KRATKO

Dizajn kalupa za aluminijaste karoserijske ploče je specijalizirani inženjerski proces usmjeren na izradu izdržljivih čeličnih alata (kalupa) koji se koriste za oblikovanje aluminija. Glavne proizvodne metode su utiskivanje, ekstrudiranje i ljevanje pod tlakom, a svaka zahtijeva posebnu vrstu kalupa. Učinkovit dizajn mora uzeti u obzir specifična svojstva aluminija – poput njegove lagane mase, oblikovnosti i sklonosti pucanju – kako bi se kontrolirao tok metala, spriječili nedostaci i osiguralo da konačni automobilski dio zadovoljava točne specifikacije.

Osnove dizajna kalupa za aluminijaste ploče

U metaloplastici, kalup je specijalizirani alat koji se koristi za rezanje ili oblikovanje materijala pomoću prese. Za aluminijanske karoserijske ploče, ovi kalupi se obično izrađuju od visokokvalitetnog alatnog čelika, poput čelika H13, koji je dizajniran da izdrži ogromni pritisak i visoke temperature. Osnovni izazov u projektiranju kalupa za aluminijanske karoserijske ploče leži u prilagodbi jedinstvenim karakteristikama legura aluminija. U usporedbi s čelikom, aluminij je lakši i skloniji kidanju ili pucanju ako se ne oblikuje ispravno, ali nudi izvrsnu obradivost kada se pravilno upravlja.

Proces proizvodnje izlaže kalup i aluminijastu polaznu šipku ili ploču ekstremnim silama. Na primjer, kod aluminijastog usisavanja, tlak može premašiti 100.000 funti po kvadratnom inču (psi). Konstrukcija kalupa mora usmjeriti tu silu kako bi se osiguralo ravnomjerno protjecanje aluminija u željeni oblik, bez uzrokovati greške poput nabora, pukotina ili neujednačene debljine stijenke. Na primjer, kalup za aluminijasto usisavanje je disk od kaljenog čelika s točno obrađenim otvorom, odnosno usnicom, koji određuje poprečni presjek profila. Dizajn ovog otvora ključan je za kontrolu brzine i raspodjele protoka metala.

Prva razmatranja dizajnera su namijenjeni proces proizvodnje i geometrija gotovog dijela. Odabir između vučenja, ekstrudiranja ili pod pritiskom livenja određuje osnovnu strukturu kalupa. Dizajn mora također uzeti u obzir upravljanje toplinom, jer nakupljanje topline može utjecati na vijek trajanja kalupa i konačna svojstva aluminija. Konačno, uspješan kalup je rezultat pažljivog inženjerstva koje uravnotežuje svojstva materijala, fiziku procesa te željene strukturne i estetske ishode ploče karoserije.

Ključni procesi proizvodnje i pripadajući tipovi kalupa

Izrada aluminijskih ploča karoserije uključuje nekoliko različitih procesa proizvodnje, od kojih svaki ovisi o određenom dizajnu kalupa. Tri primarna metoda su automobilska vučenja, ekstrudiranje aluminija i pod pritiskom livenje aluminija. Razumijevanje razlika ključno je za odabir pravog pristupa za određeni komponent, od ploče vrata do strukturnog okvira.

S druge vrste

Utiskivanje je najčešći proces za velike ploče karoserije poput vrata, haube i blatobrana. Uključuje oblikovanje ravne ploče aluminija između dvije polovice kalupa u preši za utiskivanje. Proces je obično sekvencijalan i koristi niz specijaliziranih kalupa. Kao što detaljno objašnjavaju stručnjaci za proizvodnju automobila, ovaj tijek uključuje nekoliko ključnih faza. Prvo, vučenje izvodi početno glavno oblikovanje, istežući ravni list kako bi stvorio primarni trodimenzionalni oblik ploče. kalupi za rezanje i probijanje odstranjuju višak materijala s rubova i izrađuju potrebne rupe za komponente poput ručki ili svjetala. Nakon toga, uređaji za flanširanje savijaju rubove kako bi stvorili površine za sklop i dodali krutost. Konačno, kalupi za ponovno utiskivanje koriste se za oštriju obradu kontura i ispravljanje bilo kakvog povratnog elastičnog savijanja, osiguravajući da ploča zadovoljava točne dimenzionalne tolerancije. Vodeći dobavljači na ovom području, poput Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , specijalizirani su za izradu ovih složenih, prilagođenih kalupa za utiskivanje karoserijskih dijelova za veće proizvođače opreme, osiguravajući visoku preciznost u proizvodnji velikih serija.

