Ligne de production d'emboutissage à chaud à grande vitesse pour acier à très haute résistance (aluminium)
Caractéristiques principales
La ligne de production est conçue pour optimiser le processus de fabrication de pièces automobiles grâce à la technologie d'emboutissage à chaud. Ce procédé, appelé emboutissage à chaud en Asie et durcissement à la presse en Europe, consiste à chauffer la pièce brute à une température spécifique, puis à la presser dans des moules correspondants à l'aide d'une presse hydraulique, tout en maintenant la pression, afin d'obtenir la forme souhaitée et de subir une transformation de phase du métal. La technique d'emboutissage à chaud peut être classée en deux catégories : direct et indirect.
Avantages
L'un des principaux avantages des composants structurels emboutis à chaud est leur excellente formabilité, qui permet la production de géométries complexes avec une résistance à la traction exceptionnelle. La haute résistance des pièces embouties à chaud permet l'utilisation de tôles plus fines, réduisant ainsi le poids des composants tout en préservant l'intégrité structurelle et la résistance aux chocs. Parmi les autres avantages, on peut citer :
Opérations de jointoiement réduites :La technologie d'estampage à chaud réduit le besoin d'opérations de soudage ou de fixation, ce qui améliore l'efficacité et l'intégrité du produit.
Retour élastique et déformation minimisés :Le processus d'emboutissage à chaud minimise les déformations indésirables, telles que le retour élastique et le gauchissement des pièces, garantissant une précision dimensionnelle précise et réduisant le besoin de retouches supplémentaires.
Moins de défauts de pièces :Les pièces estampées à chaud présentent moins de défauts, tels que des fissures et des fissures, par rapport aux méthodes de formage à froid, ce qui améliore la qualité du produit et réduit les déchets.
Tonnage de la presse inférieure :L'emboutissage à chaud réduit le tonnage de presse requis par rapport aux techniques de formage à froid, ce qui permet de réaliser des économies de coûts et d'accroître l'efficacité de la production.
Personnalisation des propriétés des matériaux :La technologie d'estampage à chaud permet de personnaliser les propriétés des matériaux en fonction de zones spécifiques de la pièce, optimisant ainsi les performances et les fonctionnalités.
Améliorations microstructurelles améliorées :L'estampage à chaud offre la possibilité d'améliorer la microstructure du matériau, ce qui se traduit par de meilleures propriétés mécaniques et une durabilité accrue du produit.
Étapes de production simplifiées :L'estampage à chaud élimine ou réduit les étapes de fabrication intermédiaires, ce qui se traduit par un processus de production simplifié, une productivité améliorée et des délais d'exécution plus courts.
Applications du produit
La ligne de production d'emboutissage à chaud à grande vitesse d'acier haute résistance (aluminium) trouve de nombreuses applications dans la fabrication de pièces de carrosserie automobile. Celles-ci incluent les montants, les pare-chocs, les poutres de porte et les barres de toit des véhicules de tourisme. Par ailleurs, l'utilisation d'alliages avancés, rendus possibles par l'emboutissage à chaud, est de plus en plus explorée dans des secteurs tels que l'aéronautique, la défense et les marchés émergents. Ces alliages offrent des avantages de résistance accrue et de légèreté, difficiles à obtenir avec d'autres méthodes de formage.
En conclusion, la ligne de production d'emboutissage à chaud haute vitesse en acier à haute résistance (aluminium) assure une production précise et efficace de pièces de carrosserie automobile de formes complexes. Grâce à une formabilité supérieure, des opérations d'assemblage réduites, une réduction des défauts et des propriétés matérielles améliorées, cette ligne de production offre de nombreux avantages. Ses applications s'étendent à la fabrication de pièces de carrosserie blanches pour véhicules de tourisme et offrent des avantages potentiels pour l'aérospatiale, la défense et les marchés émergents. Investissez dans la ligne de production d'emboutissage à chaud haute vitesse en acier à haute résistance (aluminium) pour obtenir des performances, une productivité et une conception légère exceptionnelles dans l'automobile et les industries connexes.
