Ключови стъпки от процеса по проектиране на автомобилни матрици

Накратко

Процесът по проектиране на форми за автомобилна промишленост е системен инженерен работен поток, който превръща концепция за детайл в здрав производствен инструмент. Той започва с изчерпателен анализ на осъществимост на детайла (DFM), последван от стратегическо планиране на процеса за създаване на оформление на лентата, което оптимизира използването на материала. След това процесът преминава към подробно проектиране на конструкцията и компонентите на формата в CAD, виртуално симулиране за валидиране и компенсация на остатъчна деформация, и завършва със създаването на точни производствени чертежи и списък на материалите (BOM) за производителя на инструменти.

Фаза 1: Анализ на осъществимост на детайла и планиране на процеса

Основата на всяка успешна операция за автомобилно штамповане се поставя дълго преди да бъде отрязана стоманата. Тази първоначална фаза, насочена към анализ на възможностите за производство на детайла и планиране на процеса, е най-критичната стъпка за предотвратяване на скъпоструващи грешки и осигуряване на ефективно производство. Това включва задълбочен анализ на конструкцията на детайла, за да се определи пригодността му за штамповане – практика, известна като проектиране с оглед на технологичност (DFM). Този анализ проверява елементи като остри ъгли, дълбоки изтегляния и свойствата на материала, за да се установят потенциални точки на повреда, като пукнатини или гънки, преди те да се превърнат в скъпи практически проблеми.

След като детайлът е признат за пригоден за производство, следващата стъпка е създаването на план за процеса, представен визуално чрез оформление на лентата. Това е стратегически маршрут, който показва как равна метална лента постепенно ще бъде трансформирана в готов компонент. Както е описано в ръководство от Jeelix , структурата на лентата внимателно изобразява всяка операция — от пробиване и надрязване до огъване и формоване — в логическа последователност. Основните цели са максимално използване на материала и осигуряване на стабилност на лентата по време на придвижването ѝ през матрицата. Оптимизирана структура може да има значителен икономически ефект; дори 1% подобрение в използването на материала може да доведе до големи спестявания при производството на голям обем автомобили.

По време на този етап на планиране, проектиращите мислено разграждат крайната детайл до серия от штамповъчни действия. Например, сложен скобен елемент се разделя на основните си операции: пробиване на водещи отвори, надрязване на ръбове, изпълнение на огъвания и накрая изрязване на готовата част от лентата. Това структурирано мислене гарантира, че операциите се извършват в правилния ред — например пробиване на отвори преди огъване, за да се избегне деформация.

Контролен списък с ключови DFM съображения:

• Свойства на материала: Дали дебелината, твърдостта и посоката на зърното на избрания метал са подходящи за необходимите формиране?
• Радиуси на огъване: Всички радиус на огъване достатъчно щедри, за да се предотврати пукнатини? Вътрешният радиус е по-малък от 1,5 пъти дебелината на материала и често е червен флаг.
• Близост до дупката: Намира ли се дупките на безопасно разстояние от завои и ръбове, за да се избегне разтягане или скъсване?
• Комплексна геометрия: Има ли някакви характеристики, като подрязване или странични дупки, изискващи сложни и потенциално подложени на неизправност механизми като странични камери?
• Толеранси: Може ли да се постигнат посочените допустими допустими допустими стойности при процеса на штампиране, без да се увеличават ненужно разходите?

Фаза 2: Структура на стъклата и проектиране на основния компонент

С солиден процесен план, фокусът се прехвърля към проектирането на физическата прецизна машина, съставена от множество взаимозависими системи. Структурата на рибата служи като здрава рамка, или скелет, който държи всички активни компоненти в перфектно подравняване при огромна сила. Тази основа, често наричана набор от стъкло, се състои от горни и долни плочи (бути), точно подредени с насочващи щифтове и буши. Тази система за подравняване е от решаващо значение за поддържането на точността на микроново ниво, необходима за последователно качество на частите и предотвратяването на катастрофални сблъсъци на изкопаемите материали по време на работа с висока скорост.

Сърцето на матрицата е нейната система за формиране и рязане, която се състои от перки и кухини на матрицата (или бутони), които директно оформя метала. Проектирането на тези компоненти е въпрос на изключителна прецизност. Критичен параметър е прозрачността - малкият пропуск между удар и матрица. Според Мекалит , този клирънс обикновено е между 5-10% от дебелината на материала. Твърде малко прозорци увеличават силата на рязане и износването, докато твърде много могат да разкъсат метала и да оставят големи бръчки. Геометрията, материалите и термичната обработка на тези компоненти са прецизно определени, за да се гарантира, че могат да издържат на милиони цикли.

Изборът на материал за самите компоненти на изработката е стратегическо решение, което балансира разходите, устойчивостта на износване и здравината. Използват се различни стомани за инструменти в зависимост от обема на производството и абразивността на материала на частите.

