Profilatura di acciaio ad alta resistenza per componenti automobilistici

Profilatura di rulli in acciaio ad alta resistenza

La profilatura dell'acciaio ad alta resistenza (HSS) e dell'acciaio avanzato ad alta resistenza (AHSS) implica il passaggio di bobine piatte attraverso una serie di rulli di forma progressiva, ciascuno dei quali piega il materiale di qualche grado in più, fino a raggiungere il profilo di sezione trasversale finale. Poiché la deformazione avviene gradualmente attraverso molte stazioni a rulli anziché in un'unica corsa, la formatura a rulli mantiene lo stress sul materiale distribuito in modo più uniforme rispetto ai metodi di formatura a colpo singolo, il che è uno dei motivi principali per cui è il processo preferito per le qualità AHSS che si rompono più facilmente sotto una forza improvvisa e concentrata.

Le qualità HSS e AHSS, compresi gli acciai a doppia fase (DP), a plasticità indotta da trasformazione (TRIP) e gli acciai martensitici, offrono resistenze a trazione che vanno da circa 440 MPa fino a 1.500 MPa, rispetto ai 270-400 MPa dell'acciaio dolce convenzionale. Questa resistenza consente alle case automobilistiche di utilizzare materiali di spessore più sottile per le stesse prestazioni strutturali, supportando direttamente gli obiettivi di riduzione del peso del veicolo senza sacrificare la sicurezza in caso di incidente.

Processo di formatura di rulli automobilistici

Nella produzione automobilistica, la linea di profilatura segue tipicamente questa sequenza:

1. Il materiale in bobina viene svolto e alimentato in modo continuo nella linea, spesso con un livellatore per rimuovere la curvatura della bobina prima della formatura.
2. La striscia passa attraverso una serie di stazioni a rulli, ciascuna delle quali aggiunge un piccolo incremento di piega, modellando gradualmente la striscia piatta nel profilo target: un canale a cappello, un tubo o una forma strutturale complessa a più pieghe.
3. Le stazioni di punzonatura o scantonatura in linea, se necessario, realizzano fori di montaggio o presentano ritagli mentre la striscia è ancora piatta o parzialmente formata, poiché la punzonatura dopo la formatura completa è molto più difficile.
4. Il profilo formato passa attraverso una troncatrice che lo taglia a misura senza fermare la linea, utilizzando un taglio volante sincronizzato alla velocità della linea.
5. Le parti finite possono essere sottoposte a saldatura, rivestimento o trattamento termico in linea o secondario prima di essere predisposte per l'assemblaggio.

Questa natura continua e ad alto volume è ciò che rende la profilatura particolarmente adatta alla produzione automobilistica, dove lo stesso profilo strutturale – travi delle portiere, rinforzi dei paraurti, mancorrenti sul tetto o componenti del telaio dei sedili – potrebbe dover essere eseguito per decine o centinaia di migliaia di piedi lineari all’anno.

Profilatura vs stampaggio

La profilatura e lo stampaggio modellano l'acciaio piatto in parti strutturali, ma si adattano a geometrie di parti e profili di produzione diversi.

Profilatura e stampaggio a confronto per la produzione di componenti strutturali automobilistici.

Nello specifico, per l'AHSS, la piegatura graduale e multistazione della profilatura a rulli rappresenta un grande vantaggio rispetto alla deformazione a colpo singolo dello stampaggio, poiché i gradi AHSS generalmente hanno un allungamento inferiore prima della frattura e sono più sensibili alla velocità di deformazione e alla concentrazione di sollecitazione che una matrice di stampaggio applica in un unico movimento.

Progettazione di attrezzature per profilatura a rulli per AHSS

La progettazione degli utensili per la profilatura a rulli AHSS differisce da quella degli utensili in acciaio dolce in diversi modi, a causa delle forze di formatura e del ritorno elastico più elevati generati dal materiale:

• Più stazioni di formatura — I profili AHSS richiedono in genere passaggi del rullo aggiuntivi rispetto a un profilo equivalente in acciaio dolce, distribuendo l'angolo di piega su più incrementi per ridurre la deformazione per passaggio.
• Materiali in rotolo più duri — Solitamente sono necessari rulli in acciaio per utensili con rivestimenti resistenti all'usura o superfici temprate, poiché l'AHSS accelera l'usura dei rulli rispetto all'acciaio dolce.
• Maggiori forze di separazione dei rulli — I telai, gli alberi e i cuscinetti dello stabilimento devono essere dimensionati per carichi più elevati rispetto a una linea realizzata solo in acciaio dolce, poiché l'AHSS resiste più fortemente alla deformazione in ciascuna stazione.
• Compensazione della flessione eccessiva — I profili degli utensili sono generalmente progettati con angoli di piegatura eccessivi calcolati per contrastare il ritorno elastico e raggiungere gli obiettivi dimensionali finali.

Ritorno elastico in acciaio ad alta resistenza

Il ritorno elastico è la tendenza del metallo formato a ritornare parzialmente verso la sua forma piatta originale dopo che la forza di formatura è stata rimossa, causata dalla porzione di recupero elastico della deformazione del materiale. Gli acciai ad alta resistenza generalmente hanno un limite di snervamento più elevato rispetto al loro modulo elastico, il che significa che una quota maggiore della deformazione totale è elastica (recuperabile) piuttosto che plastica (permanente) - quindi l'AHSS ritorna più indietro dell'acciaio dolce piegato allo stesso angolo.

Le linee di profilatura affrontano il ritorno elastico principalmente attraverso la piegatura eccessiva: ciascuna stazione a rulli piega il materiale leggermente oltre l'angolo target, anticipando quanto si rilasserà una volta rilasciato. L'esatto angolo di piegatura viene generalmente determinato attraverso una combinazione di software di simulazione della formatura e prove fisiche, poiché il ritorno elastico varia in base al tipo di acciaio, allo spessore del calibro e alla geometria del profilo e anche piccoli cambiamenti nelle proprietà del materiale da bobina a bobina possono spostare la quantità di correzione necessaria.