Qu'est-ce que l'estampage à chaud ?
L'emboutissage à chaud, également appelé durcissement sous presse en Europe et formage à chaud en Asie, est une méthode de formage de matériaux où une pièce brute est chauffée à une certaine température, puis emboutie et trempée sous pression dans l'outil correspondant afin d'obtenir la forme souhaitée et d'induire une transformation de phase du métal. La technologie d'emboutissage à chaud consiste à chauffer des tôles d'acier au bore (d'une résistance initiale de 500 à 700 MPa) jusqu'à l'état d'austénitisation, à les transférer rapidement dans l'outil pour un emboutissage à grande vitesse, puis à tremper la pièce dans l'outil à une vitesse de refroidissement supérieure à 27 °C/s, suivie d'un maintien sous pression, afin d'obtenir des pièces en acier à très haute résistance à structure martensitique uniforme.
Les avantages du marquage à chaud
Résistance ultime à la traction améliorée et capacité à former des géométries complexes.
Réduction du poids des composants grâce à l'utilisation de tôles plus fines tout en maintenant l'intégrité structurelle et les performances en cas de collision.
Diminution du besoin d’opérations d’assemblage telles que le soudage ou la fixation.
Réduction du retour élastique et du gauchissement des pièces.
Moins de défauts de pièces tels que des fissures et des fentes.
Besoins de tonnage de presse inférieurs par rapport au formage à froid.
Capacité à adapter les propriétés des matériaux en fonction de zones de pièces spécifiques.
Microstructures améliorées pour de meilleures performances.
Processus de fabrication rationalisé avec moins d’étapes opérationnelles pour obtenir un produit fini.
Ces avantages contribuent à l’efficacité globale, à la qualité et aux performances des composants structurels estampés à chaud.
Plus de détails sur l'estampage à chaud
1. Estampage à chaud vs estampage à froid
L'emboutissage à chaud est un processus de formage effectué après préchauffage de la tôle d'acier, tandis que l'emboutissage à froid fait référence à l'emboutissage direct de la tôle d'acier sans préchauffage.
L'emboutissage à froid présente des avantages évidents par rapport à l'emboutissage à chaud. Cependant, il présente également des inconvénients. En raison des contraintes plus élevées induites par l'emboutissage à froid par rapport à l'emboutissage à chaud, les produits emboutis à froid sont plus sensibles aux fissures et aux éclats. Par conséquent, un équipement d'emboutissage précis est nécessaire pour l'emboutissage à froid.
L'emboutissage à chaud consiste à chauffer la tôle d'acier à haute température avant l'emboutissage et à la tremper simultanément dans l'outil. Cela entraîne une transformation complète de la microstructure de l'acier en martensite, ce qui lui confère une résistance élevée, comprise entre 1 500 et 2 000 MPa. Par conséquent, les produits emboutis à chaud présentent une résistance supérieure à celle de leurs homologues emboutis à froid.
2. Flux du processus d'estampage à chaud
L'emboutissage à chaud, également appelé « durcissement sous presse », consiste à chauffer une tôle haute résistance, d'une résistance initiale de 500 à 600 MPa, à des températures comprises entre 880 et 950 °C. La tôle chauffée est ensuite rapidement emboutie et trempée dans l'outil, atteignant des vitesses de refroidissement de 20 à 300 °C/s. La transformation de l'austénite en martensite lors de la trempe améliore considérablement la résistance du composant, permettant la production de pièces embouties d'une résistance allant jusqu'à 1 500 MPa. Les techniques d'emboutissage à chaud peuvent être classées en deux catégories : l'emboutissage à chaud direct et l'emboutissage à chaud indirect.
Lors de l'emboutissage à chaud direct, la pièce préchauffée est introduite directement dans une matrice fermée pour l'emboutissage et la trempe. Les étapes suivantes comprennent le refroidissement, le rognage des bords, le poinçonnage (ou la découpe laser) et le nettoyage de surface.
