Klíčové kroky procesu návrhu automobilových nástrojů

SHRNUTÍ

Proces návrhu automobilových tvářecích nástrojů je systematický inženýrský pracovní postup, který transformuje koncept dílu na robustní výrobní nástroj. Začíná důkladnou analýzou proveditelnosti dílu (DFM), následovanou strategickým plánováním procesu za účelem vytvoření rozvinutého pásu optimalizujícího využití materiálu. Poté proces pokračuje podrobným návrhem konstrukce a komponent nástroje v CAD, virtuální simulací pro ověření a kompenzaci pružného návratu, a končí vytvořením přesných výrobních výkresů a seznamu materiálu (BOM) pro výrobce nástroje.

Fáze 1: Analýza proveditelnosti dílu a plánování procesu

Základy jakékoli úspěšné lisovací operace v automobilovém průmyslu jsou položeny dlouho před tím, než je oříznuta jakákoli ocel. Tato počáteční fáze, zaměřená na analýzu proveditelnosti dílu a plánování procesu, je nejdůležitější etapou pro prevenci nákladných chyb a zajištění efektivní výroby. Zahrnuje podrobnou analýzu konstrukce dílu za účelem určení její vhodnosti pro lisování, což se označuje jako konstrukce s ohledem na výrobitelnost (DFM). Tato analýza zkoumá prvky jako ostré rohy, hluboké tažení a vlastnosti materiálu, aby identifikovala potenciální body selhání, například trhliny nebo vrásy, dříve než se stanou nákladnými fyzickými problémy.

Jakmile je díl považován za výrobitelný, dalším krokem je vytvoření plánu procesu, který je vizuálně znázorněn rozvinutým pohledem pásky. Tento plán představuje strategickou mapu toho, jak bude rovinná cívka postupně přeměněna na hotovou součástku. Jak je podrobně popsáno v příručce od Jeelix , rozložení pásu pečlivě mapuje každou operaci – od vrtání otvorů a vysekávání zářezů po ohyb a tváření – v logické posloupnosti. Hlavní cíle spočívají v maximalizaci využití materiálu a zajištění stabilitu pásu během průchodu nástrojem. Optimalizované rozložení může mít významný ekonomický dopad; i 1% zlepšení využití materiálu se může u velkosériové výroby automobilů promítnout do významných úspor.

Během této fáze plánování si konstruktéři mysl ovně rozkládají finální díl na sérii krokových operací. Například složitý držák je rozdělen na základní operace: vrtání naváděcích otvorů, sekání hran, provádění ohybů a nakonec vysekání hotového dílu z pásu. Tento strukturovaný přístup zajišťuje, že operace budou provedeny ve správném pořadí – například vrtání otvorů před ohýbáním, aby nedošlo ke zkreslení tvaru.

Kontrolní seznam klíčových aspektů DFM:

• Vlastnosti materiálu: Je tloušťka, tvrdost a směr vlákna vybraného kovu vhodná pro požadované tvářecí operace?
• Poloměry ohybů: Jsou všechny ohybové poloměry dostatečně velké, aby se předešlo praskání? Vnitřní poloměr menší než 1,5násobek tloušťky materiálu je často varovným signálem.
• Vzdálenost otvorů: Jsou otvory umístěny v bezpečné vzdálenosti od ohybů a hran, aby nedošlo k jejich protažení nebo trhání?
• Složitá geometrie: Vyžadují některé prvky, jako jsou závleky nebo boční otvory, složité a potenciálně náchylné k poruchám mechanismy, jako jsou boční vačky?
• Tolerenční rozsahy: Jsou stanovené tolerance dosažitelné pomocí procesu stříhání, aniž by zbytečně rostly náklady?

Fáze 2: Návrh konstrukce razníku a základních komponent

Se solidním plánem procesu se zaměření posouvá k návrhu fyzického nástroje – přesného stroje složeného z více navzájem závislých systémů. Konstrukce nástroje slouží jako robustní rámec nebo kostra, která udržuje všechny aktivní součásti v dokonalé ose i při obrovských silách. Tento základ, často označovaný jako sada nástrojů, se skládá z horních a dolních desek (bot) přesně zarovnaných pomocí vodících kolíků a pouzder. Tento systém zarovnání je zásadní pro udržení mikronové přesnosti potřebné pro konzistentní kvalitu dílů a pro zabránění katastrofálním kolizím nástrojů během provozu ve vysoké rychlosti.

Srdcem nástroje je jeho tvářecí a řezací systém, který se skládá z děrniků a dutin (nebo tlačítek) nástroje, které kov přímo tvarují. Návrh těchto součástí vyžaduje extrémní přesnost. Kritickým parametrem je vůle – malá mezera mezi děrníkem a deskou nástroje. Podle Mekalite , tento vůle je obvykle mezi 5–10 % tloušťky materiálu. Příliš malý vůle zvyšuje řeznou sílu a opotřebení, zatímco příliš velký může způsobit trhání kovu a vznik velkých otřepů. Geometrie, materiál a tepelné zpracování těchto komponent jsou pečlivě stanoveny, aby zajistily odolnost miliony cyklů.

