Nagy térfogatú fémikomponenskénti kivágás autóiparban: mérnöki és beszerzési útmutató

TL;DR

A nagy sorozatú fém alakítás a modern járműgyártás gerincét képezi, és képes millió darabnyi, szinte hibamentes pontosságú alkatrész előállítására. A haladó matrica és nagysebességű sajtolás technológiák alkalmazásával a gyártók olyan termelési sebességet érhetnek el, amely meghaladja a 1500 ütést percenként, miközben a tűréshatárok olyan szigorúak, mint a +/- 0,001 hüvelyk. Ez a folyamat elengedhetetlen biztonságilag kritikus alkatrészek, például légzsákszenzorok és újabb elektromos járművek (EV) alkatrészeinek, mint például réz sínvezetékek gyártásához.

Az autóipari mérnökök és beszerzési menedzserek számára a siker azon alapul, hogy megfelelő partnert válasszanak, akik rendelkeznek A szövetek azok az irányelvek, amelyek képesek irányt mutatni az anyagváltás során a könnyűsúlyú Advanced High-Strength Steels (AHSS) és alumínium felé. Akár csatlakozók, konzolok vagy összetett vezetőkeretek beszerzését végzik, a megfelelő nagy volumenű kihúzásos stratégia optimalizálja az egységköltségeket a méretgazdaságosság révén, miközben biztosítja a globális gépjárműipari minőségi előírások szigorú betartását.

Nagy volumenű gyártási technológiák

A gépjárműipar millióknyi azonos, hibátlan alkatrész iránti igénye olyan gyártási technológiákat követel meg, amelyek extrém sebességet és mikroszkopikus pontosságot egyaránt biztosítanak. Az elsődleges módszer ennek elérésére Progresszív nyomtatás - Nem. Ebben a folyamatban egy folyamatos fémcsíkot egy állomások sorozatát tartalmazó sajtóval táplálnak. Minden állomás egy adott műveletet végez vágással, hajlítással, ütéssel vagy szőttével egyszerre a sajtó minden ütésével. Ahogy a szalag előre halad, a darab fokozatosan formát ölt, amíg az utolsó állomáson el nem vágják. Ez a módszer az iparági szabvány a nagy mennyiségű hatékonyságra, lehetővé téve a bonyolult geometria gyártását a lépések közötti kézi kezelés nélkül.

Hogy kielégítsük a modern járművek elektromos alkatrészeinek növekvő keresletét, Nagysebességű sajtolás nélkülözhetetlen lett. A vezető gyártók speciális berendezéseket használnak, mint például a Bruderer nyomtatókat, amelyek akár 1500 ütés percenként - Nem. A Wiegel , ez a képesség kritikus fontosságú több millió darabos, összetett alkatrészek, például csatlakozók és kapcsolók sorozatgyártásánál, ahol a ciklusidő közvetlenül befolyásolja a kereskedelmi életképességet. Az ilyen sebességű rézötvözetek és exotikus fémek hidegalakítása biztosítja, hogy a nagy térfogatú EV-erőrendszer megrendelések időben teljesüljenek.

Egy másik technológiai ugrás a Szervóprés technológia . A hagyományos, rögzített lendkerék-ciklussal működő mechanikus sajtokkal ellentétben a szervosajtok nagy nyomatékkal rendelkező motorokat használnak a mozgatórúd sebességének és pozíciójának teljes körű szabályozására az egész ütem során. Ez lehetővé teszi az "állástartást" a löket alsó pontján a rugózás csökkentésére nehezen alakítható anyagoknál, vagy a sebesség módosítását a repedések megelőzése érdekében. Automation Tool & Die (ATD) kiemeli, hogy a 330 és 700+ tonnás szervosajtok kulcsfontosságúak összetett geometriák és nagy szilárdságú anyagok alakításában, amelyek egyébként meghibásodnának a szabványos mechanikus sajtokon.

