Ključni koraci procesa dizajniranja automobilskih alata

KRATKO

Proces dizajna alata za automobilsku industriju sustavan je inženjerski tijek poslova koji koncept dijela pretvara u robusan proizvodni alat. Počinje temeljita analiza izvodivosti dijela (DFM), nakon čega slijedi strateško planiranje procesa kako bi se stvorio raspored trake koji optimizira upotrebu materijala. Zatim proces prelazi na detaljni dizajn strukture kalupa i komponenti u CAD-u, virtualnu simulaciju za validaciju i kompenzaciju povratnog savijanja te završava izradom točnih tehničkih crteža i popisa materijala (BOM) za izrađivača alata.

Faza 1: Analiza izvodivosti dijela i planiranje procesa

Temelj svake uspješne operacije u automobilskoj kalupiranju postavlja se dugo prije nego što se ikad prereže čelik. Ova početna faza, usmjerena na analizu izvodivosti dijela i planiranje procesa, najkritičnija je faza za sprječavanje skupih pogrešaka i osiguravanje učinkovitog proizvodnog tijeka. Uključuje detaljnu analizu dizajna dijela kako bi se utvrdila njegova pogodnost za kalupiranje, praksa poznata kao Dizajn za proizvodljivost (DFM). Ova analiza ispituje značajke poput oštrih kutova, dubokih vučenja i svojstava materijala kako bi se identificirale potencijalne točke kvara, poput pucanja ili naboravanja, prije nego što postanu skupi fizički problemi.

Nakon što se utvrdi da je dio izvodiv, sljedeći korak je izrada plana procesa, vizualno prikazanog rasporedom trake. To je strategski plan koji prikazuje kako će ravna metalna traka biti postupno transformirana u gotov sastavni dio. Kao što je detaljno opisano u vodiču od Jeelix , raspored trake pažljivo prikazuje svaku operaciju — od probijanja i žlijebenja do savijanja i oblikovanja — u logičnom slijedu. Glavni ciljevi su maksimalna iskorištenost materijala i osiguravanje stabilnosti trake dok prolazi kroz alat. Optimizirani raspored može imati značajan ekonomski učinak; čak i 1% poboljšanja iskorištenosti materijala može rezultirati znatnim uštedama u proizvodnji automobila velikim serijama.

Tijekom ove faze planiranja, dizajneri mentalno razlažu gotov dio na niz postupaka utiskivanja. Na primjer, složena konzola razlaže se na osnovne operacije: bušenje pilot rupa, žljebljenje rubova, izvođenje savijanja i konačno odrezivanje gotovog dijela od trake. Ovakvo strukturirano razmišljanje osigurava da se operacije izvode u točnom redoslijedu — na primjer, probijanje rupa prije savijanja kako bi se izbjeglo izobličenje.

Popis ključnih aspekata DFM razmatranja:

• Svojstva materijala: Je li debljina, tvrdoća i smjer zrna odabranog metala prikladni za potrebne operacije oblikovanja?
• Polumjer savijanja: Je li polumjer savijanja dovoljno velik da se spriječi pucanje? Unutarnji polumjer manji od 1,5 puta debljine materijala često je upozoravajući znak.
• Proximity rupa: Nalaze li se rupe na sigurnoj udaljenosti od savijanja i rubova kako bi se izbjeglo istezanje ili kidanje?
• Složena geometrija: Zahtijevaju li neke značajke, poput utora ili bočnih rupa, složene i potencijalno podložne kvaru mehanizme poput bočnih kamera?
• Tolerancije: Mogu li se navedene tolerancije postići postupkom utiskivanja bez nepotrebno povećanih troškova?

Faza 2: Konstrukcija alata i dizajn osnovnih komponenti

S obzirom na čvrst plan postupka, fokus se pomiče prema dizajniranju fizičkog alata — precizne mašine koja se sastoji od više međusobno povezanih sustava. Struktura alata služi kao čvrsti okvir, odnosno kostur, koji sve aktivne komponente drži u savršenom poravnanju pod ogromnom silom. Ova osnova, često nazvana sklop alata, sastoji se od gornjih i donjih ploča (cipela) koje su točno poravnate vodilicama i osovinicama. Taj sustav poravnanja ključan je za održavanje točnosti na razini mikrona potrebne za dosljednu kvalitetu dijelova te za sprječavanje katastrofalnih sudara alata tijekom rada na visokoj brzini.

Srce alata je njegov oblikovni i rezni sustav, koji se sastoji od matrica i kalupa (ili tipki) koji izravno oblikuju metal. Dizajn ovih komponenti pitanje je izuzetne preciznosti. Ključni parametar je zazor — mali razmak između matrice i kalupa. Prema Mekalite , ovaj razmak je obično između 5-10% debljine materijala. Premali razmak povećava silu rezanja i habanje, dok prevelik može uzrokovati kidanje metala i ostaviti velike žuljeve. Geometrija, materijal i termička obrada ovih komponenti precizno su definirani kako bi osigurali sposobnost izdržavanja milijuna ciklusa.

Odabir materijala za same dijelove matrice strateška je odluka koja uravnotežuje troškove, otpornost na habanje i žilavost. Različiti alatni čelici koriste se ovisno o količini proizvodnje i abrazivnosti materijala dijela.

