ضرب داغ در شکل دهی فلزات Hot Stamping

در سال های اخیر اندازه وسایل نقلیه و وزن آنها افزایش داشته که بخشی از آن نتیجه نصب قطعات الکترونیکی و عایق بندی صدا (صداگیر) و غیره بوده که ادامه آن مغایر با هدف کاهش مصرف سوخت بود. همزمان با آن خودروسازان استراتژی و سیاست های تبلیغاتی خود را که قبلا بر پایه عملکرد موتور بود، تغییر داده و بیشتر بر ایمنی وسایل نقلیه تمرکز کردند. افزایش تست سنجش استحکام برپایه Euro NCAP در اروپا به کار گرفته شد و نیاز به توسعه در این حوزه افزایش یافت. به همین علت شرکت Sofedit فرانسه تحقیقات خود را در زمینه کاهش وزن بدنه خودروها، با استفاده از فولاد سخت شده آغاز کرد. از آنجا که استفاده از فولادهای با استحکام بسیار بالا برای شکل دهی و فرم پذیری قطعات پیچیده، کاری دشوار می نمود، استفاده از فولادهای مخصوص با قابلیت خود سخت شونده به عنوان راه حلی راه گشا، مورد توجه قرار گرفت.

تاریخ استفاده از Hot Stamping از فرانسه و سال 1999 با ساخت بازوی اتصال سپر خودرو رنو مدل لاگونا -که برنده پنج ستاره تست Euro Ncap شد- با استفاده از یک کوره و یک پرس نمونه سازی آغاز شد. متعاقب آن، با عقد قراردادهایی از سوی پژو به منظور ساخت بازوی سپر برای 607 و سیتروئن CS، این روش به عنوان یک نوآوری در خودروسازی مطرح شد. بعدها قطعات دیگر پرسی نظیر: بازوی سپر و تقویت ستون جلویی اتاق با شیوه Hot Stamping ساخته شد. از آن پس، شرکت Sofedit تصمیم به راه اندازی خط و توسعه و تعمیم این نوآوری و تکنولوژی گرفت.

فرایند و روش عمل:
Sofedit از فولادهای خود سخت شونده با مشخصه 22Mnb5ALSi که دارای استحکام کششی 600Mpa بوده و در کوره هایی طویل با دمای 900 درجه سانتی گراد حرارت دیده و ساختار آستینیتی دارد، استفاده کرد. تنظیم ساختار و گرم کردن فولاد، این اطمینان را می دهد که نفوذ خوب و پوشش مناسب برای روی لایه های ماده، جهت جلوگیری از دست دادن کربن صورت پذیرفته است. این پوشش، مواد را از خورد گی و سایش محافظت می کند.

در این روش، پس از فرایند حرارت دهی، ورق به سمت قالب و پرس هدایت می شود. ورق، درون قالب که دارای سیستم خنک کننده (در حدود 10 درجه سانتی گراد) است، تغییر شکل مورد نظر را یافته و ساختار فولاد، از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می شود و استحکام کششی آن به بیشتر از 1500 Mpa می رسد.

اتصال اجزا نیز به کمک فرایندهای جوشکاری (جوش نقطه ای، MAG welding، جوش لیزری) صورت می گیرد. سپس، قطعات با رنگ (غوطه وری- کاتودیک) پوشش داده می شوند.

یکی از مزایای اصلی این فرایند، یکنواختی و حفظ ژئومتری (شکل هندسی) قطعه است با اجرای این شیوه، هیچ نوع فشار داخلی که معمولاً در قالب های فرم که با روش سرد تولید می شوند و حالت دفرمگی در قطعه ایجاد می کنند، وجود ندارد. به همین دلیل contact surface های دقیقی برای اتصال قطعات به یکدیگر به وجود می آید. این تکنولوژی، برای قالب های تریم و پانچ نیز کاربرد داشته و به عنوان متد و روشی جدید در کنار قالب های سردکار، مطرح است.

کاربرد تکنولوژی Hot Stamping در خودرو:
اطمینان از استحکام بالا در تصادفات به ویژه ضربات به طرفین خودرو، سازندگان را به استفاده از Hot Stamping ترغیب کرده است. شکل زیر نشان دهنده اجزای بدنه قابل تولید با این روش است. میزان تولید سالانه این فولاد، در حال حاضر 600 تن است که پیش بینی می شود به بیشتر از 150 هزار تن در سال 2008 برسد.

شرکت های رنو، پژو و سیتروئن اولین مشتریان Sofedit بودند. بعدها، شرکت های امریکایی و آلمانی نیز به آنها پیوستند.

