Stalen rolvormen met hoge sterkte voor auto-onderdelen

Staalrolvormen met hoge sterkte

Rolvormen van hoogsterkte staal (HSS) en geavanceerd hoogsterkte staal (AHSS) houdt in dat plat spoelmateriaal door een reeks progressief gevormde rollen wordt geleid, waarbij het materiaal elk een paar graden verder wordt gebogen, totdat het het uiteindelijke dwarsdoorsnedeprofiel bereikt. Omdat de vervorming geleidelijk over veel walsstations plaatsvindt in plaats van in één slag, zorgt rolvormen ervoor dat de spanning op het materiaal gelijkmatiger wordt verdeeld dan bij single-hit-vormmethoden, wat een belangrijke reden is dat dit het voorkeursproces is voor AHSS-kwaliteiten die gemakkelijker barsten onder plotselinge, geconcentreerde kracht.

HSS- en AHSS-staalsoorten – waaronder dual-phase (DP), transformatie-geïnduceerde plasticiteit (TRIP) en martensitische staalsoorten – bieden treksterktes variërend van ongeveer 440 MPa tot 1.500 MPa, vergeleken met 270-400 MPa voor conventioneel zacht staal. Dankzij die kracht kunnen autofabrikanten dunner materiaal gebruiken voor dezelfde structurele prestaties, waardoor de doelstellingen voor gewichtsvermindering van voertuigen rechtstreeks worden ondersteund zonder dat dit ten koste gaat van de botsveiligheid.

Automotive rolvormproces

Bij de automobielproductie volgt de rolvormlijn doorgaans deze volgorde:

1. Het spoelmateriaal wordt afgewikkeld en continu in de lijn gevoerd, vaak met een leveller om de kromming van de spoel te verwijderen voordat deze wordt gevormd.
2. De strook passeert een reeks rolstations, die elk een kleine buiging toevoegen, waardoor de vlakke strook geleidelijk in het doelprofiel wordt gevormd - een hoedkanaal, buis of complexe structurele vorm met meerdere bochten.
3. In-line pons- of kerfstations snijden, indien nodig, montagegaten of voorzien van uitsparingen terwijl de strip nog vlak of gedeeltelijk gevormd is, omdat ponsen na volledige vorming veel moeilijker is.
4. Het gevormde profiel gaat door een afsnijpers die het op lengte knipt zonder de lijn te stoppen, met behulp van een vliegende afsnijding die is gesynchroniseerd met de lijnsnelheid.
5. Afgewerkte onderdelen kunnen in-line of secundair lassen, coaten of warmtebehandeling ondergaan voordat ze worden geassembleerd.

Dit continue, grote volume maakt rolvormen bijzonder geschikt voor de automobielproductie, waar hetzelfde structurele profiel – deurbalken, bumperversterkingen, dakrails of stoelframecomponenten – tien- of honderdduizenden strekkende meter per jaar moet kunnen lopen.

Rolvormen versus stempelen

Rolvormen en stansen vormen beide vormen van plat staal tot structurele onderdelen, maar ze passen bij verschillende onderdeelgeometrieën en productieprofielen.

Rolvormen en stempelen vergeleken met de structurele productie van auto-onderdelen.

Specifiek voor AHSS is het geleidelijke buigen in meerdere stations een groot voordeel ten opzichte van de single-hit vervorming van het stempelen, aangezien AHSS-kwaliteiten over het algemeen een lagere rek vóór breuk hebben en gevoeliger zijn voor de reksnelheid en spanningsconcentratie die een stempelmatrijs in één beweging aanbrengt.

Rolvormgereedschapsontwerp voor AHSS

Het gereedschapsontwerp voor AHSS-rolvormen verschilt op verschillende manieren van zachtstalen gereedschap, aangedreven door de hogere vormkrachten en terugvering die het materiaal genereert:

• Meer vormstations — AHSS-profielen vereisen doorgaans extra rolpassages vergeleken met een gelijkwaardig zacht stalen profiel, waardoor de buighoek over meer stappen wordt verspreid om de spanning per pass te verminderen.
• Hardere rolmaterialen — Normaal gesproken zijn gereedschapsstaalrollen met slijtvaste coatings of geharde oppervlakken vereist, omdat AHSS de rolslijtage versnelt in vergelijking met zacht staal.
• Verhoogde rolscheidingskrachten — Walsframes, assen en lagers moeten geschikt zijn voor hogere belastingen dan een lijn die alleen uit zacht staal bestaat, omdat AHSS op elk station sterker bestand is tegen vervorming.
• Compensatie voor overbuiging — gereedschapsprofielen zijn doorgaans ontworpen met berekende overbuighoeken om terugvering tegen te gaan en uiteindelijke dimensionale doelen te raken.

Terugvering van hoogwaardig staal

Terugveren is de neiging van gevormd metaal om gedeeltelijk terug te keren naar zijn oorspronkelijke platte vorm nadat de vormkracht is verwijderd, veroorzaakt door het elastische herstelgedeelte van de vervorming van het materiaal. Staalsoorten met een hogere sterkte hebben over het algemeen een hogere vloeigrens in verhouding tot hun elasticiteitsmodulus, wat betekent dat een groter deel van de totale vervorming elastisch (herstelbaar) is in plaats van plastisch (permanent). AHSS veert dus meer terug dan zacht staal dat in dezelfde hoek is gebogen.

Rolvormlijnen pakken de terugvering voornamelijk aan door overbuigen: elk rolstation buigt het materiaal iets voorbij de doelhoek, anticiperend op de mate waarin het terug zal ontspannen zodra het wordt losgelaten. De exacte overbuighoek wordt doorgaans bepaald door een combinatie van vormsimulatiesoftware en fysieke proefruns, omdat de terugvering varieert afhankelijk van de staalsoort, de dikte en de profielgeometrie, en zelfs kleine veranderingen in de materiaaleigenschappen van spoel tot spoel kunnen de hoeveelheid benodigde correctie veranderen.