PL241152B1 - Hybrydowy sposób wytwarzania belek drzwiowych samonośnego nadwozia samochodu osobowego - Google Patents

Abstract

Hybrydowy sposób wytwarzania belek drzwiowych samonośnego nadwozia samochodu osobowego polegający na tym, że w pierwszym etapie produkcji w temperaturze pokojowej, metodą tłoczenia, wstępnie kształtowane są strefy komponentu o stopniu przetłoczenia większym od 2.2, gdzie wstępnie kształtowane są głębokie przetłocznia równe od 60% do 80% docelowej swojej głębokości (b) oraz od 45% do 75% docelowej szerokości (a). W drugim etapie nagrzany półprodukt tłoczy się i hartuje znanym sposobem.

Description

PL 241 152 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy sposób wytwarzania belek drzwiowych przeznaczonych dla samonośnego nadwozia samochodu osobowego.

Tradycyjny sposób produkcji belek drzwiowych polega na nagrzaniu płaskiej formatki do temperatury austenityzacji (około 950°C). Taka płaska formatka jest przenoszona do tłocznika, którego elementy kształtujące (matryca, stempel, docisk) są chłodzone wodą o temperaturze 20°C. Po przeniesieniu formatki do tłocznika następuje proces formowania kształtu belki. Po uformowaniu belki elementy tłocznika wraz z uformowaną belką są do siebie dociskane z pełną mocą prasy przez okres około 8 sek. W tym czasie następuje hartowanie belki, dzięki chłodzeniu wodnemu elementów narzędzia. W procesie hartowania belka stara się uzyskać wyższe parametry mechaniczne takie jak twardość ponad 400 HV, granicę wytrzymałości ponad 1500 MPa.

Wadą tej metody są trudności, a wręcz brak możliwości uzyskania odpowiednich parametrów mechanicznych (twardość >400 HV, Re > 1050 MPa i Rm > 1450 MPa) na pionowych ściankach belki o kącie pochylenia między 0,5° a 1,5° oraz brak możliwości ukształtowania belki o większym stopniu przetłocznia niż 2.2. Największy możliwy do uzyskania stopień przetłoczenia jest równy 1.6.

Znany jest z opisu wynalazku WO2017144612 sposób wytwarzania komponentu pojazdu samochodowego z co najmniej dwoma obszarami o różnych parametrach mechanicznych. Sposób wytwarzania charakteryzuje się następującymi etapami: dostarczenie wstępnych półwyrobów w szczególności półwyrobów wstępnie wyciętych, wykonanych ze stopu stali, który może być utwardzany, równomierne ogrzewanie półfabrykatu do temperatury większej niż temperatura AC1, równomierne przechłodzenie półfabrykatu do temperatury między 450 a 700°C, częściowe podgrzanie półwyrobu od temperatury AC3 i utrzymywanie obszarów drugiego rodzaju w temperaturze przechłodzenia, tłoczenie na gorąco i hartowanie przez tłoczenie częściowo hartowanego półwyrobu, tak aby utworzyć element pojazdu silnikowego, w którym wytrzymałość na rozciąganie większą niż 1400 MPa jest wytwarzana w obszarach pierwszego rodzaju, wytrzymałość na rozciąganie mniejsza niż 1050 MPa jest wytwarzana w obszarach drugiego typu, z regionem przejściowym pomiędzy wspomnianymi regionami.

Z opisu wynalazku US2013037178 znana jest stal do hartowania i tłoczenia na gorąco i metoda jej produkcji. Rozwiązanie dotyczy produkowanego elementu z ochronną powłoką metaliczną zespoloną z materiałem elementu. Przykłady takich powłok ochronnych mogą obejmować powłoki na bazie aluminium, a także kombinacje aluminium i krzemu. Wstępna dyfuzja powłoki z materiałem pozwala na uzyskanie wysokiej szybkości nagrzewania półwyrobu do operacji tłoczenia i hartowania bez efektu miejscowego topnienia lub odparowania powłoki ochronnej.

