SHRNUTÍ

Lisování tepelných štítů pro automobilový průmysl je přesný výrobní proces navržený pro řízení tepelného zatížení vozidel pomocí tenkých plechů, obvykle 0.3mm až 0.5mm slitiny hliníku (1050, 3003) nebo nerezovou ocel (Třída 321). Výrobní proces často využívá progresivní razení nebo přestupní lisy válcování před tvářením.

Tento proces válcování – vytvářející vzory jako polokoule nebo stucco – významně zvyšuje strukturní tuhost tenkých fólií a zlepšuje tepelnou odrazivost. Úspěch inženýrského řešení závisí na vyvážení tvarovatelnosti materiálu a řízení vad, konkrétně ovládání zmračení při tváření ve střihu a udržování úzkých tolerancí (až ±0,075 mm) k zajištění bezproblémové montáže.

Výběr materiálu: Slitiny, stupně tepelného zpracování a tloušťka

Výběr správného základního materiálu je základním krokem při návrhu tepelných štítů, a je primárně určen polohou komponenty a intenzitou tepla, které musí odolat. Výrobci musí vyvažovat cíle snižování hmotnosti s tepelnou odolností, což vede k rozdílu mezi použitím hliníku a nerezové oceli.

Hliníkové slitiny (řady 1000 & 3000)

Pro běžné ochrany spodku vozidla a motorového prostoru je hliník dominantní volbou díky své vysoké odrazivosti a nízké hmotnosti. Průmyslový standard se obvykle otáčí kolem slitin 1050 a 3003 tyto materiály jsou často dodávány ve stavu O-temper (žíhaný/měkký) za účelem maximalizace tvárnosti během počátečních fází tváření.

• Rozsah tloušťky: Standardní štíty využívají plechy mezi 0,3 mm a 0,5 mm dvouvrstvé aplikace mohou využívat fólie až tak tenké jako 0.2mm vytvořit vzduchové mezery, které dále izolují proti tepelnému záření.
• Zpevňování tvářením: Důležitým nuánsem při zpracování hliníku 1050-O je fyzická transformace během drážkování. Mechanický proces válcování vzorů do plechu materiál zušlechťuje tvářením, čímž efektivně mění jakost z O na tvrdší stav, často klasifikovanou jako H114 . Tato dodatečná tuhost je životně důležitá pro manipulaci, ale mění parametry následných tvářecích operací.

Nerezová ocel (třída 321)

Ve vysoce namáhaných tepelných oblastech, jako jsou turbodmychadla a výfukové kolektory, je teplota tavení hliníku (přibližně 660 °C) nedostačující. Zde používají inženýři oxidově odolná ocel 321 . Tato titanem stabilizovaná austenitická nerezová ocel nabízí vynikající odolnost proti mezikrystalické korozi a teplotnímu dotvarování.

Případové studie, jako jsou ty týkající se turbovačových štítů, demonstrují nutnost použití nerezové oceli pro součásti vyžadující odolnost při extrémním tepelném cyklování. Tyto součásti často vyžadují silnější plechy než jejich hliníkové protějšky a robustní nástroje pro zvládnutí vyšší pevnosti materiálu v tahu.

Výrobní proces: Strategie postupných nástrojů

Výrobní pracovní postup pro tepelné clony se liší od běžného tváření plechů v důsledku křehkosti základního materiálu a nutnosti texturování. Proces obvykle následuje přísnou sekvenci: Přívod cívky → Vytváření reliéfu → Stříhání → Tváření → Zářezování/prostřihování .

Sekvence nejprve reliéf, poté tváření

Na rozdíl od standardních panelů, u nichž se zachovává povrchová úprava, jsou tepelné clony záměrně texturovány. Krok vytváření reliéfu obvykle probíhá ihned po odvinutí cívky. Toto opatření není pouze estetické; texturování poskytuje dva klíčové inženýrské benefity:

1. Tuhost konstrukce: Uměle zvyšuje tuhost 0,3mm fólií, což jim umožňuje udržet tvar bez deformace.
2. Termální výkonnost: Zvyšuje plochu pro odvod tepla a vytváří vícebodové úhly odrazu.

Tvarování nárazem vs. tažení

Inženýři musí rozhodnout mezi tvarováním nárazem a tažením na základě rozpočtu a geometrie.

• Tvarování nárazem: Tato metoda využívá pouze razník a matrici bez přidržovače materiálu. Je nákladově efektivní co se týče nástrojů, ale je náchylná k nekontrolovanému toku materiálu. U výroby tepelných štítů to často vede ke vrásnám. Protože jsou však tepelné štíty funkční (neviditelné) komponenty, průmyslové normy často považují drobné vrásny za přijatelné, pokud nebrání montážním rozhraním.
• Tažení: U složitých geometrií, kde způsobují vrásny funkční poruchy, se používá tažení. Tato metoda využívá přidržovač materiálu k řízení toku materiálu do dutiny matrice, čímž zajišťuje hladký povrch, ale zvyšuje náklady na nástroje.

