Az autóipari sablontervezési folyamat fő lépései

TL;DR

Az autóipari sablontervezés egy szisztematikus mérnöki folyamat, amely egy alkatrész fogalmát erős gyártási eszközzé alakítja. A folyamat részletes kivitelezhetőségi elemzéssel (DFM) kezdődik, majd stratégiai folyamattervezés következik, amely optimalizálja az anyagfelhasználást a sávterv létrehozásával. Ezután részletes sablonstruktúra és alkatrészek tervezése következik CAD-ben, virtuális szimuláció érvényesítés és rugalmas visszahajlás kompenzálása céljából, végül pontos gyártási rajzok és anyagjegyzék (BOM) készül a szerszámgyártónak.

1. fázis: Alkatrész kivitelezhetősége és folyamattervezés

A sikeres járműipari sajtolási művelet alapja már jóval azelőtt le van rakva, mielőtt bármilyan acélt levágnának. Ez a kezdeti fázis, amely a részegység gyártásának megvalósíthatósági elemzésére és a folyamattervezésre összpontosít, a legkritikusabb szakasz a költséges hibák elkerülése és az hatékony gyártás biztosítása szempontjából. A részegység tervezésébe mélyen belemegy, annak megállapítására, alkalmas-e sajtolásra, amit gyártáskönnyítési tervként (Design for Manufacturability - DFM) ismerünk. Ez az elemzés olyan jellemzőket vizsgál, mint az éles sarkok, mélyhúzások és az anyagjellemzők, hogy azonosítsa a potenciális meghibásodási pontokat – például repedéseket vagy redőzódást –, mielőtt ezek drága fizikai problémákká válnának.

Amint egy alkatrész gyárthatósága adottnak tekinthető, a következő lépés a folyamat tervének elkészítése, amelyet vizuálisan a sávrajz ábrázol. Ez a stratégiai útvonalterv arról, hogyan alakul át fokozatosan egy lapos fémszalag kész alkatrésszé. Ahogyan egy útmutató is részletezi Jeelix , a sáv elrendezése gondosan leköveti minden műveletet — a döntéstől és bevágástól kezdve az alakításon és hajlításon át — logikus sorrendben. A fő célok a nyersanyag-kihasználás maximalizálása és annak biztosítása, hogy a sáv stabil maradjon, miközben a sablonon keresztülhalad. Egy optimalizált elrendezés jelentős gazdasági hatással járhat; akár az anyagfelhasználás 1%-os javulása is komoly megtakarításhoz vezethet nagyüzemi autógyártás esetén.

Ezen tervezési szakaszban a tervezők fejben szétszedik a végső alkatrészt egy sor sajtoló műveletre. Például egy összetett konzolt alapműveletekre bontanak: vezérlyukak kiszúrása, élek bevágása, hajlítások végrehajtása, majd végül a kész alkatrész levágása a sávról. Ez a strukturált gondolkodásmód biztosítja, hogy a műveletek helyes sorrendben történjenek meg — például lyukak kiszúrása hajlítás előtt, hogy elkerüljék a torzulást.

Fő DFM figyelembe veendő szempontok ellenőrzőlistája:

• Anyagjellemzők: A kiválasztott fém vastagsága, keménysége és rostirányultsága alkalmas a szükséges alakító műveletekre?
• Hajlítási rádiuszok: Elegendően nagyok az összes hajlítási rádiuszok a repedés megelőzéséhez? Gyakran figyelmeztető jel, ha a belső rádiusz kisebb, mint a anyagvastagság 1,5-szerese.
• Fúrás közelében A furatok biztonságos távolságra vannak a hajtásoktól és élektől, hogy elkerüljék a szakadást vagy szakadásveszélyt?
• Összetett geometria Olyan elemek vannak-e jelen, mint például alulmaradékok vagy oldalfuratok, amelyek összetett és potenciálisan meghibásodásra hajlamos mechanizmusokat, például oldalkamkat igényelnek?
• Toleranciák: A megadott tűrések elérhetők-e az ütvepréselési eljárással, anélkül, hogy feleslegesen növelnék a költségeket?