W opisie wynalazku US2017183755 zaprezentowano linię do tłoczenia na gorąco i sposób jej działania. Linia posiada stanowisko kontroli temperatury i narzędzie do formowania na gorąco i hartowania. Zastosowano liniowy układ przenośnikowy do transportowania metalowego półwyrobu lub formowanych wyrobów z blachy stalowej, odpowiednio, przez linię do tłoczenia na gorąco.

Znany jest także z opisu wynalazku US2018282835 sposób wytwarzania e lementu dla pojazdu może obejmować dostarczenie obrabianego przedmiotu składającego się z obrabialnego cieplnie materiału stalowego z powłoką zawierającą cynk po obu stronach, co najmniej częściowe podgrzanie przedmiotu obrabianego do temperatury powyżej Ac1, uformowanie wyrobu w narzędziu składającym się z co najmniej jednego stempla i co najmniej jednej matrycy i zamkniecie tłocznika poprzez ruch względny stempla lub matrycy oraz tłoczenie na gorąco lub z jednoczesnym hartowaniem. Co najmniej jeden obszar formowanego przedmiotu może być chłodzony w zamkniętym tłoczniku tak, że występuje przynajmniej częściowe ukształtowanie utwardzonej mikrostruktury. Przedmiot obrabiany może mieć jedną stronę o mniejszej grubości powłoki zawierającej cynk w porównaniu z drugą stroną przedmiotu obrabianego.

Nowe konstrukcje belek mają duży stopień przetłoczenia (liczony jako stosunek głębokości części tłoczonej do jej szerokości lub długości), który jest często większy od 2,2 (fig. 1). Niektóre pionowe ścianki takiej belki mają bardzo mały kąt pochylenia, około 1,5°. Te cechy konstrukcyjne powodują, że tradycyjny sposób produkcji belek nie zapewnia uzyskania wymaganych parametrów technicznych i mechanicznych produkowanych belek, a w szczególności tolerancji kształtowo-wymiarowych i parametrów mechanicznych. Dla dużego stopnia przetłoczenia i dla małych kątów pochylenia ścianek wytłoczki, wymagane są zwiększone luzy pomiędzy matrycą, formatką a stemplem w celu uniknięcia zacierania się stempla, matrycy i formatki. Duży luz powoduje, że nie ma dokładnego przylegania formatki do ma

PL 241 152 B1 trycy i stempla, a tym samym nie ma dobrych warunków przepływu ciepła z formatki do matrycy i stempla. Prędkość chłodzenia w takim przypadku jest mniejsza niż krytyczna prędkość chłodzenia, wymagana przy hartowaniu. Pionowe ścianki wytłoczki nie są zahartowane do odpowiednich twardości.

Celem zastosowania proponowanej metody produkcji jest usunięcie opisanych problemów technicznych związanych z technologią produkcji belek.

Istotą nowego, hybrydowego sposobu wytwarzania belki jest podzielenie procesu produkcji belki na dwa etapy. W pierwszym etapie produkcji sposobu hybrydowego, w temperaturze pokojowej, metodą tłoczenia, wstępnie kształtowane są głębokie przetłocznia równe od 60% do 80% pełnej swojej głęb okości b oraz od 45% do 75% pełnej szerokości. Wynikiem tego etapu jest półwyrób, który jest dalej kształtowany i obrabiany cieplnie metodą toczenia na gorąco. Drugi etap polega na nagrzaniu półwyrobu w piecu gazowym, elektrycznym, indukcyjnym lub poprzez przepływający przez półwyrób prąd do temperatury austenityzacji (około 900°C) i wygrzaniu go w tej temperaturze przez okres od kilku sekund do 6 minut - w zależności od powłoki ochronnej, jaka została zastosowana do pokrycia formatki. Dla półwyrobu bez powłoki ochronnej czas wygrzewania w piecu wynosi od kilku sekund do 3 minut, a dla półwyrobu z pokryciem AlSi czas wygrzewania w piecu wynosi od 3 do 6 minut. Następnie nagrzany półwyrób jest przenoszony do tłocznika w prasie. Następuje zamknięcie półwyrobu pomiędzy matrycą, stemplem i dociskami, podczas którego następuje formowanie finalnego kształtu. Po tym procesie przez około 10 sekund prasa dociska z maksymalną siłą elementy narzędzia (matryca, stempel, docisk) do ukształtowanego półwyrobu i w tym czasie następuje hartowanie półwyrobu i w rezultacie wytworzenie belki. Podczas hartowania półwyrobu zmieniają się parametry mechaniczne (twardość, granica plastyczności i granica wytrzymałości). W czasie hartowania bardzo szybko spada temperatura wytłoczki (z 750°C do 150°C w ciągu 10 sek.).

