austenitu daného materiálu. Neprodleně poté je vyválcován tak, že je změněna jeho tloušťka podle požadavků na budoucí výtažek. Změny tloušťky přístřižku může být dosaženo buď excentricky tvarovanými nástroji, nebo přestavením válcovací štěrbiny v průběhu válcovacího procesu. Při válcování přístřižku dojde ke zjemnění austenitického zrna, a tím jsou vytvořeny podmínky pro zlepšení mechanických vlastností v důsledku dosažení jemnější finální struktury.

Takto vyválcovaný polotovar ve variantním provedení je neprodleně transportován do rovnačky, kde dojde k odstranění nežádoucích ohybů vzniklých během tváření v tvářecím zařízení. Pokud je užito toto variantní řešení, pak je polotovar z rovnačky neprodleně přesunut do lisu. Pokud variantní řešení s využitím rovnačky použito není, pak je polotovar do lisu přesunut neprodleně po procesu válcování.

- 1 CZ 306622 B6

V lisuje polotovar ve stavu podchlazeného, tedy metastabilního austenitu tvářen hlubokým tažením v nástroji na prostorovou součást a neprodleně poté, nebo již v průběhu hlubokého tažení, v nástroji ochlazen, a tím zakalen. Tímto postupem vzniká zákalná struktura, nejčastěji martenzit.

Čím jemnější jsou útvary martenzitu, tím lepších mechanických hodnot lze tímto postupem dosáhnout. Vzhledem k tomu, že martenzit vzniká při ochlazování z austenitu, závisí výsledná struktura na velikosti zrna austenitu, která je příznivě ovlivněna právě deformací při redukci tloušťky přístřižku. Podstatné na vynálezu je to, že uvedený postup je prováděn na jedno ohřátí. Nedochází tedy opakovaným ohříváním k růstu zrna. Při klasickém postupu zpracování zrno při ohřevu roste, a tím se zvětšují i výsledné martensitické útvary.

Objasnění výkresu

Příkladné provedení navrhovaného vynálezu je popsáno s odkazem na výkres, kde je na: obr. 1 schéma jednotlivých kroků výroby.

Příklady uskutečnění vynálezu

Způsob výroby plechového ocelového výlisku s integrovanou přípravou polotovaru nestejné tloušťky spočívá v tom, že v prvním kroku je přístřižek 1 z ocelového plechu ohřátý v zařízení pro ohřev 2 na teplotu austenitu dané oceli, v tomto případě materiálu 22MnB4 (Tab. 1). Teplota, na kterou je v tomto případě přístřižek 1 ohřát, je 910 °C. Zařízení 2 pro ohřev může být například ve formě pece nebo indukčního ohřevu.

Ve druhém krokuje přístřižek 1 přepracován deformací v tvářecím zařízení 3, kde je redukována jeho tloušťka na plošný polotovar o nestejné tloušťce, a to podle požadavků na tvar výsledné součásti. Tvářecí zařízení 3 je ve formě excentrických válců. Neprodleně poté je polotovar srovnán v rovnačce 6 tak, aby byly odstraněny nežádoucí deformace vzniklé během tváření v tvářecím zařízení 3.

Poté je polotovar přesunut do zařízení 5 pro hluboké tažení, které se skládá z tažníku a tažnice ovládaného lisem. Zde je polotovar tvářen v oblasti podchlazeného, tedy metastabilního austenitu hlubokým tažením do finálního tvaru třírozměrného výtažku 4, a to v rozmezí teplot 900 °C až 420 °C. Materiál bezprostředně přiléhající ke stěně nástroje v zařízení 5 pro hluboké tažení je intenzivně chlazen tak, že vznikne zákalná struktura. V důsledku vzniku zákalné struktury vznikne vysoce pevná prostorová součást s nestejnou tloušťkou stěny.

Po vychlazení na teplotu okolí je v požadované kontuře laserem oříznut přebytečný okraj třírozměrného výtažku 4.

Příkladné provedení je patrné na obr. 1.

c	Si	Mn	Cr	B	Fe
0. 22	0.2	1.25	0.2	0.003	98,127

Tab. 1. Chemické složení materiálu 22MnB4 (hm. %).

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby plechového ocelového výlisku s integrovanou přípravou polotovaru nestejné tloušťky, přičemž způsob zahrnuje proces hlubokého tažení, vyznačující se tím, že v prvním kroku je přístřižek (1) z ocelového plechu ohřátý v zařízení (2) pro ohřev na teplotu austenitu dané oceli, ve druhém krokuje přístřižek (1) přepracován plastickou deformací v tvářecím zařízení (3) na plošný polotovar o nestejné tloušťce a bezprostředně poté je v zařízení (5) pro hluboké tažení zpracován hlubokým tažením do finálního tvaru třírozměrného výtažku (4), přičemž v průběhu zpracování hlubokým tažením, nebo okamžitě poté, je třírozměrný výtažek (4) ochlazen do rozmezí teplot 900 °C až 420 °C tak, že v důsledku vzniku zákalné struktury vznikne vysoce pevná prostorová součást s nestejnou tloušťkou stěny.
2. 2. Způsob výroby plechového ocelového výlisku s integrovanou přípravou polotovaru nestejné tloušťky podle nároku 1, vyznačující se tím, že plošný polotovar o nestejné tloušťce je před zpracováním hlubokým tažením srovnán v rovnačce (6) zatepla.