Aluminijumske izvlačne štampice

Ekstruzija se koristi za izradu dijelova s konstantnim poprečnim presjekom, poput okvira za prozore, strukturnih šina i ukrasnih elemenata. U ovom procesu, zagrijani aluminijasti billet potiskuje se kroz otvor kalupa. Postoje tri glavne kategorije ekstruzijskih kalupova. Cijele matrice , najjednostavniji tip, proizvode oblike bez zatvorenih šupljina, poput kutova ili ravnih šipki. Prošireni kalupi složeniji su i koriste se za izradu profila s jednom ili više zatvorenih šupljina, poput kvadratne cijevi. Ovi kalupi koriste matricu za oblikovanje unutarnje šupljine. Polu-prošireni kalupi stvaraju profile koji djelomično zatvaraju šupljinu i složeniji su za projektiranje od čvrstih kalupova zbog delikatne ravnoteže toka metala koja je potrebna. Vijeće proizvođača aluminijevih profila napominje da uspješno projektiranje ekstruzijskog kalupa ovisi o upravljanju brzinom toka metala prilagodbom duljina ležajeva kako bi se osiguralo da svi dijelovi profila istodobno izlaze iz kalupa.

Gredovanje od aluminijuma

Litje pod tlakom idealno je za proizvodnju složenih, zamršenih aluminijskih dijelova tako da se rastaljeni metal pod visokim tlakom ubrizgava u čelični kalup (kalup za litje). Ovaj se proces često koristi za komponente poput nosača motora, kućišta mjenjača i strukturnih čvorova gdje su potrebni visoki detalji i preciznost. Kalupi se obično izrađuju u dvije polovice koje su zaključane tijekom ubrizgavanja, a zatim se odvajaju kako bi se izbacio očvrsnuti dio. Projektiranje ovih kalupa iznimno je složeno jer mora upravljati tokom rastaljenog metala, kontrolirati hlađenje kako bi se spriječile greške i omogućiti lako uklanjanje dijela.

9 ključnih aspekata dizajna za aluminijsko litje pod tlakom

Učinkovito brizganje pod tlakom zahtijeva više od samo stvaranja šupljine u obliku dijela. Uključuje skup načela poznatih kao dizajn za proizvodnju (DFM), koji ima za cilj optimizirati dio radi učinkovite i visokokvalitetne proizvodnje. Na temelju sveobuhvatnog vodič za dizajn brizganja aluminija pod tlakom , nužno je pridržavati se određenih pravila dizajna kako bi se spriječili kvarovi i smanjili troškovi. Ova razmatranja zajednički čine osnovna pravila dizajna kalupa.

1. Ravnina razdvajanja: To je linija na kojoj se spoje dvije polovice kalupa. Njezino postavljanje je primarna odluka, jer utječe na to gdje će se formirati višak materijala (lisnina) koji se mora odrezati. Dobro postavljena ravnina otvaranja pojednostavljuje doradu nakon proizvodnje.
2. Skupljanje: Dok se tekući aluminij hladi, skuplja se (obično 0,4–0,6%). Kalup se mora projektirati nešto veći od konačnog dijela kako bi se nadoknadilo ovo skupljanje. Skupljanje također može uzrokovati da se dio prihvati za unutarnje značajke kalupa, što otežava izbacivanje.
3. Skica: Nacrt je blagi nagib koji se primjenjuje na sve površine paralelne s smjerom kretanja kalupa. Ovaj kut, sličan onom na kalupu za muffine, ključan je za omogućavanje lako izbacivanje odljevka iz kalupa bez oštećenja.
4. Debljina zida: Zidovi bi trebali imati što jednoličniju debljinu. Zidovi koji su pre tanki mogu uzrokovati da rastaljeni metal očvrsne prije nego što potpuno ispuni kalup, dok predebeli zidovi troše materijal i povećavaju vrijeme hlađenja, usporavajući proizvodnju.
5. Zaobljenja i polumjeri: Oštri kutovi su problem u kalupljenju, jer mogu uzrokovati turbulencije u toku metala i dovesti do slabih mjesta. Dodavanje zaobljenih unutarnjih kutova (zaobljenja) i vanjskih kutova (polumjeri) omogućuje glatki tok metala, povećavajući strukturnu čvrstoću dijela.
6. Izbočine: To su izdignute značajke koje se često koriste kao točke za pričvršćivanje. Moraju se pažljivo projektirati kako bi se održala jednolična debljina zidova, često iskopavanjem središta, kako bi se izbjegli nedostaci poput udubljenja na površini.
7. Rebra: Kako bi povećali čvrstoću dijela bez povećanja debljine zida, dizajneri mogu dodati tanke strukturne nosače koje nazivamo rebra. Ona također pomažu u vođenju toka rastopljenog metala u složene dijelove kalupa.
8. Zakosi: To su karakteristike koje onemogućuju izravno izbacivanje dijela iz kalupa. Iako su ponekad neophodne, treba ih izbjegavati kad god je moguće jer zahtijevaju složene i skupocene mehanizme kalupa poput bočnih jezgri za njihovu izradu.
9. Rupe i otvori: Ugradnjom rupa i otvora izravno u dizajn kalupa eliminira se potreba za sekundarnim operacijama bušenja ili glodanja. To štedi znatno vrijeme i troškove, ali zahtijeva pažljiv dizajn kako bi se osigurao odgovarajući tok metala oko ovih elemenata.