Hybrydowy sposób wytwarzania belek drzwiowych samonośnego nadwozia samochodu osobowego polegający na wstępnym ukształtowaniu metodą tłoczenia płaskiej formatki w temperaturze pokojowej w pierwszym etapie oraz nagrzaniu powstałego półwyrobu w piecu gazowym, elektrycznym, indukcyjnym lub poprzez przepływający przez półwyrób prąd do temperatury austenityzacji - około 950°C i tłoczeniu elementem kształtującym: matrycą, stemplem czy dociskiem, które są chłodzone wodą o temperaturze pokojowej i które hartują chłodząc tłoczony półwyrób w drugim, końcowym etapie, w wyniku którego uzyskuje się belkę drzwiową, znamienny tym, że w pierwszym etapie produkcji hybrydowego sposobu wytwarzania belek drzwiowych z płaskiej formatki, w temperaturze pokojowej, metodą tłoczenia, wstępnie kształtowane są strefy półwyrobu o stopniu przetłoczenia większym od 2.2, gdzie wstępnie kształtowane są głębokie przetłocznia równe od 60% do 80% docelowej swojej głębokości (b) oraz od 45% do 75% docelowej szerokości (a).

W szczególności hybrydowy sposób umożliwia wytwarzanie belek o większym stopniu przetłoczenia (>2,2) i o większej dokładności kształtowo-wymiarowej, pozwala na uzyskanie struktury martenzytycznej na pionowych ściankach wyrobu (o kącie pochylenia >1,5°), która technologii tradycyjnej jest trudna do uzyskania.

W sposobie hybrydowym belka jest wstępnie ukształtowana na zimno w pierwszym etapie. Taki wstępny kształt pozwala zmniejszyć luzy miedzy matrycą, formatką a stemplem i dzięki temu uzyskać lepsze parametry chłodzenia, co w efekcie daje lepszą strukturę materiału po hartowaniu.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny belki z dużym stopniem przetłoczenia - liczonym jako stosunek głębokości części tłoczonej do jej szerokości lub długości, fig. 2 i fig. 3 przedstawiają widoki przykładowych belek z zaznaczeniem obszaru wstępnie uformowanego w pierwszym etapie produkcji według sposobu.

Przykład 1

Belka stalowa przedstawiona na fig. 2 jest to belka o przekroju potrójnej litery U. Jej długość jest równa 1000 mm. Belka jest wykonana z blachy o grubości 1,2 mm ze stali 22MNB5 bez pokrycia ochronnego. W pierwszym etapie hybrydowego sposobu wytwarzania belki jest kształtowana jej środkowa cześć (obszar zaznaczony linią owalną). Proces jest przeprowadzany na tłoczniku jednozabiegowym. W pierwszym etapie wykonane jest środkowe przetłoczenie w kształcie litery U. Przetłoczenie ma wysokość 80% docelowej wysokości oraz szerokość równą 75% docelowej szerokości belki. Tak powstały półwyrób będzie przeniesiony do pieca z atmosferą ochronną. Będzie nagrzany do temperatury 950°C i wygrzewany około 20 sek. W dalszej kolejności półwyrób zostanie przeniesiony do tłocznika, którego elementy: matryca, stempel i dociski są chłodzone wodą. Następuje zamkniecie półwyrobu w narzędziu, najpierw docisk górny formuje wstępnie wykonane (w pierwszym etapie) środkowe przetłoczenie tak, aby uzyskać ostateczny jego kształt, a następnie stempel uformuje pozostałe obszary belki. Po tym

