Голямото серийно метално штампиране в автомобилната промишленост: ръководство за инженеринг и набавяне

Накратко

Производството на металоштамповани изделия в автомобилната промишленост е основата на съвременното производство на превозни средства, което може да осигури милиони прецизни компонента с почти нулев брой дефекти. Използвайки прогресивна форма и високоскоростно щанцоване технологии, производителите могат да постигнат скорост на производство над 1500 хода в минута, като запазват толеранции до +/- 0,001 инча. Този процес е от съществено значение за производството на критични за безопасността части като сензори за въздушни възглавници и нововъзникващи компоненти за електромобили, като медни шини.

За инженерите и мениджърите по доставки в автомобилната промишленост успехът зависи от избора на партньори със сертификати по IATF 16949 стандарти, които могат да управляват преминаването към усъвършенствани високопрочни стомани (AHSS) и алуминий за намаляване на теглото. Независимо дали се набават терминалите, скобите или сложни предаващи рамки, правилната стратегия за високотомашно штампиране оптимизира разходите за единица чрез икономии от мащаба, като осигурява стриктно спазване на глобалните изисквания за качество в автомобилната индустрия.

Технологии за високотомашно производство

Изискването на автомобилната индустрия за милиони идентични, бездефектни части изисква производствени технологии, които постигат баланс между екстремна скорост и микроскопска прецизност. Основният метод за постигането на това е Прогресивно щамповане на матрици . В този процес непрекъсната метална лента се подава през преса, съдържаща серия от станции. Всяка станция извършва определена операция — рязане, огъване, перфориране или клеймоване — едновременно с всеки ход на пресата. Докато лентата се движи напред, детайлът постепенно придобива форма, докато бъде освободен в крайната станция. Този метод е индустриален стандарт за висока производителност и позволява изработването на сложни геометрии без ръчно обслужване между стъпките.

За да отговори на възходящото търсене на електрически компоненти в съвременните превозни средства, Високоскоростно щанцоване е станало незаменимо. Водещи производители използват специализирано оборудване, като преси на Брудерер, които могат да работят със скорост до 1 500 хода в минута . Според Wiegel , тази способност е от решаващо значение за производството на многомилионни части от сложни части като терминали и конектори, където времето на цикъла пряко влияе на търговската жизнеспособност. Възможността за отпечатване на медни сплави и екзотични метали с тези скорости гарантира, че поръчките за електрически електромобили с голям обем се изпълняват навреме.

Друг технологичен скок е приемането на Технология за серво пресоване - Не, не, не. За разлика от традиционните механични преси, които работят с фиксиран цикъл на летящото колело, сервопресите използват двигатели с висок въртящ момент, за да контролират напълно скоростта и позицията на овеня през целия ход. Това позволява "посещаване" в долната част на удара, за да се намали скока в трудни материали или да се регулира скоростта, за да се предотврати пукнатината. Автоматизиране на инструменти и матрици (ATD) подчертава, че сервопресите, които варират от 330 до над 700 тона, са от съществено значение за формирането на сложни геометрични форми и високопрочни материали, които иначе биха се провалили в стандартните механични преси.

Ключови автомобилни компоненти и преход на EV

Преходът от двигатели с вътрешно горене (ICE) към електрически превозни средства (EV) фундаментално промени видовете отпечатени компоненти, изисквани от купувачите на първи ред и OEM. Докато традиционните ICE превозни средства изискват големи количества клипове за инжектор на гориво, закачалки за изпускане и трансмисионни скоби, пейзажът на EV дава приоритет на електрическата проводимост и топлинното управление. Шинни ленти , батерии и щитове са сред най-големите бройки от печатни части. Тези компоненти често изискват специализирани инструменти за обработка на мед и медни сплави, без да се повреди тяхната повърхностна обработка, което е от решаващо значение за електрическата ефективност.

Съставките, които са от критично значение за безопасността, остават фактор за постоянния обем на всички видове превозни средства. Части като: защитни колани , монтажите на въздушните възглавници и компонентите за производство на спирачките трябва да издържат на големи удари и строги изпитвания на умора. Ксометрия отбелязва, че прецизните штампи са жизненоважни за тези приложения, тъй като предлагат повтаряемост, която не може да бъде постигната с отливка или обработка в мащаб. Например, запечатана подушка за въздушен подушек трябва да се разгърне точно както е проектирана в милисекунди; няма граници за размерите в производствения цикъл от пет милиона бройки.