Kulcsfontosságú autóipari alkatrészek és az elektromos járművek felé történő átállás

Az első fokozatú (ICE) motorokról elektromos járművekre (EV) történő áttérés alapvetően megváltoztatta a Tier 1-es és az OEM vevők által igényelt sajtolással gyártott alkatrészek típusait. Míg a hagyományos ICE-járművek nagy mennyiségű üzemanyag befecskendező rögzítőelemeket, kipufogó tartókat és váltótartókat igényelnek, az EV-piac elsődlegessé teszi az elektromos vezetőképességet és a hőkezelést. Buszbárkányokról , akkumulátor csatlakozók és védőburkolatok tartoznak ma a legnagyobb mennyiségben gyártott sajtolással készült alkatrészek közé. Ezek az alkatrészek gyakran speciális szerszámokat igényelnek a réz és rézötvözetek kezeléséhez, anélkül hogy károsítanák a felület minőségét, ami kritikus fontosságú az elektromos teljesítmény szempontjából.

A biztonsági szempontból kritikus alkatrészek továbbra is állandó igényt jelentenek minden járműtípus esetében. Ilyen alkatrészek például a biztonsági öv házak , légzsák rögzítések és fékgyártási alkatrészek, amelyeknek ki kell bírniuk magas ütközési erőket és szigorú fáradási vizsgálatokat. Xometria megjegyzi, hogy a precíziós sajtolt alkatrészek elengedhetetlenek ezeknél az alkalmazásoknál, mivel ismételhetőséget nyújtanak, amelyet öntés vagy megmunkálás nem tud versenyképes méretekben biztosítani. Egy például sajtolt légzsák-tartó konzolnak pontosan úgy kell működnie, ahogyan tervezték, ezredmásodpercek alatt; nincs helye méretbeli eltérésnek egy ötmillió egységes sorozatgyártásban.

Súlycsökkentés egy másik meghatározó tendencia, amely befolyásolja az alkatrészek tervezését. Az üzemanyag-hatékonyság javítása érdekében a belsőégésű motoros járműveknél, illetve az elektromos járművek hatótávolságának növelése érdekében az elemzők a nehéz acél szerkezeteket sajtolt alumíniummal vagy vékonyabb, de szilárdabb acélminőségekkel váltják fel. Ez az áttérés gyártástechnikai kihívásokat jelent, mivel az alumínium hajlamosabb repedni és ragadni a sajtolás során. A tapasztalt sajtolók ezt speciális kenőanyagok és nagyon finomra csiszolt sablonok alkalmazásával enyhítik, így biztosítva a sima anyagáramlást, miközben fenntartják a vázaszerkezetekhez és a fehértest-alkalmazásokhoz szükséges szerkezeti integritást.

Anyagtudomány az autóipari sajtolásban

A nagy sorozatban történő kivágásnál a anyagválasztás már nem korlátozódik az alacsony széntartalmú acélra. A biztonság és hatékonyság iránti igény növekedésével népszerűvé váltak Haladó Nagy Szilárdságú Acélok (AHSS) . Ezek az anyagok kiváló húzószilárdsággal rendelkeznek, lehetővé téve a mérnökök számára, hogy vékonyabb lemezeket használjanak a súlycsökkentés érdekében anélkül, hogy a biztonságot veszélyeztetnék. Az AHSS azonban lényegesen nagyobb tonnás sajtokat és erős szerszámanyagokat, például karbidot igényel, hogy ellenálljanak a gyártás során keletkező extrém kopásnak. Az „rugóhatás” – amikor a fém vissza akar térni eredeti alakjába hajlítás után – az AHSS-nél erőteljesebben jelentkezik, így pontos túlhajlítást igénylő, kifinomult sablontervezés szükséges.

A meghajtótól való villamosítás érdekében Nem rézből az ötvözetek elengedhetetlenek a kiváló elektromos vezetőképességük miatt. Ezek a puha fémek másfajta kihívásokat jelentenek; ugyanis nagyon alakíthatók, de könnyen karcolódnak vagy deformálódnak. A réz alkatrészek nagysebességű kihajtása gyakran olyan sabon belüli figyelőrendszereket tartalmaz, amelyek észlelik a hulladékot vagy szennyeződést, melyek megrongálhatják az érzékeny érintkezőfelületeket. Továbbá számos villamos jármű (EV) alkatrész előhorgonyzott anyagokat (például ónnal vagy ezüsttel horgonyzott réz) igényel a vezetőképesség és korrózióállóság javítása érdekében. Az alakító sajtolási folyamatnak elegendően finomnak kell lennie ahhoz, hogy formálja az alkatrészt anélkül, hogy lehorzsolná ezeket az életfontosságú horgonyrétegeket.

