SHRNUTÍ

Návrh forem pro hliníkové karosářské díly je specializovaný inženýrský proces zaměřený na vytváření odolných ocelových nástrojů (forem) používaných k tvarování hliníku. Hlavní výrobní metody jsou tváření, profilování a lití do forem, přičemž každá vyžaduje specifický typ formy. Účinný návrh musí brát v úvahu specifické vlastnosti hliníku – jako je jeho lehkost, tvárnost a náchylnost ke trhlinám – aby kontroloval tok kovu, předcházel vadám a zajistil, že finální automobilová součást splňuje přesné specifikace.

Základy návrhu forem pro hliníkové panely

Při tváření kovů je razník specializovaným nástrojem používaným k řezání nebo tvarování materiálu za použití lisu. U hliníkových karosářských dílů jsou tyto razníky obvykle vyrobeny z vysoce kvalitní nástrojové oceli, například oceli H13, která je navržena tak, aby odolala obrovskému tlaku a vysokým teplotám. Hlavní výzvou při návrhu razníků pro hliníkové karosářské díly je zohlednění specifických vlastností hliníkových slitin. Ve srovnání s ocelí je hliník lehčí a více náchylný k trhání či praskání, pokud není správně tvářen, avšak při vhodném zpracování nabízí vynikající tvárnost.

Výrobní proces vystavuje nástroj a hliníkovou tyč nebo plech extrémním silám. Například při tvární hliníku tlaky mohou přesáhnout 100 000 liber na čtvereční palec (psi). Návrh nástroje musí tuto sílu směrovat tak, aby se hliník rovnoměrně roztekl do požadovaného tvaru bez vzniku vad, jako jsou vrásky, praskliny nebo nestejná tloušťka stěn. Nástroj pro tvární hliníku je například kalený ocelový kotouč s přesně opracovaným otvorem, tzv. výtokovým otvorem, který určuje průřez profilu. Návrh tohoto otvoru je klíčový pro řízení rychlosti a rozložení toku kovu.

První úvahy konstruktéra se týkají zamýšleného výrobního procesu a geometrie finální součásti. Volba mezi tvářením, profilováním nebo litím do forem určuje základní strukturu formy. Návrh musí také zohledňovat tepelné management, protože hromadění tepla může ovlivnit jak životnost formy, tak konečné vlastnosti hliníku. Nakonec úspěšná forma vzniká pečlivým inženýrským přístupem, který vyvažuje vlastnosti materiálu, fyziku procesu a požadované strukturní a estetické výsledky karosářské součásti.

Klíčové výrobní procesy a příslušné typy forem

Výroba hliníkových karosářských panelů zahrnuje několik různých výrobních procesů, z nichž každý závisí na konkrétním typu návrhu formy. Tři hlavní metody jsou tváření v automobilovém průmyslu, hliníkové profilování a hliníkové lití do forem. Porozumění rozdílům je klíčové pro výběr správného postupu pro konkrétní součástku, ať už jde o dveřní panel nebo nosný rám.

Tlačové formy pro automobilový průmysl

Lisování je nejběžnějším procesem pro velké karosářské díly, jako jsou dveře, kapoty a blatníky. Spočívá v tvarování rovinného plechu z hliníku mezi dvěma polovinami nástroje v lisu. Proces je obvykle sekvenční a využívá řady specializovaných nástrojů. Jak podrobně popisují odborníci na výrobu automobilů, tento postup zahrnuje několik klíčových fází. Nejprve tažecí forma provádí počáteční hlavní tvarování, při kterém se rovinná заготовка natáhne tak, aby vznikl primární trojrozměrný tvar dílu. střihací a děrovací nástroje odstraní přebytečný materiál po okrajích a vytvoří potřebné otvory pro komponenty, jako jsou kliky nebo světla. Poté matice na vytváření násad ohýbací nástroje ohnou okraje, čímž vytvoří plochy pro montáž a zvýší tuhost dílu. Nakonec dokončovací nástroje slouží ke zpřesnění obrysů a opravě pružného návratu materiálu (springback), čímž zajišťují, že díl splňuje přesné rozměrové tolerance. Přední dodavatelé v tomto oboru, jako je Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , se specializují na výrobu těchto složitých, na míru vyráběných lisovacích nástrojů pro hlavní výrobce automobilů a zajišťují vysokou přesnost při sériové výrobě.