Обестяване е друга доминираща тенденция, влияеща върху дизайна на компонентите. За да подобрят ефективността на горивото в автомобилите с ледена и електрическа експлоатация и да увеличат обхвата на електромобилите, инженерите заменят тежките стоманени консоли с отпечатъчен алуминий или с по-тънки и по-силни стомани. Тази промяна представлява предизвикателство за производството, тъй като алуминият е по-склонен към пукнатини и раздразнения по време на процеса на штампиране. Опитните стъмпъри намаляват това чрез използване на усъвършенствани смазочни материали и високо полирани матрици, за да се гарантира гладък поток на материали, като същевременно се запази структурната цялост, необходима за приложенията на шаси и купе в бяло.

Материални науки в автомобилното штампиране

Изборът на материали при високото обемно штамповане вече не е ограничен до мека стомана. Търсенето на безопасност и ефективност популяризира Напреднали високо якостни стомани (AHSS) . Тези материали предлагат изключителна якост на опън, което позволява на инженерите да използват по-тънки калибри, за да спестят тегло, без да компрометират безопасността. Въпреки това, AHSS изисква преси със значително по-голяма тонаж и здрави инструментални материали, като карбид, за да издържат на екстремното износване, възникващо по време на производството. Ефектът "връщане" — при който метала се стреми да се върне в първоначалната си форма след огъване — е по-изразен при AHSS, което изисква сложна инженерия на матриците, за да се огъне материала точно.

За електрификация на задвижването Мед и мед сплавите са от съществено значение поради тяхната превъзходна електрическа проводимост. Тези меки метали представляват различен набор предизвикателства; те са високо дуктилни, но лесно се драскат или деформират. Струговането с висока скорост на медни терминали често включва системи за мониторинг в матрицата, за да се засичат отпадъци или замърсявания, които биха могли да повредят деликатните контактни повърхности. Освен това много компоненти за ЕР изискват предварително металопокрити материали (като мед с оловно или сребърно покритие) за подобряване на проводимостта и устойчивостта към корозия. Процесът на струговане трябва да е достатъчно нежен, за да формира детайла, без да премахне тези жизненоважни слоеве покритие.

Алуминий пробиването продължава да расте за структурни и козметични приложения. Въпреки че предлага изключително добро съотношение между здравина и тегло, алуминият се държи по-различно от стоманата под натоварване. Той има по-ниски граници на формируемост и изисква специфични радиуси на огъване, за да се избегне счупване. Пробивачите трябва да контролират внимателно зазорината между матрията и пуансона — обикновено по-тясна от тази за стоманата — за да се получават чисти, без заострени ръбове на алуминиеви части, използвани в топлинни щитове, скоби и декоративни ленти.

Стандарти за качество и задължението за нулеви дефекти

В автомобилната индустрия, сертификации за качество не са задължителни допълнения; те са лицензи за действие. IATF 16949 е глобалният технически стандарт за спецификации и управление на качеството в автомобилната индустрия. Той отива много по-далеч от общите изисквания на ISO 9001, като задължава за стриктно управление на риска, предотвратяване на дефекти и последователност в доставката. Производител без тази сертификация обикновено не може да доставя на клиенти от първи ешелон (Tier 1) или OEM компании. Този стандарт налага мислене с цел "нулеви дефекти", където целта не е просто да се откриват неизправни части, а да се предотвратява производството им изобщо.

За постигането на това високопроизводителните штамповачи прилагат Процес за одобрение на производствени компоненти (PPAP) и Разширено планиране на качеството на продуктите (APQP) . PPAP потвърждава, че производственият процес има потенциала да произвежда продукт, който постоянно отговаря на всички изисквания по време на реална производствена серия при декларираната производствена скорост. Това включва строги измервания и документиране на първите няколко стотин части, като често се използва анализ Cpk (способност на процеса), за да се докаже статистически стабилността.

На производствената площадка технологията гарантира спазването на тези стандарти. JV Manufacturing обяснява, че автоматизираните визуални системи и сензорите в матрицата са от съществено значение за поддържане на качеството при високи скорости. Тези сензори следят натоварването на пресата, изхвърлянето на детайлите и размерната точност в реално време. Ако размерът на детайл отклони дори на части от милиметър или ако отпадъкът не е правилно изхвърлен, системата незабавно спира пресата, за да предотврати повреда на инструмента и да отдели съмнителния детайл. Възможността за 100% инспекция е единственият начин да се гарантират нивата на качество по части на милион (PPM), изисквани от автомобилните сборъчни линии.