2. fázis: Sajtolóforma szerkezete és alapvető alkatrészek tervezése

Egy szilárd folyamat terv birtokában az alakítószerszám fizikai kialakítására kerül a hangsúly – amely egy több, egymástól függő rendszerből álló precíziós gép. Az alakítószerszám szerkezete erős vázként (vagy csontvázként) szolgál, amely minden aktív alkatrészt tökéletes igazításban tart hatalmas erő hatására. Ezt az alapot, melyet gyakran alakítószerszám-készletnek neveznek, felső és alsó lemezek (csonkok) alkotják, melyeket vezetőcsapok és csapágyak pontosan igazítanak egymáshoz. Ez az igazító rendszer elengedhetetlen a mikronos pontosság fenntartásához, amely szükséges az egységes minőségű alkatrészek előállításához, valamint a katasztrofális ütközések megelőzéséhez nagy sebességű működés közben.

Az alakítószerszám szíve az alakító és vágó rendszer, amely az acélt közvetlenül formáló ütőszegből és az alakító nyílásból (vagy gombokból) áll. Ezek alkatrészek tervezése rendkívül pontos munka. Egy kritikus paraméter a hézag – az ütőszeg és az alakító nyílás közötti kis rés. Szerint Mekalite , ez az hézag általában az anyagvastagság 5-10%-a. Túl kis hézag növeli a vágóerőt és a kopást, míg túl nagy hézag felszakíthatja a fémfelületet, és nagy szerszámnyomokat hagyhat. Ezek az alkatrészek geometriáját, anyagát és hőkezelését gondosan határozzák meg, hogy millió cikluson keresztül is ellenálljanak.

Az anyagválasztás a sajtolószerszám-alkatrészek esetében stratégiai döntés, amelynek során az anyagköltséget, a kopásállóságot és a szívósságot kell egymáshoz igazítani. A termelési mennyiségtől és a lemezanyag töredezési hajlamától függően különböző szerszámacélokat használnak.

3. fázis: Virtuális érvényesítés és tervezési felülvizsgálat

A modern autóipari sabtervezésben a költséges és időigényes fizikai próbálgatások korszaka lezárult. Ma már a terveket digitális környezetben, úgynevezett virtuális validáció nevű folyamat során tesztelik alaposan. A fejlett számítógéppel segített mérnöki (CAE) és végeselemes analízis (FEA) szoftverek alkalmazásával a mérnökök szimulálják az egész sajtolási folyamatot annak előrejelzésére, hogy hogyan viselkedik a lemez anyag nyomás hatására. Ez a virtuális próbavágás azonosítja a lehetséges hibákat, mint pl. redőződés, szakadás vagy túlzott elvékonyodás, mielőtt bármilyen fizikai gyártás megkezdődne, így lehetővé téve a proaktív tervezési korrekciókat.

Az egyik legjelentősebb kihívás a mélyhúzás során, különösen a modern járművekben használt speciális nagyszilárdságú acélok (AHSS) esetében a rugóhatás. Ez a jelenség akkor lép fel, amikor az alakított fém részben visszatér eredeti alakjához a mélyhúzó erő eltávolítása után. A szimulációs szoftverek pontosan meg tudják jósolni ennek a rugóhatásnak a mértékét és irányát. Ez lehetővé teszi a tervezők számára az aktív kompenzáció alkalmazását. Például, ahogyan a Jeelix is elmagyarázza, ha egy szimuláció azt jósolja, hogy egy 90 fokos hajlítás 92 fokra tér vissza, az alakzatot úgy lehet tervezni, hogy a részt 88 fokra hajlítsa túl. Amikor a darabot ellazítják, visszarugódik a tökéletes 90 fokos célértékre.