Alumínium a kihúzás továbbra is növekszik szerkezeti és esztétikai alkalmazásokban. Habár kitűnő szilárdság-súly arányt nyújt, az alumínium viselkedése eltér a acélétól feszültség hatására. Alacsonyabb alakíthatósági határok jellemzik, és speciális hajlítási sugarak szükségesek a repedések elkerüléséhez. A kihúzóknek gondosan kell szabályozniuk az ütőszeg és az anya közötti rést – általában szűkebbet, mint acél esetén – hogy tiszta, maradékmentes éleket hozzanak létre alumínium alkatrészekből, melyeket hőpajzsokban, konzolokban és díszítő elemekben használnak.

Minőségi szabványok és a nulla hiba követelménye

Az autóiparban a minőségi tanúsítványok nem opcionális kiegészítések; működési engedélyek. A szövetek a világszerte érvényes műszaki specifikációs és minőségirányítási szabvány a gépjárműiparban. Jelentősen túlmutat az általános ISO 9001 követelményeken, szigorú kockázatkezelést, hibák megelőzését és ellátási lánc konzisztenciát ír elő. Ezzel a tanúsítvánnyal nem rendelkező sajtoló gyakran nem képes Tier 1 vagy OEM vevőknek szállítani. Ez a szabvány egy „nulla hiba” gondolkodásmódot kényszerít ki, amelynek célja nem csupán a hibás alkatrészek felismerése, hanem annak megakadályozása, hogy ezek egyáltalán keletkezhessenek.

E cél elérése érdekében a nagy tömegtermelést folytató sajtolók alkalmazzák a Gyártási alkatrész jóváhagyási folyamat (PPAP) és Haladó Termékminőség-Tervezés (APQP) . A PPAP igazolja, hogy a gyártási folyamat képes olyan terméket előállítani, amely folyamatosan megfelel az összes követelménynek, a megadott gyártási sebességgel történő tényleges termelési futam során. Ez szigorú mérési és dokumentációs eljárást jelent az első néhány száz alkatrész esetében, gyakran Cpk (folyamatképesség) elemzés alkalmazásával, hogy statisztikailag bizonyítsa a folyamat stabilitását.

A gyártóüzem padlóján a technológia érvényesíti ezeket a szabványokat. JV Manufacturing kifejti, hogy az automatizált látórendszerek és az alkatrészformában elhelyezett szenzorok elengedhetetlenek a minőség fenntartásához nagy sebességek mellett. Ezek a szenzorok valós időben figyelik a sajtolóerőt, az alkatrészek kiegyengetését és a méretpontosságot. Ha egy alkatrész akár csak törtrészével is eltér egy millimétertől, vagy ha egy lenyomat nem megfelelően kerül kiürítésre, a rendszer azonnal leállítja a sajtot, hogy megelőzze az eszközök meghibásodását, és elkülönítse a gyanús alkatrészt. Ez a 100%-os ellenőrzési képesség az egyetlen módja annak, hogy garantálható legyen az autóipari szerelősorok által követelt alkatrész-millióra (PPM) vonatkozó minőségi szint.

Költségvető elemek és stratégiai beszerzés

A nagy sorozatszámú sajtálás gazdaságtana a méretgazdaságosság . Bár a fejlesztő sablonok (kemény szerszámok) kezdeti költsége több tízezer és több százezer dollár között mozoghat, ezt a költséget a program teljes élettartama alatt elosztják. Évente 5 millió darabot gyártva egy 50 000 dolláros sablon csupán egy centtel növeli az egységköltséget. Ugyanakkor egy alacsonyabb költségű, prototípuskészítésre alkalmas „puha szerszám” módszer használata túlságosan magas darabárhoz és lassú szállításhoz vezetne. A beszerzési csapatoknak ezeket a tényezőket kell mérlegelniük, gyakran hosszú távú szerződéseket kötve, hogy indokolják a szerszámozásra fordított tőkekiadást.