Фактори, влияещи на разходите и стратегическо набавяне

Икономиката на стамповане в големи серии се определя от икономии от мащаба . Въпреки че първоначалните инвестиции в прогресивни матрици (твърди инструменти) могат да варират от десетки хиляди до стотици хиляди долара, тези разходи се амортизират в продължение на целия живот на програмата. За детайл, произвеждан в 5 милиона броя годишно, матрица за 50 000 долара добавя само един цент към единичната цена. Напротив, използването на по-евтин метод с „мек инструмент“, подходящ за прототипиране, би довело до непозволимо висока цена на бройка и бавна доставка. Екипите по набавяне трябва да балансират тези фактори, често сключвайки дългосрочни споразумения, за да оправдаят капитала за инструменти.

Ефективната стратегия за набавяне също така взема предвид способността на доставчика да осъществи мащабиране. Много автомобилни програми започват с фаза на прототипиране, изискваща бързо изпълнение, преди прехода към масово производство. За програми, изискващи безпроблемен преход от първоначалната валидация към масово производство, доставчици като Shaoyi Metal Technology предлагат интегрирани решения, използвайки преси до 600 тона и прецизност сертифицирана по IATF 16949, за мащабиране от 50 прототипа до милиони критични компоненти. Проверката на целия спектър от автомобилни щанцоване възможности гаранира, че доставчикът може да отговаря както на гъвкавостта, необходима за развитие, така и на силна производствена мощност, изисквана за стартиране.

Окончателните разходи включват използването на материала и цикъла на производство. Едно добре проектирано прогресивно щанцоване максимизира броя на детайли на лента (относно добив на материала) и минимизира отпадъчния материал. Щанцовката „близка до крайна форма“ намалява нуждата от вторични операции като механична обработка, допълнително намалявайки разходите. При поискване на оферта, предоставянето на пълни CAD данни, прогнози за годишни обеми и специфични класове сплави позволява на щанцьора да проектира най-икономична компоновка на лентата, което директно влияе на крайната цена на детайл.

Инженерство на бъдещето на мобилността

Докато автомобилната индустрия преминава към електрификация и автономни системи, ролята на високото производство чрез метално штамповане става още по-важна. Индустрията напредва далеч зад рамките на простото формоване на метали към сложни, интегрирани производствени процеси, където се съчетават прецизност, материалознание и скорост. Доставчиците, които комбинират стриктността на IATF 16949 с напреднали серво и високоскоростни технологии, ще бъдат тези, които успешно ще подкрепят архитектурите на следващото поколение превозни средства. За покупателите и инженерите приоритет трябва да остане проверката на техническата дълбочина — осигурявайки, че избраният доставчик разполага не просто с капацитет, а с възможността да осигури безгрешна работа милиони пъти подред.

Често задавани въпроси

1. Каква е разликата между щамповането с прогресивни матрици и това с предавателни матрици?

Прогресивното щанцоване подава непрекъсната лента от метал през множество станции в единичен инструмент, което го прави по-бързо и икономически изгодно за по-малки части с голям обем. Щанцоването с прехвърляне включва ранно отделяне на детайла от лентата и механично преместване между отделни щанцови станции. Инструментите с прехвърляне обикновено се използват за по-големи части (като рамки или черупки), които изискват по-сложни формовъчни операции, които не могат да бъдат извършени, докато са прикрепени към лентата.

2. Защо сертификатът IATF 16949 е важен за металното щанцоване?

IATF 16949 е специфичен стандарт за управление на качеството в автомобилния сектор, който набляга на предотвратяване на дефекти, последователност в доставката и непрекъснато подобряване. За компания, занимаваща се с метално щанцоване, притежанието на този сертификат показва, че разполага със строги процесни контроли, документация (PPAP) и системи за управление на риска, необходими за предотвратяване на повреди в критични за безопасността автомобилни компоненти.

3. Какви материали са най-често използвани при клеймоване на ЕВ?

Клеймоването на електрически превозни средства (ЕВ) интензивно използва мед и медни сплави (като C11000 или берилиев мед) за шинопроводи, терминални елементи и съединители поради високата им електрическа проводимост. Алуминий също се използва широко за кутии на батерии, топлинни екрани и конструкционни скоби, за да се намали общото тегло на превозното средство и да се компенсира тежката маса на батерейните пакети. Напреднала високопрочна стомана (AHSS) остава често използвана за конструкционни елементи за защита при катастрофи.