Фаза 3: Виртуална валидация и преглед на проекта

В съвременното проектиране на шанцформи за автомобилна индустрия епохата на скъпия и отнемащ времето физически пробно-грешков метод е приключила. Днес проектирането се проверява задълбочено в цифровата среда чрез процес, наречен виртуално валидиране. С помощта на напреднали софтуери за компютърно подпомагано инженерство (CAE) и метод на крайните елементи (FEA), инженерите симулират целия процес на шанцовка, за да предвидят поведението на ламарината под налягане. Този виртуален пробен ход разкрива потенциални дефекти като набръчкване, разкъсване или прекомерно изтъняване още преди да започне физическото производство, което позволява превантивни корекции в проекта.

Един от най-значимите предизвикателства при штамповането, особено с високопрочните стомани (AHSS), използвани в съвременните превозни средства, е огъването при релаксация. Това явление се случва, когато оформеният метал частично се върне към първоначалната си форма след премахване на штамповъчното усилие. Софтуерът за симулации може точно да предвиди степента и посоката на това огъване при релаксация. Това позволява на проектиращите да приложат активна компенсация. Например, както обяснява Jeelix, ако симулацията предвижда, че огъване от 90 градуса ще се върне до 92 градуса, матрицата може да бъде проектирана така, че да огъне детайла до 88 градуса. Когато детайлът бъде освободен, той се връща до точните 90 градуса.

Процесът на валидиране е систематична проверка, целяща да се гарантира, че проектът е устойчив, ефективен и способен да произвежда качествени части. Той предоставя окончателна възможност за преглед и подобряване, преди да бъде започнат скъпият процес по изработване на инструменти.

Стъпки в процеса на виртуално валидиране:

1. Изпълни анализ на формоустойчивост: Симулационният софтуер анализира потока на материала, за да провери за възможни дефекти като пукнатини, гънки или недостатъчно разтегляне.
2. Предвиждане и компенсиране на отскока: Степента на отскок се изчислява и формата на повърхностите на матрицата се коригира автоматично, за да се компенсира този ефект.
3. Изчисляване на силите: Симулацията изчислява необходимата тонажност за всяка операция, осигурявайки, че избраната преса има достатъчна мощност и предотвратяващо повреди на пресата или матрицата.
4. Провеждане на окончателен преглед на проекта: Всестранен преглед на валидирания проект се извършва от екип инженери, за да се открият останали грешки или потенциални проблеми, преди проектът да бъде окончателно утвърден.

Етап 4: Създаване на чертежи и предаване за производство

Последният етап от процеса на проектиране на форми за автомобилна индустрия е превръщането на валидирания триизмерен цифров модел в универсален инженерен език, който производителите на инструменти могат да използват за изграждане на физическата форма. Това включва създаването на комплексен пакет от техническа документация, включващ подробни чертежи и списък на материалите (BOM). Този стандартизиран изход е от съществено значение, за да се гарантира, че всеки компонент ще бъде произведен точно според спецификациите, което е критично за безпроблемна сглобка, правилно функциониране и ефективна поддръжка на формата.

Документационният пакет служи като окончателен чертеж за изграждането на инструмента. Той трябва да бъде ясен, точен и недвусмислен, за да се избегнат скъпоструващи грешки на производствената площадка. Това детайлно планиране е отличителна черта на експертните производители в автомобилния сектор. Например, компании като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. се специализират в превръщането на тези точни проектни пакети в качествени автомобилни штамповъчни матрици и компоненти, като използват напреднали симулации и дълбока експертна подготовка, за да обслужват производители на оригинално оборудване (OEM) и доставчици от първа степен с изключителна ефективност и качество.

Окончателният проектен пакет съдържа няколко ключови елемента, като всеки служи за конкретна цел в производствения и сглобяван процес. Качеството и пълнотата на тази документация директно повлияват върху работата и дълголетието на крайния инструмент.

Ключови елементи на окончателен проектен пакет:

• Сглобяем чертеж: Този основен чертеж показва как всички отделни компоненти се поставят заедно в крайната матрична конструкция. Включва общите размери, височина при затваряне и детайли за монтиране на матрицата в пресата.
• Детайлен чертеж: Създава се отделен, изключително подробен чертеж за всеки персонализиран компонент, който трябва да бъде обработен чрез машинно рязане. Тези чертежи посочват точните размери, геометрични допуски, вид на материала, необходима термична обработка и повърхностна обработка.
• Списък на материалите (BOM): BOM е изчерпен списък на всеки един компонент, необходим за изработването на матрицата. Това включва както компонентите с индивидуална обработка, така и всички стандартни серийни части като винтове, пружини, водещи пинове и втулки, често с партньорски номера на доставчика.