Faza 3: Virtualna validacija i pregled dizajna

U modernom dizajnu alata za automobilsku industriju, doba skupog i dugotrajnog fizičkog pokušaja i pogreške je prošlo. Dizajni se danas temeljito testiraju u digitalnom okruženju kroz postupak koji se naziva virtualna validacija. Korištenjem naprednih softvera za računalom podržano inženjerstvo (CAE) i analizu konačnih elemenata (FEA), inženjeri simuliraju cijeli proces kaljenja kako bi predvidjeli kako će se ponašati lim pod tlakom. Ova virtualna proba prepoznaje potencijalne nedostatke poput naboravanja, kidanja ili prekomjernog istankivanja prije nego što započne bilo koja fizička proizvodnja, omogućavajući proaktivne ispravke dizajna.

Jedna od najznačajnijih izazova u postupku utiskivanja, posebno kod čelika povećane čvrstoće (AHSS) koji se koriste u modernim vozilima, je povratno savijanje. Ovaj fenomen nastaje kada oblikovani metal djelomično vrati svoj izvorni oblik nakon što se ukloni sila utiskivanja. Softver za simulaciju može točno predvidjeti iznos i smjer ovog povratnog savijanja, što omogućuje dizajnerima da provedu aktivnu kompenzaciju. Na primjer, kako objašnjava Jeelix, ako simulacija predviđa da će savijanje od 90 stupnjeva skočiti natrag na 92 stupnja, kalup se može projektirati tako da prekomjerno savije dio na 88 stupnjeva. Kada se dio otpusti, vratit će se natrag na ciljnih 90 stupnjeva.

Proces validacije sustavna je provjera kojom se osigurava da je dizajn robusan, učinkovit i sposoban proizvoditi kvalitetne dijelove. On pruža konačnu priliku za pregled i doradu prije nego što se pređe na skup proces izrade alata.

Koraci virtualnog procesa validacije:

1. Provedi analizu oblikovanja: Softver za simulaciju analizira tok materijala kako bi provjerio moguće greške poput pukotina, nabora ili nedovoljnog istezanja.
2. Predviđanje i kompenzacija povratnog elastičnog savijanja: Izračunava se stupanj povratnog elastičnog savijanja, a oblikovne površine alata se automatski prilagođavaju kako bi se nadoknadilo isto.
3. Izračunavanje sila: Simulacija izračunava potrebnu silu za svaku operaciju, osiguravajući da odabrani preš ima dovoljnu nosivost te sprječava oštećenje preša ili alata.
4. Provedba konačne pregleda dizajna: Temeljit pregled validiranog dizajna provodi tim inženjera kako bi uklonio preostale pogreške ili potencijalne probleme prije nego što se dizajn konačno potvrdi.

Faza 4: Izrada crteža i predaja proizvodnji

Završna faza procesa dizajniranja alata za automobilsku industriju je prevođenje potvrđenog 3D digitalnog modela u univerzalni inženjerski jezik koji alatari mogu koristiti za izradu fizičkog alata. To uključuje stvaranje sveobuhvatnog paketa tehničke dokumentacije, uključujući detaljne crteže i popis materijala (BOM). Ovaj standardizirani izlaz ključan je za osiguravanje da se svaki komponenta proizvede točno prema specifikacijama, što je presudno za glatku montažu, ispravno funkcioniranje i učinkovito održavanje alata.

Paket dokumentacije služi kao konačni nacrt za izgradnju alata. Mora biti jasan, precizan i nedvosmislen kako bi se izbjegle skupocene pogreške na radnom mjestu. Ovo detaljno planiranje obilježje je stručnih proizvođača u automobilskoj industriji. Na primjer, tvrtke poput Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specijalizirani smo za pretvaranje ovih preciznih dizajnerskih paketa u visokokvalitetne alate za automobilske presovanje i komponente, koristeći napredne simulacije i duboko stručno znanje kako bismo OEM-ima i dobavljačima prvog nivoa pružili izuzetnu učinkovitost i kvalitetu.

Konačni dizajnerski paket sadrži nekoliko ključnih elemenata, od kojih svaki ima određenu svrhu u radnom procesu proizvodnje i sklopke. Kvaliteta i potpunost ove dokumentacije izravno utječe na učinkovitost i vijek trajanja konačnog alata.

Ključni elementi konačnog dizajnerskog paketa:

• Crtež sklopa: Ovaj glavni crtež prikazuje kako se sve pojedinačne komponente spajaju u konačnom sklopu alata. Uključuje ukupne dimenzije, visinu zatvaranja te detalje za postavljanje alata u prešu.
• Detaljni crteži: Za svaku pojedinačnu komponentu koja se mora obraditi stvara se poseban, vrlo detaljan crtež. Ti crteži specificiraju točne dimenzije, geometrijske tolerancije, vrstu materijala, potrebnu termičku obradu i kvalitetu površine.
• Popis materijala (BOM): Popis materijala (BOM) je sveobuhvatan popis svih dijelova potrebnih za izradu alata. Uključuje kako posebno obrađene komponente, tako i sve standardne gotove dijelove poput vijaka, opruga, vođica i osovina, često uz brojeve dijelova dobavljača.