Az érvényesítési folyamat rendszerszerű ellenőrzést jelent annak biztosítására, hogy a tervezés megbízható, hatékony legyen, és képes legyen minőségi alkatrészek előállítására. Ez utolsó lehetőséget nyújt az áttekintésre és finomításra, mielőtt a költséges szerszámgyártási folyamatra sor kerülne.

A virtuális érvényesítési folyamat lépései:

1. Alakíthatósági elemzés futtatása: A szimulációs szoftver elemzi az anyagáramlást, hogy ellenőrizze a repedések, gyűrődések vagy elégtelen nyúlásokhoz hasonló lehetséges hibákat.
2. Visszarugó hatás előrejelzése és kompenzálása: A visszarugó mértéke kiszámításra kerül, és az alakítószerszám tervezési felületei automatikusan módosulnak ennek kompenzálása érdekében.
3. Erők kiszámítása: A szimuláció kiszámítja az egyes műveletekhez szükséges sajtóerőt, így biztosítva, hogy a kiválasztott sajtó elegendő teljesítményű legyen, és megelőzve a sajtó vagy az alakítószerszám sérülését.
4. Végső tervezési felülvizsgálat végrehajtása: A jóváhagyott tervet mérnökökből álló csapat alaposan átnézi, hogy felfedezze a maradék hibákat vagy lehetséges problémákat, mielőtt a tervet véglegesítenék.

4. fázis: Rajzok készítése és gyártásátadás

Az autóipari sablontervezés folyamatának utolsó szakasza a hitelesített 3D-s digitális modell átalakítása olyan univerzális műszaki nyelvvé, amelyet a szerszámkészítők felhasználhatnak a fizikai sablon elkészítéséhez. Ez részletes műszaki dokumentációs csomag létrehozását foglalja magában, amely részletes rajzokat és anyagjegyzéket (BOM) tartalmaz. Ez a szabványosított kimenet elengedhetetlen ahhoz, hogy minden alkatrész pontosan a megadott specifikációk szerint készüljön el, ami kritikus fontosságú a zökkenőmentes összeszereléshez, megfelelő működéshez és hatékony karbantartáshoz.

A dokumentációs csomag a szerszám építésének végleges tervrajzaként szolgál. A dokumentációnak világosnak, pontosnak és egyértelműnek kell lennie, hogy elkerülje a költséges hibákat a gyártósoron. Ez a részletes tervezés jellemző az autóipar szakértő gyártóira. Például olyan vállalatoknál, mint Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specializálódnak ezeknek a precíz tervezési csomagoknak nagy minőségű autóipari sajtoló sablonokká és alkatrészekké történő átalakításában, korszerű szimulációk és mély szakértelmük alkalmazásával, hogy kiváló hatékonysággal és minőséggel szolgálják az OEM-eket és a Tier 1 szintű beszállítókat.

A végső tervezési csomag több kulcselemet tartalmaz, amelyek mindegyike konkrét célt szolgál a gyártási és szerelési folyamat során. A dokumentáció minősége és teljessége közvetlenül befolyásolja a végső szerszám teljesítményét és élettartamát.

A végső tervezési csomag kulcselemei:

• Szerelési rajz: Ez a főrajz bemutatja, hogyan illeszkednek egymáshoz az egyedi alkatrészek a végső sablonösszeállításban. Tartalmazza az általános méreteket, a zárómagasságot, valamint a sablon sajtolóba történő rögzítésének részleteit.
• Részletrajzok: Minden egyedi, megmunkálandó alkatrészhez külön, rendkívül részletes rajz készül. Ezek a rajzok határozzák meg a pontos méreteket, geometriai tűréseket, az anyagtípust, a szükséges hőkezelést és a felületminőséget.
• Alkatrészjegyzék (BOM): Az anyagjegyzék (BOM) a sablon elkészítéséhez szükséges minden egyes alkatrész teljes körű listája. Ez magában foglalja a speciálisan megmunkált alkatrészeket, valamint az összes szabványos, készletről beszerezhető alkatrészt, mint például csavarok, rugók, vezérbetyűk és csapágyak, gyakran a szállító által megadott cikkszámokkal együtt.