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德国西马克技术,模压淬火中使用感应加热有什么优势?

以大众高尔夫 7 底盘为例的热成型部件的范围(用红色突出,来源:大众汽车公司)


  • 汽车工业对其供应商有很高的要求。为了满足这些要求,需要加工过程的创新。

  • 通过模压淬火,金属板可以一步完成成型和淬火。

  • 模压淬火中的感应加热在保证高温度均匀性的同时还可减少能源消耗。


西马克艾洛特姆新型的成形板坯加热设备理念


许多钢铁企业,如美国的大河钢铁公司,都在生产用于汽车行业的钢种。这些钢种被用来制造车身的构造件。人们将钢板加工成车身构造件所花费的功夫十分明显地体现在一辆乘用车的内部空间。在这个空间里,只有极少的形状能够让人们意识到它们是从一块钢板加工成的。看似相互矛盾的对轻量化和碰撞安全的高要求,通过适当的生产工艺得以巧妙实现。


模压淬火


复杂轮廓部件的模压淬火必须保证加热的均匀性,这对加热过程、部件处理和严守节拍提出了很高要求。(来源:大众汽车公司)


在制造与碰撞相关的和高应力车身部件时,人们越来越多地采用模压淬火和成型淬火工艺。典型部件如 A 柱和 B柱、围绕车身的纵向和横向组件以及轴类部件。在模压淬火的短短几秒中内,金属板仅经过一步操作就被成型为车身构造件,同时在一个闭式的模压工具中完成淬硬。因此,这种加工方式可以使合金含量相对较低的钢种获得高达 1,500 兆帕的抗拉强度,典型钢种如:22MnB5,在获得很高的最终强度的同时,优良的热成型性也得以保证。


加工需要的模压工具很昂贵,因为它们不仅要精确反应部件的轮廓,还要提供足够高效的冷却功能。冷却管道是在车身和工具开发阶段就定制好的,以达到快速冷却。整个热过程的管理,包括在加热时、尤其是奥氏体化时的温度精确性是和加工稳定性同样重要的,这样才能确保高品质的部件成型质量和尺寸精度。


模压淬火为清晰定义的高强度、轻重量的碰撞相关部件的加工提供了可能性。该技术将在力图轻量化的汽车制造厂商中广泛推行。用于模压淬火的成形坯料是直接从松开的卷材中切割成不规则轮廓的。这些板材通常带有防腐蚀的铝硅层。


典型的模压淬火生产线包含一台传统加热方式的辊底式或步进梁式加热炉,它将部件加热到大约 950 摄氏度。其它组件还包括快速推顶和机械手处理系统,确保以精准的周期对热工件加载压力。这种传统设备理念在实际使用中获得认可,但在某些方面并非没有局限。在传统加热炉中进行加热的空间需求是相对较高的。实现模压生产线的常用产能会需要一个长的加热区,铝硅防腐蚀保护层也要求一定的扩散时间。炉子里的大额材料数量同时也意味着:一旦发生故障,大量的成形板坯必会因表面氧化皮和防腐蚀保护层的烧损而被剔除报废。


模压淬火中使用感应加热的优势


感应加热因其反应时间非常短及所有工艺参数可实现自动操作的特性,能同模压淬火生产线的高自动化完美匹配。因此,设备可毫无瑕疵的定制实现小于8 秒的、极短的成型模压周期。(来源:Vokswanen 公司)


在大众汽车公司和西马克艾洛特姆公司联合开发的一个项目中,一个用于加热成形板坯的原型设备被创立,它位于已有的传统加热方式的加热炉和压机的上游。混合式配置和特殊的感应加热设计允许生产线进行不同运行方案的测试。


感应预热最高至 750 摄氏度经过验证可行:因为尽管工件几何形状不规则,它仍然使工件获得了非常高的温度均匀性。这样就为下游的加热和保温炉创造了理想的运行条件。因此,可实现减少 50% 的加热时间,直到达到奥氏体化温度。


感应预热的高效能充分体现在需求的设备长度上:这类应用的典型的(传统)炉子长度通常为 30 至 60 米 — 当使用一个约为一米长的感应预热系统时,炉子的长度能被减少到 20 至 40 米。


同时,炉子的热惯性和能量消耗可被大大减少。因此,整条生产线能更具变化的运行,报废能被降至最低水平。


对现有产线的好处

优势不仅体现于新建产线。已有的模压淬火生产线也可改造使用感应预热。因此,以上所描述的快速、高效的加热优势也同样可在已有生产线上实现。这些结果揭示了感应加热在成形板坯加工中的技术和经济上的巨大潜能。在防腐蚀保护方式和材料系统领域,未来的发展会使扩散时间被缩短或省却,再结合感应预热工艺,如前述优势,就可致使设备的进一步减少。因此,感应加热可使传统加热工艺有更多的变化。


感应工艺可以应用于大量工件几何形状(如:带材,板材,管材,轨道或方坯等),并可与传统方式结合使用。就经济性和质量保证而言,现有加工工艺甚至也可通过感应预热或中间加热步骤得到优化。

来源:西马克集团

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