Volba materiálu pro samotné díly matrice je strategické rozhodnutí, které vyvažuje náklady, odolnost proti opotřebení a houževnatost. Různé nástrojové oceli se používají v závislosti na objemu výroby a abrasivitě materiálu dílu.

Fáze 3: Virtuální ověření a kontrola návrhu

V moderním návrhu automobilových forem je éra nákladného a časově náročného fyzického pokusování a omylů u konce. Dnes jsou návrhy důkladně testovány v digitální oblasti prostřednictvím procesu zvaného virtuální validace. Pomocí pokročilého softwaru pro počítačovou podporu inženýrství (CAE) a metodu konečných prvků (FEA) inženýři simulují celý proces tváření, aby předpověděli, jak se plech bude chovat pod tlakem. Tato virtuální zkouška odhalí potenciální vady, jako jsou vrásky, trhliny nebo nadměrné zeslabení materiálu, ještě než začne jakákoli fyzická výroba, což umožňuje provádět návrhové opravy preventivně.

Jednou z nejvýznamnějších výzev při tváření, zejména u vysoce pevných ocelí (AHSS) používaných u moderních vozidel, je pružné zpětné prohnutí (springback). Tento jev nastává, když tvarovaný kov částečně návratí do původního tvaru poté, co je odstraněna tvářecí síla. Simulační software může přesně předpovědět míru a směr tohoto pružného zpětného prohnutí, což umožňuje konstruktérům implementovat aktivní kompenzaci. Například, jak vysvětluje Jeelix, pokud simulace předpovídá, že ohyb o 90 stupních se vrátí na 92 stupňů, lze navrhnout nástroj tak, aby součást byla přeohnuta na 88 stupňů. Po uvolnění se pak součást vrátí přesně do cílových 90 stupňů.

Proces ověření je systematickou kontrolou, která zajistí, že návrh je robustní, efektivní a schopen produkce kvalitních dílů. Poskytuje finální příležitost k revizi a doladění, než dojde k přechodu k nákladnému procesu výroby nástrojů.

Kroky virtuálního ověřovacího procesu:

1. Spusťte analýzu tvárnosti: Simulační software analyzuje tok materiálu za účelem zjištění potenciálních vad, jako jsou trhliny, vrásky nebo nedostatečné protažení.
2. Předpovědět a kompenzovat pružné návratné deformace: Stupeň pružné návratné deformace je vypočítán a tvářecí plochy návrhu nástroje jsou automaticky upraveny tak, aby tato deformace byla kompenzována.
3. Výpočet sil: Simulace vypočítá potřebnou uzavírací sílu pro každou operaci, čímž zajistí, že vybraný lis má dostatečnou kapacitu a zabrání poškození lisu nebo nástroje.
4. Provést finální kontrolu návrhu: Důkladná kontrola ověřeného návrhu je provedena týmem inženýrů, aby byly zachyceny případné zbývající chyby nebo potenciální problémy, než bude návrh definitivně schválen.

Fáze 4: Vytvoření výkresů a předání do výroby

Závěrečnou fází procesu návrhu automobilového tvářecího nástroje je převod ověřeného 3D digitálního modelu do univerzálního technického jazyka, který mohou výrobci nástrojů použít pro sestavení fyzického nástroje. Tento krok zahrnuje vytvoření komplexního balíčku technické dokumentace, včetně podrobných výkresů a soupisu materiálu (BOM). Tento standardizovaný výstup je nezbytný pro to, aby každá součást byla vyrobena přesně podle specifikací, což je klíčové pro hladkou montáž, správnou funkci a efektivní údržbu nástroje.

Balíček dokumentace slouží jako definitivní plán pro stavbu nástroje. Musí být jasný, přesný a jednoznačný, aby se na výrobní ploše předešlo nákladným chybám. Toto podrobné plánování je typické pro odborné výrobce v automobilovém průmyslu. Například společnosti jako Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specializují se na převádění těchto přesných návrhových balíčků na vysoce kvalitní tvářecí nástroje a součásti pro automobilový průmysl, přičemž využívají pokročilé simulace a hluboké odborné znalosti k obsluze OEM zákazníků a dodavatelů první úrovně s vynikající efektivitou a kvalitou.

Konečný návrhový balíček obsahuje několik klíčových prvků, z nichž každý plní konkrétní účel v technologickém procesu výroby a montáže. Kvalita a úplnost této dokumentace přímo ovlivňuje výkon a životnost konečného nástroje.

Klíčové prvky konečného návrhového balíčku:

• Montážní výkres: Tento hlavní výkres ukazuje, jak všechny jednotlivé součásti zapadají do finální sestavy nástroje. Obsahuje celkové rozměry, výšku uzavření a podrobnosti pro upevnění nástroje do lisu.
• Dílenské výkresy: Pro každou vlastní součást, která musí být obráběna, je vytvořen samostatný, velmi podrobný výkres. Tyto výkresy uvádějí přesné rozměry, geometrické tolerance, typ materiálu, požadované tepelné zpracování a úpravu povrchu.
• Seznam materiálu (BOM): BOM je komplexní seznam všech součástí potřebných k výrobě stroje. To zahrnuje jak součástky na zakázku, tak všechny standardní části, jako jsou šrouby, pružiny, vodítka a nápravné, často s čísly dílů dodavatele.