ҚЫСҚАША

Мега құю деп аталатын процестің көмегімен құрылымдық құю автомобиль жасау саласын түбірінен өзгертуде, өйткені көліктің Ақ Денесінің (BIW) үлкен, күрделі бөліктерін жалғыз бөлшек ретінде жасауға мүмкіндік береді. Бұл инновация бөлшектер санын қатты төмендетеді, жинау жолдарын ықшамдайды, өндіріс шығындарын төмендетеді және көліктің құрылымдық қаттылығын арттырады. Көптеген кіші компоненттерді біріктіру арқылы автомобиль жасаушылар бұрынғыдан да жеңілірек, берікірек және тұрақтырақ көліктерді тезірек жасай алады.

Автомобиль жасау саласындағы парадигманың өзгеруі: Құлпынай бөлшектерден мега құюға дейін

Ондаған жылдар бойы көліктің негізі — ақ дене (Body-in-White, BIW) — жүзеге жетпес дәл салынған металдық бөлшектерден құралатын күрделі пазл болып табылды. Ақ дене дегеніміз есіктер, қозғалтқыш немесе безендіру элементтері сияқты қозғалмалы бөлшектер қосылмай тұрған кездегі автомобильдің негізгі конструкциясы. Бұл дәстүрлі әдіс әрбір кіші бөлшек үшін күрделі жабдықтау тізбегін, роботтармен жабдықталған ұзын жинау жолдарын және құрал-жабдықтарға үлкен инвестицияларды қажет етеді. Дегенмен, өнеркәсіп негізгі өзгерістерге ұшырап, осы бөлшектеп жинау әдісінен шығып, біріктірілген және әлдеқайда тиімді әдіске қарай қозғалып барады: құрылымдық құю — көбінесе мега құю немесе гига құю деп аталатын әдіс.

Бұл түрлендіру процесі көптеген штампталған бөлшектерді жалғыз, үлкен және күрделі алюминий құюмен ауыстырады. Осы тәсілдің стратегиялық артықшылығы өте зор. Автокөлік шығаратын компаниялар логистиканың, пісірудің және жинаудың толық сатыларын жоюы мүмкін, бұл өндірістің жеңіл түріне әкеледі. Бұл дамудың ең жақсы мысалы — Volvo Cars-тің болашақ көліктерін жасауда мегақұюға стратегиялық ауысуы. "ESI Group"-тың жағдай зерттеуінде айтылғандай, Volvo шамамен 100 жеке бөлшектен тұратын артқы дене каркасын жалғыз мега-құйма бөлшегімен сәтті ауыстырды. Осыған жету үшін компания өндірісті жеңілдету үшін жинау құрылғыларының ішіне тікелей 8400 тонналық үлкен матрицалық құю машиналарын, жиі Giga Presses деп аталатын, орнатты. ESI Group , Volvo шамамен 100 жеке бөлшектен тұратын артқы дене каркасын жалғыз мега-құйма бөлшегімен сәтті ауыстырды. Осыған жету үшін компания өндірісті жеңілдету үшін жинау құрылғыларының ішіне тікелей 8400 тонналық үлкен матрицалық құю машиналарын, жиі Giga Presses деп аталатын, орнатты.

Бұл жекеленген дәстүр емес. Басқа алдыңғы қатарлы автокөлік шығаратын компаниялар да маңызды конструкциялық элементтер үшін осы технологияны қабылдады. Мысалы, Audi A8 Space Frame күш пен қаттылықты қамтамасыз ететін, маңызды байланыстырушы бөлшек болып табылатын үлкен матрицалық түйіндің артқы жағын пайдаланады. GF Casting Solutions бұл жалғыз бөлшек әдетте күрделі жинақты құрайтын көптеген компоненттердің орнына жалғыз ғана бөлшек болып келеді, нәтижесінде автокөліктің салмағы мен жинау уақыты азаяды. Мега құюға ауысу заманауи автокөлік өндірісіндегі тиімділік, өнімділік және тұрақтылықты іздеумен анықталатын айқын парадигманың өзгеруін білдіреді.

Бұл екі өндірістік философиялар арасындағы айырмашылықтар өте айқын. Дәстүрлі штамповка кішігірім конструкциялық өзгерістерге икемділік білдірсе де, оның масштабтағы күрделілігі құнына, уақытына және сапаны бақылауға қатысты маңызды қиындықтар туғызады. Керісінше, мега түйіршікті құю құрал-жабдық пен конструкцияға алдын ала көбірек инвестиция салуды талап етеді, бірақ сериялық өндірісте экспоненциалдық үнемдеу мен өнімділікті арттыру нәтижесін береді. Төмендегі кестеде негізгі айырмашылықтар көрсетілген.