Figure 1 : mode de traitement d'estampage à chaud – estampage à chaud direct
Dans le processus d'estampage à chaud indirect, l'étape de pré-façonnage à froid est effectuée avant d'entrer dans les étapes de chauffage, d'estampage à chaud, de coupe des bords, de perforation et de nettoyage de surface.
La principale différence entre l'emboutissage à chaud indirect et l'emboutissage à chaud direct réside dans l'intégration d'une étape de préformage à froid avant chauffage dans la méthode indirecte. En emboutissage à chaud direct, la tôle est directement introduite dans le four de chauffage, tandis qu'en emboutissage à chaud indirect, la pièce préformée formée à froid est également introduite dans le four de chauffage.
Le déroulement du processus d'emboutissage à chaud indirect comprend généralement les étapes suivantes :
Formage à froid, pré-façonnage, chauffage, estampage à chaud, découpage des bords et perforation, nettoyage de surface.
Fiture2 : mode de traitement d'estampage à chaud – estampage à chaud indirect
3. L'équipement principal pour l'estampage à chaud comprend un four de chauffage, une presse de formage à chaud et des moules d'estampage à chaud
Four de chauffage :
Le four de chauffage est équipé de fonctions de chauffage et de régulation de température. Il est capable de chauffer des plaques à haute résistance jusqu'à la température de recristallisation dans un délai spécifié, obtenant ainsi un état austénitique. Il doit pouvoir s'adapter aux exigences d'une production continue automatisée à grande échelle. La billette chauffée ne pouvant être manipulée que par des robots ou des bras mécaniques, le four nécessite un chargement et un déchargement automatisés avec une grande précision de positionnement. De plus, lors du chauffage de plaques d'acier non revêtues, il doit assurer une protection gazeuse afin d'éviter l'oxydation et la décarbonatation de la billette.
Presse de formage à chaud :
La presse est au cœur de la technologie d'emboutissage à chaud. Elle doit permettre un emboutissage et un maintien rapides, ainsi qu'être équipée d'un système de refroidissement rapide. La complexité technique des presses de formage à chaud dépasse de loin celle des presses d'emboutissage à froid classiques. Actuellement, seules quelques entreprises étrangères maîtrisent la conception et la technologie de fabrication de ces presses, et elles dépendent toutes des importations, ce qui les rend coûteuses.
Moules d'estampage à chaud :
Les moules d'emboutissage à chaud effectuent les étapes de formage et de trempe. Lors de cette étape, une fois la billette introduite dans l'empreinte, le moule achève rapidement le processus d'emboutissage afin de garantir la formation complète de la pièce avant que le matériau ne subisse la transformation martensitique. Vient ensuite la phase de trempe et de refroidissement, où la chaleur de la pièce à l'intérieur du moule est transférée en continu vers le moule. Des tuyaux de refroidissement disposés à l'intérieur du moule évacuent instantanément la chaleur grâce au fluide de refroidissement. La transformation martensitique-austénitique débute lorsque la température de la pièce descend à 425 °C. La transformation martensitique-austénitique s'achève lorsque la température atteint 280 °C, et la pièce est extraite à 200 °C. Le maintien du moule a pour rôle d'éviter les dilatations et contractions thermiques irrégulières pendant la trempe, qui pourraient entraîner des modifications importantes de la forme et des dimensions de la pièce et engendrer des rebuts. De plus, il améliore l'efficacité du transfert thermique entre la pièce et le moule, favorisant ainsi une trempe et un refroidissement rapides.
En résumé, l'équipement principal pour l'emboutissage à chaud comprend un four de chauffage pour atteindre la température souhaitée, une presse de formage à chaud pour un emboutissage et un maintien rapides avec un système de refroidissement rapide, et des moules d'emboutissage à chaud qui effectuent à la fois les étapes de formage et de trempe pour assurer une formation correcte des pièces et un refroidissement efficace.