Aluminiové tlačící matrice

Extruze se používá k výrobě dílů s konstantním průřezem, jako jsou okenní rámy, konstrukční lišty a dekorativní prvky. V tomto procesu je ohřátá hliníková ingotová tyč protlačována otvorem v matrici. Existují tři hlavní kategorie extruzních matic. Plné matrice , nejjednodušší typ, vyrábí tvary bez uzavřených dutin, jako jsou úhly nebo ploché tyče. Duté kalibry jsou složitější a slouží k výrobě profilů s jednou nebo více uzavřenými dutinami, například čtvercová trubka. Tyto matice používají jádro k vytvoření vnitřní dutiny. Půlduté kalibry vytvářejí profily, které částečně uzavírají dutinu, a jejich návrh je složitější než u plných matic kvůli jemné rovnováze toku kovu, která je vyžadována. Aluminum Extruders Council uvádí, že účinný návrh extruzní matice závisí na řízení rychlosti toku kovu úpravou délky ložisek, aby všechny části profilu opouštěly matici rovnoměrně.

Litina z hliníku

Lití pod tlakem je ideální pro výrobu složitých a detailních hliníkových dílů, při kterém se roztavený kov pod vysokým tlakem vstřikuje do ocelové formy (formy). Tento proces se často používá u součástek, jako jsou motorové konzoly, skříně převodovek a strukturální uzly, kde jsou vyžadovány vysoká přesnost a detail. Formy jsou obvykle vyrobeny ze dvou polovin, které jsou během vstřikování spojeny a poté rozděleny pro vyhazov ztuhlého dílu. Návrh těchto forem je velmi složitý, protože musí řídit tok roztaveného kovu, kontrolovat chlazení za účelem prevence vad a usnadňovat snadné vyjmutí dílu.

9 klíčových aspektů návrhu pro hliníkové lití pod tlakem

Účinné tlakové lití vyžaduje více než jen vytvoření dutiny ve tvaru součásti. Zahrnuje sadu zásad známých jako návrh pro výrobu (DFM), jejímž cílem je optimalizovat součást pro efektivní a kvalitní výrobu. Na základě komplexního návodu pro návrh hliníkového tlakového lití , je nezbytné dodržovat konkrétní návrhová pravidla, aby se předešlo vadám a snížily náklady. Tyto aspekty dohromady tvoří základní pravidla návrhu forem.

1. Rozdělovací rovina: Toto je čára, kde se obě poloviny formy setkávají. Umístění této čáry je hlavní rozhodnutí, protože ovlivňuje, kde se vytvoří přebytečný materiál (přípušť) a kde bude nutné jej odstranit. Šikovně umístěná dělící čára zjednodušuje dokončovací práce po výrobě.
2. Smrštění: Během chladnutí se roztavený hliník smršťuje (obvykle o 0,4–0,6 %). Forma musí být navržena o něco větší než finální součást, aby bylo možné tuto změnu kompenzovat. Smrštění může také způsobit, že se součást pevněji přitiskne k vnitřním prvkom formy, což ztěžuje její vysunutí.
3. Návrh: Čep se vztahuje k mírnému zkosení všech povrchů rovnoběžných se směrem pohybu formy. Tento úhel, podobný jako u formy na muffiny, je klíčový pro snadné vyjmutí odlitku z formy bez poškození.
4. Hloubka stěny: Stěny by měly mít co nejstejnější tloušťku. Příliš tenké stěny mohou způsobit ztuhnutí taveniny dříve, než se forma plně zaplní, zatímco příliš silné stěny plýtvají materiálem a prodlužují čas chlazení, čímž zpomalují výrobu.
5. Zaoblení a poloměry: Ostré rohy jsou v tlakovém lití problematické, protože mohou způsobit turbulenci toku kovu a vést ke strukturálním slabostem. Zaoblené vnitřní rohy (zaoblení) a vnější rohy (poloměry) umožňují hladký tok kovu a zvyšují pevnost dílu.
6. Bosy: Jedná se o vystupující prvky, které se často používají jako připojovací body. Musí být pečlivě navrženy tak, aby zachovaly stejnorodou tloušťku stěn, což se často dosahuje vykotvením jejich středu, aby se předešlo vadám, jako jsou stopy po smrštění.
7. Žebra: Pro zvýšení pevnosti dílu bez zvyšování tloušťky stěny mohou konstruktéři přidat tenké konstrukční prvky nazývané žebra. Pomáhají také vést tok roztaveného kovu do složitých oblastí formy.
8. Závleky: Jde o prvky, které brání přímému vyhazování dílu z formy. Ačkoli jsou někdy nezbytné, měly by se tam, kde je to možné, vyhýbat, protože vyžadují složité a nákladné mechanismy formy, jako jsou boční jádra.
9. Otory a okénka: Zahrnutí otvorů a oken přímo do návrhu formy eliminuje potřebu sekundárních operací, jako je vrtání nebo frézování. To ušetří výrazný čas a náklady, ale vyžaduje pečlivý návrh, aby byl zajištěn správný tok kovu kolem těchto prvků.