Қазіргі заманғы құрылымдық құюдағы негізгі технологиялар мен үдерістер

Мега құю үшін қажетті масштаб мен дәлдікті қамтамасыз ету үлкен машиналардан бастап арнайы материалдар ғылымына дейінгі алдыңғы қатарлы технологиялар жиынтығына тәуелді. Бұл процесс дәстүрлі құюмен салыстырғанда әлдеқайда күрделі болып келеді және автомобильдердің қатаң қауіпсіздік пен өнімділік стандарттарына сай келетін үлкен бөлшектерді жасау үшін үлкен қысым, вакуумдық жағдайлар және мұқият процестік бақылауды талап етеді. Бұл инновациялар автомобилдерге бірден бүкіл кузов астын бір рет құю мүмкіндігін береді.

Бұл технологияның ортасында үлкен матрицалық құю машиналары мен нақты құю процестері тұр. Мысалы Bühler carat сериясы сияқты шешімдерді әзірлеп шығарды, олар 84 000 килоньютон (kN) және одан да жоғары блоктау күшін қамтамасыз ете алады. Бұл үлкен күш — балқытылған алюминийді үлкен қысыммен енгізген кезде үлкен матрицаларды бекітіп тұру үшін қажет, бұл өте үлкен бөлшектердің өлшемдік дәлдігін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, құю процесінің өзі де өте арнайы. Төмендегідей түсіндірілгендей Magna International негізгі әдіс — металды енгізбеден бұрын қалып қуысынан ауаны шығаратын жоғары қысымды вакуумдік құю болып табылады. Бұл қуыстылықты болдырмауға және балқытылған қорытпаның күрделі қалыптың әрбір бөлігін толтыруына мүмкіндік береді, нәтижесінде берік, сенімді соңғы бөлшекті алуға болады.

Материалдар ғылымы да ең маңызды рөл атқарады. Қолданылатын алюминий қорытпалары қарапайым маркалар емес, соқтығысу кезінде жоғары беріктік, пластикалық қасиеттер мен үлкен энергияны жұту қабілетін қамтамасыз ететін жетілдірілген құрамдар. Audi A8-дің артқы бүйірлік мүшесі үшін Castasil-37 (AlSi9MnMoZr) деп аталатын нақты қорытпа қатаң механикалық қасиеттерді қанағаттандыру үшін әзірленді. Дегенмен, кемшіліктері де бар. Мысалы, A360 алюминий жоғары температурада өте жақсы беріктік көрсетеді, бірақ оны құю қиындау. Қажетті қорытпаны таңдау — өнімділік талаптары, құю қабілеті және құны арасындағы үлкен тепе-теңдік болып табылады.

BIW қолданбалары үшін үлкен көлемді құрылымдық құю революциялық болып табылса да, дәлме-дәл ұстау сияқты басқа да өндірістік үдерістер әртүрлі автомобиль компоненттері үшін маңызды рөл атқарады. Қуат беру жүйелері мен жүріс бөлігі сияқты ең жоғары шаршытуға төзімділік пен беріктікті талап ететін бөлшектер үшін алдыңғы қатарлы ыстық ұстау жиі ең жақсы әдіс болып табылады. Саланың мамандары Shaoyi (Ningbo) Metal Technology осы IATF16949 сертификатталған автомобиль ұстау бөлшектерін ұсынады, қазіргі заманғы автомобиль жасауда әртүрлі алдыңғы қатарлы өндірістік технологиялар бір-бірімен қалай толықтырып отыратынын көрсетеді.

Құрылымдық құюды енгізу сәтті өтуі мүмкін емес цифрлық негізсіз. Құрал-жабдықтардың аса жоғары құны — жиі бір миллион евроға дейін жетеді — нақты тәжірибе мен қате тәсілдерді пайдалануды мүмкін емес етеді. Сондықтан, алдын ала болжау симуляциясы маңызды, болдырмауға болмайтын кезең болып табылады. ESI Group-тің ProCAST сияқты алдыңғы қатарлы бағдарламалық жасақтама инженерлерге матрицаны қыздыру мен балқытылған металл ағынынан бастап қатуына дейін және бөлшектің мүмкін болатын деформациясына дейінгі барлық процесті виртуалды түрде модельдеуге мүмкіндік береді. Бұл виртуалды прототиптеу инвестицияның қауіпін азайтады, өндіруге ыңғайлы болу үшін конструкцияны тиімдестіреді және соңғы бөлшектің күтілгендей жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Матрицалық құю арқылы жасалған BIW құрылымдарының стратегиялық артықшылықтары