Egy hatékony beszerzési stratégia figyelembe veszi továbbá a szállító skálázhatóságát is. Számos autóipari program prototípuskészítési fázissal kezdődik, amely gyors átfutási időt igényel, mielőtt a tömeggyártásba lépne. Azon programok esetében, amelyeknél zökkenőmentes átmenet szükséges a kezdeti validációtól a tömeggyártásig, olyan szállítók, mint Shaoyi Metal Technology integrált megoldásokat kínál, akár 600 tonnás sajtokat használva, és az IATF 16949 tanúsítvánnyal igazolt pontosságot alkalmazva, így skálázhatóan gyárthatók 50 prototípustól egészen több millió kritikus alkatrészig. Egy beszállító teljes körű autóipari sajtolási képességeinek ellenőrzése biztosítja, hogy kezelni tudják mind a fejlesztéshez szükséges rugalmasságot, mind a bevezetéshez szükséges nagy kapacitást.

A végső költségtényezők közé tartozik az anyagkihasználás és a ciklusidő. Egy jól tervezett progresszív sablon maximalizálja az alkatrészek számát sávonként (anyaghozam), és csökkenti a selejt mennyiségét. A „közel nettó alakú” sajtolás csökkenti a másodlagos műveletek, például a gépelés szükségességét, tovább csökkentve a költségeket. Ajánlatkérés során a teljes CAD-adatok, az éves mennyiségi előrejelzések és a pontos ötvözetjelölések megadása lehetővé teszi a sajtót, hogy a legköltséghatékonyabb sávtervet készítse el, ami közvetlenül befolyásolja az alkatrészegység árát.

A mobilitás jövőjének tervezése

Ahogy az autóipar elektromos meghajtások és önálló rendszerek felé mozdul el, a nagyüzemi fémsajtolás szerepe még fontosabbá válik. Az ipar már túllépett az egyszerű fémalakításon, olyan területre jutott, ahol a pontosság, az anyagtudomány és a sebesség összefonódik. Azok a beszerzési partnerek, akik az IATF 16949 szigorát kiegészítik fejlett szervó- és nagysebességű technológiákkal, lesznek képesek sikeresen támogatni a járműarchitektúrák következő generációját. A vásárlók és mérnökök számára azonban továbbra is elsődleges feladat a technikai mélység ellenőrzése – biztosítani kell, hogy a kiválasztott szállító ne csupán kapacitással, hanem képességgel is rendelkezzen arra, hogy több millió alkalommal hibamentes teljesítményt nyújtson.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mi a különbség a progresszív kihúzás és a transzfer kihúzás között?

A progresszív kivágó bélyegzés folyamatosan vezeti a fémcsíkot egyetlen sablonon belüli több állomáson keresztül, így gyorsabb és költséghatékonyabb kisebb, nagy sorozatú alkatrészek esetén. Az átviteli bélyegzésnél korán leválasztják az alkatrészt a csíkról, majd mechanikusan továbbítják különálló sablonállomások között. Az átviteli sablonokat általában nagyobb alkatrészekhez (például keretekhez vagy burkolatokhoz) használják, amelyek összetettebb alakítási műveleteket igényelnek, amelyeket nem lehet a csíkhoz rögzített állapotban elvégezni.

2. Miért fontos az IATF 16949 tanúsítás a fémbetételés számára?

Az IATF 16949 egy speciális minőségirányítási szabvány a gépjárműipar számára, amely a hibák megelőzésére, az ellátási lánc konzisztenciájára és a folyamatos fejlődésre helyezi a hangsúlyt. Egy fémbetételő vállalat számára ez a tanúsítvány azt jelzi, hogy rendelkeznek a szigorú folyamatirányítással, dokumentációval (PPAP) és kockázatkezelő rendszerekkel, amelyek szükségesek a biztonságtechnikai szempontból kritikus járműalkatrészek meghibásodásainak megelőzéséhez.

3. A szülői család. Milyen anyagok használhatók leggyakrabban az elektromos áramnyomtatásban?

Az elektromos járművek (EV) nyomtatása nagyban használja réz és réz-ligaványak a C11000-es vagy a berilium rézhez hasonló anyagok (pl. C11000 vagy berillium réz) a nagy elektromos vezetőképességük miatt a buszcsíkokhoz, a terminálokhoz és a csatlakozókhoz. Alumínium a járműveknek a teljes tömegük csökkentése és az akkumulátorcsomagok nagy tömegének kiegyenlítése érdekében széles körben használják az akkumulátorházak, hőpajzsok és szerkezeti tartályok számára is. A fejlett nagyszilárdságú acél (AHSS) továbbra is gyakori a strukturális ütközésvédelmi komponensek esetében.