La vitesse de refroidissement par trempe affecte non seulement le temps de production, mais aussi le rendement de conversion entre l'austénite et la martensite. La vitesse de refroidissement détermine le type de structure cristalline qui sera formée et est liée à l'effet de durcissement final de la pièce. La température critique de refroidissement de l'acier au bore est d'environ 30 °C/s, et ce n'est que lorsque la vitesse de refroidissement dépasse cette température critique que la formation de structure martensitique est favorisée au maximum. Lorsque la vitesse de refroidissement est inférieure à cette température critique, des structures non martensitiques, comme la bainite, apparaissent dans la structure de cristallisation de la pièce. Cependant, plus la vitesse de refroidissement est élevée, mieux c'est, plus elle risque d'entraîner la fissuration des pièces formées. La plage de vitesses de refroidissement raisonnable doit être déterminée en fonction de la composition du matériau et des conditions de traitement des pièces.
La conception du tube de refroidissement étant directement liée à la taille et à la vitesse de refroidissement, il est généralement conçu pour maximiser l'efficacité du transfert thermique. Par conséquent, l'orientation du tube de refroidissement est plus complexe et difficile à obtenir par perçage mécanique après la coulée. Afin d'éviter les contraintes liées à l'usinage, on privilégie généralement la réservation de canaux d'eau avant la coulée.
Étant donné qu'il fonctionne longtemps entre 200 °C et 880 à 950 °C dans des conditions extrêmes de froid et de chaud alternant, le matériau du moule d'emboutissage à chaud doit présenter une bonne rigidité structurelle et une bonne conductivité thermique, ainsi qu'une résistance au fort frottement thermique généré par la billette à haute température et à l'usure abrasive des particules d'oxyde. De plus, le matériau du moule doit également présenter une bonne résistance à la corrosion du liquide de refroidissement afin d'assurer un écoulement fluide du tube de refroidissement.
Taille et perçage
La résistance des pièces après emboutissage à chaud atteignant environ 1 500 MPa, le recours à la découpe à la presse et au poinçonnage nécessite des équipements plus lourds et une usure importante des bords de découpe. Par conséquent, des unités de découpe laser sont souvent utilisées pour découper les bords et les trous.
4. Nuances courantes d'acier pour emboutissage à chaud
Performance avant l'emboutissage
Performance après emboutissage
Actuellement, la nuance d'acier couramment utilisée pour l'emboutissage à chaud est le B1500HS. Sa résistance à la traction avant emboutissage est généralement comprise entre 480 et 800 MPa, et après emboutissage, elle peut atteindre 1 300 à 1 700 MPa. Ainsi, une tôle d'acier de 480 à 800 MPa, formée par emboutissage à chaud, peut atteindre une résistance à la traction d'environ 1 300 à 1 700 MPa.
5. L'utilisation de l'acier d'emboutissage à chaud
L'application de pièces embouties à chaud peut améliorer considérablement la sécurité anticollision des automobiles et alléger la carrosserie en blanc. Actuellement, la technologie d'emboutissage à chaud est appliquée aux pièces de carrosserie blanches des voitures particulières, telles que les montants avant et arrière, les montants centraux, les pare-chocs, les traverses de porte et les barres de toit. Voir la figure 3 ci-dessous pour des exemples de pièces allégées.
figure 3 : Composants du corps blanc adaptés à l'estampage à chaud
Fig. 4 : Ligne de presse d'emboutissage à chaud de 1 200 tonnes de Jiangdong Machinery
À l'heure actuelle, les solutions de ligne de production de presse hydraulique d'estampage à chaud de JIANGDONG MACHINERY sont très matures et stables, dans le domaine du formage par estampage à chaud en Chine appartiennent au niveau leader, et en tant que vice-président de la branche des machines de forgeage de l'Association des machines-outils de Chine ainsi qu'unités membres du Comité de normalisation des machines de forgeage de Chine, nous avons également entrepris les travaux de recherche et d'application de l'estampage à chaud à très grande vitesse national de l'acier et de l'aluminium, qui a joué un rôle énorme dans la promotion du développement de l'industrie de l'estampage à chaud en Chine et même dans le monde.