Výrobní proces formy a tvářecích nástrojů

Vytvoření formy pro hliníkové karosářské díly je přesný, vícekrokový proces, při němž se z bloku nástrojové oceli vytvoří vysoce výkonný výrobní nástroj. Cesta začíná digitálním návrhem, při kterém inženýři používají softwarové nástroje CAD (počítačového navrhování) k modelování formy a metodu konečných prvků (FEA) k simulaci toku kovu a tepelného chování. Tato simulace pomáhá identifikovat potenciální problémy ještě před tím, než je ocel opracovávána, a umožňuje optimalizovat návrh z hlediska výkonu a životnosti.

Jakmile je návrh dokončen, zahájí se fyzická výroba. Blok nástrojové oceli H13 je obvykle opracováván pomocí CNC (počítačem řízených) strojů, které dokážou provádět složité řezy s extrémní přesností. Pro složité prvky nebo velmi tvrdé materiály se může použít drátové řezání vysokofrekvenčním výbojem (Wire EDM). Po opracování následuje kritický proces tepelného zpracování, při kterém se ocel zpevní, aby odolala obrovským tlakům a teplotám během výroby. Nakonec jsou povrchy vybroušeny a někdy pokryty povrchovými úpravami, jako je nitridace, která zvyšuje odolnost proti opotřebení a zlepšuje tok hliníku.

Samotná forma je součástí větší sestavy známé jako sada forem nebo nástrojový balíček. Tato sestava, často označovaná jako forma, se skládá ze dvou polovin: krycí formy a vyhazovací formy. Tyto poloviny jsou upevněny do lisu pro tryskání do forem a oddělují se, aby bylo možné odstranit ztuhlou součástku. Složitost a velikost této nástrojové sestavy ovlivňují celkové náklady, které se mohou výrazně lišit v závislosti na komplexnosti profilu, zda je dutý nebo plný, a očekávaném objemu výroby. Správná údržba, včetně pravidelného čištění a znovuleštění, je nezbytná pro řízení opotřebení a prodloužení provozní životnosti nástroje.

Nejčastější dotazy

1. Jaké je pravidlo návrhu formy?

Neexistuje jediné "pravidlo návrhu formy", ale spíše soubor osvědčených postupů a principů, kterým se často říká návrh pro výrobu (DFM). U tlakového lití sem patří klíčové aspekty, jako je stanovení vhodné rozdělovací roviny, zahrnutí vyjímecích zkosení pro snadné vyjmutí dílu, zachování rovnoměrné tloušťky stěn, použití zaoblení a poloměrů k vyhnutí se ostrým hranám a návrh s ohledem na smrštění materiálu. Dodržování těchto pokynů pomáhá zajistit výrobní připravenost dílu, minimalizovat vady a snižovat výrobní náklady.

2. Jak vyrobit hliníkovou formu?

Výroba raznice pro tváření hliníku je složitý proces. Začíná digitálním návrhem pomocí softwaru CAD, který je často ověřen simulačními výpočty metodou konečných prvků (FEA). Blok oceli vysoce kvalitní nástrojové oceli (např. H13) je následně přesně opracován na CNC frézkách nebo drátovým EDM za účelem vytvoření tvaru raznice. Opracovaná raznice projde tepelným zpracováním za účelem ztvrdnutí, následuje leštění povrchu a někdy i speciální povlaky, které zlepšují odolnost a tok kovu. Hotová raznice je poté sestavena do soupravy nástrojů spolu s podpůrnými díly, jako jsou podložky a podepření, a je připravena k použití ve lise.

3. Jak vypadá matrice pro profilování hliníku?

Tvářecí nástroj pro hliníkové profily je obvykle silný kruhový kotouč vyrobený z kalené oceli. Ve středu je přesně opracovaný otvor, jehož tvar odpovídá požadovanému průřezu vytlačovaného profilu. U plných tvarů se jedná o jednoduchou desku. U dutých tvarů je nástroj složitější, často sestávající z více dílů (např. plynovým štancem), a obsahuje jádro k vytvoření vnitřní dutiny, přičemž hliník obtéká toto jádro a znovu se spojuje před tím, než opustí nástroj.