محصول/ فرایند تحقیق و توسعه:
شرکت Sofedit برای بهبود جذب و انتقال ضربه به دیگر اجزای بدنه، راه حل های زیر را ارائه داده است:
1- استفاده از تیلوربلانک Tailor blank (فلزات با گریدها و ضخامت های مختلف)

2- استفاده از ورق های چندتکه Patchwork (چندین ورق با گریدها و ضخامت های مختلف) که با روش های نقطه جوش Spot welding، پرچ Clinching و لیزر به هم متصل می شوند. برای کاهش هزینه و بهبود روش، می توان از جوشکاری پیوسته نیز استفاده کرد

استفاده از برجستگی های درون قطعه در خلال فرم دهی به منظور ازدیاد مقاومت قطعه

پرس هیدرولیک Hydraulic press

پرس هیدرولیک مکانیزمی هیدرولیکی برای به کار بستن نیروی بالا رونده یا فشاری زیاد می باشد و معمول ترین و کارآمد ترین نوع از پرس های مدرن می باشند. پرس هیدرولیک بر اساس اصل پاسکال کار می کند: فشار در سراسر یک سیستم بسته یکسان است.

این ماشین توسط مخترعی انگلیسی به نام ژوزف براما در سال 1874اختراع شد. به همین دلیل در برخی کشورها به نام پرس براما Bramah شناخته می شود.

پرس های هیدرولیک نیروی خود را از حرکت یک پیستون در داخل یک سیلندر به دست می آورند. این حرکت زمانی ایجاد می شود که یک سیال تحت فشار توسط یک پیستون بزرگ وارد محفظه سیلندر می شود. وضعیت سیال توسط پمپ و شیرهایی جهت افزایش، کاهش و یا حفظ فشار به صورت مورد نیاز درآمده و می تواند نیروی لازم برای به حرکت درآوردن پیستون کوچک تر را فراهم کند.

پرس های هیدرولیک قادرند تناژ کامل خود را در هر وضعیتی از حرکت سیلندرها به قطعه کار اعمال نمایند. همچنین طول حرکت سیلندرها را می توان در هر حدی از مسیر حرکت محدود ساخت. این در حالی است که در پرس های مکانیکی تناژ کامل را تنها در انتهای مسیر حرکت ضربه زدن می توان کسب نمود. همچنین مسیر حرکت ضربه زدن در این پرس ها ثابت است.

ویژگی های پرس های هیدرولیک را به صورت زیر می توان خلاصه نمود:
1- تغییر و تنظیم سرعت کورس در حالت ایجاد نیروی ثابت
2- تنظیم نیروی وارده به مقدار مورد نیاز
3- اندازه گیری و کنترل نیروی وارده طی فاصله کورس

تناژ پرس:
تناژ یک پرس هیدرولیکی عبارت است از حداکثر نیرویی که سیلندر اصلی آن می تواند به قطعه کار اعمال نماید. معمولا برای تعیین تناژ مورد نیاز پرس باید روی رفتار قطعه کار و فرآیند اعمالی روی آن مطالعه نمود. برای مثال در برش کاری ورق، جنس آن و سطح برش نقش مهمی را در حداکثر نیروی لازم برش کاری بازی می کنند. در پرس کمپاکت پودر، نوع پودر، چگالی و استحکام نهایی قطعه فاکتورهای مهم تعیین کننده حداکثر نیروی مورد نیاز می باشند.

کاربرد پرس هیدرولیک:
تولیدکنندگان در صنایع مختلف از پرس هیدرولیک برای شکل دادن محصولات، قالب گیری، پرس کردن، پانچ کردن و... استفاده می کنند. پرس هیدرولیک به کاربران اجازه کنترل نیروی مورد نیازی که باید روی ماده جهت قالب گیری، پرس، پانچ و... اعمال شود را می دهد. پرس هیدرولیک نقش بسیار مهمی را در فرآیند ساخت فلزات بازی می کند چون کارهای تکراری و سخت را با حرکات خیلی نرم و روان و با سرعت دلخواه انجام می دهد.

پرس های هیدرولیک می توانند طوری ساخته شوند که رو به بالا، یا به طرفین یا بر سمت پایین اعمال نیرو کنند. در کل پرس های هیدرولیک سرمایه و هزینه های عملیاتی کمتری نسبت به تکنولوژی های دیگر پرس دارند. امروزه آخرین تکنولوژی های سنسورهای الکتریکی هم به پرس ها افزوده شده تا ضریب ایمنی دستگاه های پرس را بالاتر ببرد.