Proces izrade kalupa i alata

Izrada kalupa za aluminijaste ploče karoserije složen je višefazni proces kojim se blok alatnog čelika pretvara u visokoučinkoviti proizvodni alat. Taj proces započinje digitalnim dizajnom, pri čemu inženjeri koriste CAD (računalom podržano projektiranje) softver za modeliranje kalupa te metodu konačnih elemenata (MKE) za simulaciju tokova metala i termičkog ponašanja. Ova simulacija pomaže u prepoznavanju potencijalnih problema prije nego što se započne obrada čelika, optimizirajući dizajn u smislu učinkovitosti i trajnosti.

Nakon što se završi dizajn, započinje fizička proizvodnja. Blok alatnog čelika H13 obično se obrađuje pomoću CNC (računalom upravljanih) strojeva koji mogu izvoditi složene rezove s izuzetnom preciznošću. Za složene značajke ili vrlo tvrde materijale može se koristiti žičana EDM (električni iskrivi stroj). Nakon obrade, kalup prolazi kroz ključan proces termičke obrade kako bi se očvrsnuo čelik, omogućujući mu da izdrži ogromne tlakove i temperature u proizvodnji. Na kraju, površine se poliraju i ponekad prevlače tretmanima poput nitriranja kako bi se poboljšala otpornost na trošenje i unaprijedila protok aluminija.

Sam alat je dio veće sklopne jedinice poznate kao blok alata ili paket alata. Ova sklopna jedinica, često nazvana sklop alata, sastoji se od dvije polovice: poklopca alata i potisnog alata. Ove se polovice postavljaju u alatnu prešu za ljevanje pod tlakom i razdvajaju kako bi se omogućilo uklanjanje očvrslog dijela. Složenost i veličina ove alatne jedinice utječu na ukupne troškove, koji se mogu znatno razlikovati ovisno o složenosti profila, je li profil šuplj ili pun, te o planiranom obujmu proizvodnje. Ispravno održavanje, uključujući redovito čišćenje i ponovno poliranje, ključno je za upravljanje habanjem i povećanje radnog vijeka alata.

Često postavljana pitanja

1. Koje je pravilo dizajna kalupe?

Ne postoji jedino "pravilo dizajniranja kalupa", već skup najboljih praksi i načela koje se često nazivaju Dizajn za proizvodnju (DFM). Za ljebovanje pod tlakom, ova pravila uključuju ključna razmatranja poput uspostavljanja odgovarajuće ravnine razdvajanja, uvođenja nagiba za lako izbacivanje dijela, održavanja jednolike debljine zidova, korištenja zaobljenja i polumjera kako bi se izbjegli oštri rubovi te dizajniranja s obzirom na skupljanje materijala. Praćenje ovih smjernica pomaže u osiguravanju proizvodljivosti dijela, smanjuje greške i smanjuje troškove proizvodnje.

2. Kako napraviti aluminijasti kalup?

Izrada kalupa za oblikovanje aluminija složen je proces. Počinje digitalnim dizajnom pomoću CAD softvera, koji se često provjerava simulacijama FEA. Blok čelika visoke kvalitete (poput H13) zatim se precizno obrađuje pomoću CNC glodala ili žičane EDM obrade kako bi se stvorio oblik kalupa. Obradjeni kalup podvrgava se termičkoj obradi kako bi se očvrsnuo, nakon čega slijedi poliranje površine i ponekad nanošenje posebnih premaza radi poboljšanja izdržljivosti i toka metala. Gotovi kalup zatim se montira u sklop alata s pripadajućim komponentama poput potkonstrukcije i potpornih ploča, spremnim za uporabu u preši.

3. Kako izgleda kalup za ekstruziju aluminija?

Kalup za ekstruziju aluminija je obično debeo kružni disk izrađen od kaljenog čelika. U središtu se nalazi precizno obrađeni otvor koji odgovara željenom poprečnom presjeku konačnog ekstrudiranog profila. Za čvrste oblike, radi se o jednoj ploči. Za šuplje oblike, kalup je složeniji, često sklop od više dijelova (poput kalupa s otvorima) koji uključuje matricu za oblikovanje unutarnjeg šupljeg prostora dok aluminij teče oko nje i ponovno se spoji prije izlaska iz kalupa.