Claims (1)

1. PL 241 152 B1 procesie przez około 10 sekund prasa dociska z maksymalną siłą elementy narzędzia (matryca, stempel, docisk) do ukształtowanego wyrobu i w tym czasie następuje hartowanie wyrobu. Dzięki temu uzyskuje się na pionowych ściankach wymagane parametry mechaniczne (twardość, granica plastyczności i wytrzymałości).

   Przykład 2

   Belka stalowa przedstawiona na fig. 3 jest to belka o przekroju pojedynczej litery U. Jej długość jest równa 1200 mm. Belka jest wykonana z blachy o grubości 1,4 mm ze stali 22MNB5 bez pokrycia ochronnego. W pierwszym etapie hybrydowego sposobu wytwarzania belki jest kształtowana jej środkowa cześć (obszar zaznaczony linią owalną). Proces jest przeprowadzany na tłoczniku jednozabiegowym. W pierwszym etapie wykonane jest środkowe przetłoczenie w kształcie litery U. Przetłoczenie ma wysokość 85% docelowej wysokości oraz szerokość równą 70% docelowej szerokości belki. Tak powstały półwyrób będzie przeniesiony do pieca z atmosferą ochronną. Będzie nagrzany do temperatury 950°C i wygrzewany około 20 sek. W dalszej kolejności półwyrób zostanie przeniesiony do tłocznika, którego elementy: matryca, stempel i dociski są chłodzone wodą. Następuje zamkniecie półwyrobu w narzędziu, stempel uformuje kształt całej belki (środkowe przetłoczenie z wywinięciem brzegu i bocznymi łapami) do kształtu docelowego. Po tym procesie przez około 10 sekund prasa dociska z maksymalną siłą elementy narzędzia (matryca, stempel, docisk) do ukształtowanego wyrobu i w tym czasie następuje hartowanie wyrobu. Dzięki temu uzyskuje się na pionowych ściankach wymaganie parametry mechaniczne: twardość w przedziale od 430 do 450 HV, granica plastyczności Re w przedziale od 1050 MPa do 1100 MPa i granica wytrzymałości Rm w przedziale od 1450 MPa do 1500 MPa.

   Zastrzeżenie patentowe

   1. Hybrydowy sposób wytwarzania belek drzwiowych samonośnego nadwozia samochodu osobowego polegający na wstępnym ukształtowaniu metod ą tłoczenia płaskiej formatki w temperaturze pokojowej w pierwszym etapie oraz nagrzaniu powstałego półwyrobu w piecu gazowym, elektrycznym, indukcyjnym lub poprzez przepływający przez półwyrób prąd do temperatury austenityzacji - około 950°C i tłoczeniu elementem kształtującym: matrycą, stemplem czy dociskiem, które są chłodzone wodą o temperaturze pokojowej i które hartują chłodząc tłoczony półwyrób w drugim, końcowym etapie, w wyniku którego uzyskuje się belkę drzwiową, znamienny tym, że w pierwszym etapie produkcji hybrydowego sposobu wytwarzania belek drzwiowych z płaskiej formatki w temperaturze pokojowej metodą tłoczenia, wstępnie kształtowane są strefy półwyrobu o stopniu przetłoczenia większym od 2.2, gdzie wstępnie kształtowane są głębokie przetłocznia równe od 60% do 80% docelowej swojej głębokości (b) oraz od 45% do 75% docelowej szerokości (a).