Автокөлік өнеркәсібінің құрылымдық құюға жедел өтуі зауыт алаңынан бастап, автокөліктің жолдағы өнімділігіне дейін барлығына әсер ететін стратегиялық артықшылықтар жиынтығымен анықталады. Бұл артықшылықтар бөлшектер санын азайтумен ғана шектелмейді, олар өндіріштің тиімділігін, шығындарды үнемдеуді және инженерлік жаңашылдықты арттыратын тізбекті әсер туғызады және автокөлік шығаратын компанияларға бәсекеге қабілетті артықшылық береді. Өндірушілер автомобиль денесін қалай жасау керектігі туралы түбегейлі түрде қайта ойлап, дизайн мен өндірістің жаңа мүмкіндіктерін ашуда.

Ең басты тәуекел – өндірістік процестің түбегейлі ықшамдалуы. Volvo мысалындағыдай, 100-ге жуық бөлшекті бір ғана компонентке біріктіру арқылы автомобиль жасаушылар денені жинау цехтарының күрделілігін едәуір азайта алады. Бұл нақты операциялық пайдаға айналады. Саланың көшбасшысы Bühlerдің айтуынша, бұл тәсіл жинау жолағындағы 300-ге дейін роботтың қажеттілігін жоя алады және зауыт алаңын 30%-ға дейін азайтады. Бұл тек қана капитал салымдарын төмендетіп қоймайды, сонымен қатар тұрақты энергия тұтынуды және жөндеу шығындарын азайтады, нәтижесінде өндіріс ортасы экологиялық тұрақты болады.

Көлік құралының өнімділігі тұрғысынан алғанда, құрылымдық құюлар жоғары сипаттамалар ұсынады. Бір бөлшектен тұратын конструкция жүздеген пісірулер мен бұйымдардың тұрақсыздығы мен істен шығу нүктелерін жояды, нәтижесінде кузов қаттылығы мен беріктігі артады. Бұл құрылымдық қаттылықтың артуы көлік құралының басқарылуын, қауіпсіздігін және ұзақ мерзімділігін жақсартады. Сонымен қатар, заманауи соқтығысу қауіпсіздігі стандарттары үшін маңызды болып табылатын, алдыңғы қатардағы алюминий қорытпалардан жасалған құюлар салмаққа шаққанда энергияны жұту қатынасының жоғары көрсеткішін қамтамасыз етеді. Көлік құралының жалпы салмағының азаюы — электрлік көлік құралдары (EV) үшін әрбір үнемделген килограмм аккумуляторлық қашықтықты ұзартуға және тиімділікті арттыруға мүмкіндік беретін тағы бір негізгі артықшылық.

Соңында, бұл инженерлік және өндірістік артықшылықтар маңызды қаржылық және стратегиялық табыстарға айналады. Негізгі артықшылықтардың шолуы мыналарды қамтиды:

• Бөлшектерді біріктіру: Бір біріктірілген құюмен ондаған немесе жүздеген кішігірім штампталған бөлшектердің орнына қою.
• Өндірісті ықшамдау: Жинақтау сатыларының, пісіру роботтарының және логистикалық күрделіліктің санын азайту арқылы автомобиль өндіруді тездету.
• Шығындарды қысқарту: Құрал-жабдықтарға, жинақтау еңбегіне, жеткізу тізбегін басқаруға және зауыт ауданына байланысты шығындарды төмендету.
• Құрылымдық Өнімділікті Жақсарту: Автомобильдің динамикасы мен қауіпсіздігі үшін бұрау қаттылығын және өлшемдік дәлдікті арттыру.
• Салмақты үнемдеу: Электромобильдердің қуат қоры мен тиімділігін арттыру үшін маңызды болып табылатын жеңіл алюминий қорытпаларды қолдану арқылы автомобильдің жалпы массасын азайту.
• Тұрақтылық Жетістіктері: Кузов цехында энергия тұтынуды азайту және автомобиль өмірінің соңында жеке материалдан жасалған бөлшектерді қайта өңдеуді оңайлату.

Қиындықтарды жеңу және Кузов-монокок Дизайнның Болашағы

Трансформациялық мүмкіндігіне қарамастан, құрылымдық құюды енгізу жолы маңызды қиыншылықтарсыз өтпейді. Мегақұюларды өндірудің масштабы мен күрделілігі дәлдіктің, жоспарлаудың және инвестицияның жаңа деңгейін талап ететін инженерлік кедергілерді туғызады. Бұл бар болғаны қолданыстағы процестерге қарапайым жаңарту емес, пайдаланылатын автомобильдердің конструкциясы мен өндірісін негізінен қайта құру болып табылады. Осы күрделіліктерді сәтті басқару технологияның толық артықшылықтарын ашу кілті болып табылады.