Vysokosériová výroba spoléhá na progresivní razení nebo automatizované přenosové systémy. Například výroba více než 100 000 jednotek ročně nerezového krytu turbodmychadla vyžaduje významnou lisovací kapacitu. Zatímco lehčí hliníkové díly mohou být zpracovávány na menších linkách, odolné ocelové komponenty často vyžadují lisy o nosnosti 200 až 600 tun zajištění konzistentního tvaru a rozměrové přesnosti.

Výrobci vyžadující škálovatelná řešení často hledají partnery s širokými lisovacími možnostmi. Například Shaoyi Metal Technology nabízí přesné tváření s lisovací kapacitou až 600 tun, čímž pokrývá přechod od rychlého prototypování ke hromadné výrobě podle standardu IATF 16949. Taková kapacita je nezbytná při přechodu od měkkých nástrojů u prototypů k tvrdým nástrojům pro hromadnou výrobu složitých automobilových sestav.

Inženýrské výzvy: Vady a tolerance

Lisování tenkostěnných, reliéfních materiálů způsobuje specifické vady, které musí technici minimalizovat.

Řízení vrásání a pružení

Zmračení je nejběžnější vada u tepelných štítů tvarovaných tvářením kvůli nízké tuhosti plechu a tlakovým napětím na přírubě. Zatímco funkční vráska je často povolena v oblastech bez spojení, nekontrolované záhyby (překryvy) mohou vést ke trhlinám nebo bezpečnostním rizikům při manipulaci.

Pružná návratnost je další proměnnou, zejména u práci zpevněného hliníku H114 nebo nerezové oceli vysoké pevnosti. Simulační software se často používá k předvídání pružného návratu a kompenzaci geometrie nástroje (nadpětí) pro dosažení finálního tvaru.

Přesné tolerance

Přestože rastrné štíty mají drsný vzhled, místa uchycení vyžadují vysokou přesnost. Například stínění turbodmychadla může vyžadovat tolerance až tak úzké jako ±0,075 mm na kritických průměrech, aby bylo zajištěno dokonalé utěsnění a zabráněno vzniku vibrací a drnčení. Pro dosažení této úrovně přesnosti jsou zapotřebí tuhé nástroje a často se používají dodatečné operace, jako je laserové gravírování pro stopovatelnost (čárové kódy, datum výroby) přímo v rámci výrobní linky.

Praskání okrajů

Okrajové trhliny se mohou objevit při zarolování vytlačovaných plechů. Proces vytlačování snižuje tažnost materiálu, čímž je náchylnější k trhání při protažení. Optimalizace poměru vytlačení (výška vzhledem k průměru vydutí) je klíčovým konstrukčním parametrem pro prevenci tohoto způsobu poruch.

Vzory vytlačování a tepelná funkce

Textura tepelného štítu je funkční specifikací. Volba vzoru ovlivňuje jak tvárnost kovu, tak jeho tepelné vlastnosti.

• Polokulový vzor: Tento vzor je běžně používán díky vyvážené tuhosti ve všech směrech a vynikající odrazivosti. Vytváří strukturu podobnou jamkám, která efektivně rozptyluje sálavé teplo.
• Šestiúhelníkové/stuccové vzory: Tyto vzory poskytují odlišný estetický dojem a mohou nabízet lepší odolnost v prostředích náchylných k poškozování kameny, například u spodních částí tunelů karoserie.

Simulační studie ukazují, že geometrie vytlačení hraje roli v formovatelnost - Ne, ne. Dobře navržený vzor umožňuje rovnoměrnějšímu průtoku materiálu během výtahu, což snižuje riziko hlubokých zlomenin, zatímco agresivní vzor na křehké slitině vede k okamžitému selhání.

Aplikace a případy použití v průmyslu

Tepelné štíty pro automobily jsou používány všude tam, kde je tepelné řízení kritické pro dlouhověkost komponent a pohodlí cestujících.

• Turbodmychadlo: Typicky 321 nerezové oceli. Tyto musí vydržet rychlé tepelné cykly a intenzivní zářivé teplo z krytu turbíny.
• Výfukové štíty: Často s více vrstvami hliníku nebo oceli. Chrání vedení motorové komory a plastové součásti před tepelným odčerpáním kolektoru.
• Podtělesné tunely: Velké, tvarované hliníkové plechy (1050/3003) se pohybují po celé délce výfukového systému. Tyto systémy zabraňují přenosu tepla na podlahu kabiny a často slouží dvojímu účelu - aerodynamickému vyhlazení a snižování hluku.
• Elektronická řídicí jednotka (ECU): Menší, přesně štítné štíty, které odkloní teplo od citlivé elektroniky.