خط إنتاج التشكيل الساخن عالي السرعة للفولاذ فائق القوة (الألومنيوم)

3. تشمل المعدات الرئيسية للختم الساخن فرن تسخين، ومكبس تشكيل ساخن، وقوالب ختم ساخن.

فرن التدفئة:

تم تجهيز فرن التسخين بقدرات تسخين وتحكم في درجة الحرارة. وهو قادر على تسخين الصفائح عالية المقاومة إلى درجة حرارة إعادة التبلور خلال فترة زمنية محددة، مما يؤدي إلى الوصول إلى الحالة الأوستنيتية. ويجب أن يكون الفرن قابلاً للتكيف مع متطلبات الإنتاج الآلي المستمر على نطاق واسع. ولأن التعامل مع البليت المسخن لا يتم إلا بواسطة الروبوتات أو الأذرع الميكانيكية، فإن الفرن يتطلب تحميل وتفريغ آليين بدقة عالية في تحديد المواقع. بالإضافة إلى ذلك، عند تسخين صفائح الفولاذ غير المطلية، يجب توفير حماية غازية لمنع أكسدة السطح وإزالة الكربون من البليت.

مكبس التشكيل الساخن:

تُعدّ المكابس جوهر تقنية التشكيل الحراري. يجب أن تتمتع بقدرة عالية على التشكيل السريع والتثبيت المحكم، وأن تكون مزودة بنظام تبريد سريع. يتجاوز التعقيد التقني لمكابس التشكيل الحراري بكثير تعقيد مكابس التشكيل البارد التقليدية. حاليًا، لا تتقن سوى بضع شركات أجنبية تصميم وتصنيع هذه المكابس، وتعتمد جميعها على الاستيراد، مما يجعلها باهظة الثمن.

قوالب الختم الساخن:

تؤدي قوالب التشكيل الحراري مرحلتي التشكيل والتبريد. في مرحلة التشكيل، بمجرد إدخال قطعة المعدن الخام في تجويف القالب، يُكمل القالب عملية التشكيل بسرعة لضمان اكتمال تشكيل القطعة قبل أن تخضع المادة لتحول طور المارتنسيت. بعد ذلك، تدخل مرحلة التبريد، حيث تنتقل الحرارة من قطعة العمل داخل القالب باستمرار إلى القالب. تعمل أنابيب التبريد الموجودة داخل القالب على إزالة الحرارة فورًا من خلال سائل التبريد المتدفق. يبدأ تحول المارتنسيت إلى الأوستنيت عندما تنخفض درجة حرارة قطعة العمل إلى 425 درجة مئوية. وينتهي هذا التحول عندما تصل درجة الحرارة إلى 280 درجة مئوية، وتُخرج قطعة العمل عند 200 درجة مئوية. يتمثل دور تثبيت القالب في منع التمدد والانكماش الحراري غير المتساوي أثناء عملية التبريد، والذي قد يؤدي إلى تغييرات كبيرة في شكل وأبعاد القطعة، مما يؤدي إلى تلفها. بالإضافة إلى ذلك، يُحسّن القالب كفاءة نقل الحرارة بين قطعة العمل والقالب، مما يُعزز التبريد السريع.

باختصار، تشمل المعدات الرئيسية للختم الساخن فرن تسخين لتحقيق درجة الحرارة المطلوبة، ومكبس تشكيل ساخن للختم السريع والتثبيت مع نظام تبريد سريع، وقوالب ختم ساخن تقوم بمرحلتي التشكيل والتبريد لضمان تشكيل الجزء بشكل صحيح وتبريد فعال.

لا تؤثر سرعة التبريد السريع على وقت الإنتاج فحسب، بل تؤثر أيضًا على كفاءة التحويل بين الأوستنيت والمارتنسيت. يحدد معدل التبريد نوع البنية البلورية المتكونة، ويرتبط بتأثير التصلب النهائي للقطعة المشغولة. تبلغ درجة حرارة التبريد الحرجة لصلب البورون حوالي 30 درجة مئوية/ثانية، ولا يمكن تعزيز تكوين البنية المارتنسيتية إلى أقصى حد إلا عندما يتجاوز معدل التبريد هذه الدرجة الحرجة. عندما يكون معدل التبريد أقل من المعدل الحرج، تظهر بنى غير مارتنسيتية، مثل البينيت، في البنية البلورية للقطعة المشغولة. مع ذلك، كلما زاد معدل التبريد، كان ذلك أفضل، ولكن زيادته قد تؤدي إلى تشقق الأجزاء المشكلة، لذا يجب تحديد نطاق معدل التبريد الأمثل وفقًا لتركيب المادة وظروف عملية التصنيع.

بما أن تصميم أنبوب التبريد يرتبط ارتباطًا مباشرًا بحجم سرعة التبريد، فإنه يُصمم عادةً من منظور تحقيق أقصى كفاءة لنقل الحرارة، مما يجعل اتجاهه أكثر تعقيدًا، ويصعب تحديده بالحفر الميكانيكي بعد الانتهاء من صب القالب. ولتجنب القيود التي تفرضها المعالجة الميكانيكية، يُلجأ عادةً إلى طريقة تجهيز قنوات المياه قبل صب القالب.

نظراً لعملها لفترات طويلة في درجات حرارة تتراوح بين 200 و880-950 درجة مئوية في ظل ظروف التناوب الشديدة بين البرودة والحرارة، يجب أن تتمتع مادة قالب التشكيل الحراري بصلابة هيكلية عالية وموصلية حرارية جيدة، وأن تكون قادرة على مقاومة الاحتكاك الحراري الشديد الناتج عن المعدن الخام عند درجات الحرارة العالية، بالإضافة إلى مقاومة التآكل الناتج عن جزيئات طبقة الأكسيد المتساقطة. علاوة على ذلك، يجب أن تتمتع مادة القالب بمقاومة جيدة للتآكل الناتج عن سائل التبريد لضمان انسيابية تدفق سائل التبريد في الأنبوب.

التشذيب والثقب

نظرًا لأن قوة الأجزاء بعد التشكيل الحراري تصل إلى حوالي 1500 ميجا باسكال، فإن استخدام القطع بالضغط والتثقيب يتطلب قوة ضغط أكبر للمعدات، كما أن تآكل حواف القطع بالقوالب يكون شديدًا. لذلك، تُستخدم وحدات القطع بالليزر غالبًا لقطع الحواف والثقوب.