Негізгі қиындық алдын ала жобалау мен растау сатысында жатыр. Бір ғана мега құю үшін физикалық құрал-жабдықтың құны 1 миллион евроға дейін жететіндіктен, қате жіберуге мүмкіндік жоқ. Металл кесілmedен көп бұрын жоба цифрлық ортада жетілдірілуі тиіс. Бұл күрделі симуляцияның аса маңызды құралға айналуын білдіреді. Инженерлер қалыптың теңсіз қыздырылуы, құю кезіндегі балқыған металдың турбулентті ағыны немесе салқындатқаннан кейінгі бөлшектің деформациялануы сияқты мәселелерді алдын ала болжап, жоюы керек. Виртуалды прототиптеуге мұндай сүйену көптеген капитал салымдарының қауіпін азайту үшін жаңа дағдылар мен симуляциялық бағдарламалардың дәлдігіне терең сенімді талап ететін үлкен өзгерісті білдіреді.

Тағы бір маңызды кедергі — сериялық өндіру кезінде сапаны және механикалық қасиеттерді тұрақты сақтау. Өте үлкен және күрделі бөлшектердің өлшемдік дәлдігін шектеуді қалыптау кезінде, құйманың әрқайсысында сақтау — бұл ірі техникалық жетістік. Қорытпаның температурасынан бастап енгізу жылдамдығы мен суыту жылдамдығына дейінгі процестік параметрлерді дәл реттеу ақаулардан аулақ болу үшін және әрбір компоненттің беріктік пен ұзақтық талаптарына сай келуін қамтамасыз ету үшін маңызды. Бұл өндіру циклі бойынша процестік басқарудың, сенсорлық технологияның және сапаны бақылаудың терең интеграциясын талап етеді.

Ақ корпус дизайнның болашағы бұл цифрлық құралдардың дамуымен тығыз байланысты. Келесі шекара — алғашқы құю симуляциясынан соңғы көлік жұмысістеуінің симуляциясына дейінгі сәйкес цифрылық жіпті жасау болып табылады. Бұл «шынайы өндірілген» құйманың қасиеттері туралы мәліметтер — қалдық кернеулер мен микроскопиялық ауытқуларды қоса алғанда — тікелей авария, шаршау және дыбыс, тербеліс пен қаттылық (NVH) модельдеріне енгізілуі мүмкін дегенді білдіреді. Бұл барлықты қамтитын, виртуалданған жұмыс үдерісі инженерлерге мега құюдың теориялық артықшылықтарын жолдағы ең қауіпсіз және ең тиімді көліктерде толық іске асырылатындай етіп, көлік конструкциясын ешқашан болмаған дәлдікпен оптимизациялауға мүмкіндік береді.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. BIW ақ корпус деген не?

Дене-ақ (BIW) деп автомобиль өндірісіндегі автомобильдің денесінің рамасы мен жапыма металл бөлшектері жиналған, бірақ қозғалыс бөлшектері (есіктер, капот, түймелер), безендіру, шасси компоненттері мен қозғалтқыш қосылмай тұрған кезеңді айтады. Бұл басқа барлық жүйелер үшін негіз болып табылатын автомобильдің негізгі құрылымдық қаңқасын білдіреді.

2. Құрылымдық құю дегеніміз не?

Құрылымдық құю — балқытылған металл, әдетте алюминий қорытпасын жоғары қысымда қалыпқа енгізу арқылы үлкен, күрделі және жүкті тартатын бөлшектерді жасау үшін қолданылатын өндірістік үдеріс. Автомобиль өнеркәсібінде ол көптеген кіші бөлшектердің жинағын жиі ауыстыратын, жоғары беріктік, қаттылық және өлшемдік дәлдікті талап ететін маңызды BIW және шасси бөлшектерін жасау үшін қолданылады.

3. Құю үшін ең берік алюминий қайсы?

Ең күшті' алюминий қорытпасы жиі температураға төзімділік, пластикалық қабілет және коррозияға төзімділік сияқты нақты қолданудың талаптарына байланысты болады. A360 сияқты қорытпалар әсіресе жоғары температурада үлкен беріктігімен және жақсы коррозияға төзімділігімен ерекшеленеді. Дегенмен, осындай жоғары беріктіктегі қорытпаларды құю да қиын болуы мүмкін, сондықтан материалдың өнімділігі мен технологиялық құны арасында инженерлердің теңгеруі қажет болатын компромисс туындайды.