Pagrindiniai automobilių aliuminio presavimo dizaino principai

TRUMPAI

Automobilių aliuminio presavimo dizaino vadovas suteikia inžinieriams būtinus principus optimizuotų, gaminamų detalių kūrimui. Sėkmė priklauso nuo kelių svarbių veiksnių: tinkamo aliuminio lydinio ir jo būklės parinkimo pagal naudojimo reikalavimus, efektyvių skersinių profilių projektavimo su vienodais sienelių storiais ir išsamaus aliuminio presavimo proceso mechanikos supratimo, kad būtų išlaikytas konstrukcinis vientisumas, svoris ir kaina.

Aliuminio presavimo proceso supratimas

Aliuminio presavimo procesas yra metodas, naudojamas transformuoti aliuminio lydalį į objektus su aiškiu skersiniu profiliu. Šio proceso esmė – pašildyti cilindrinį aliuminio lydinio gaublį ir jėga prastumti jį per formuotą angą mirgoje naudojant galingą hidraulinį presą. Išspaudžiamas medžiaga išeina kaip pailginta detalė, turinti tokį patį profilį kaip ir anga mirgoje. Šis metodas ypač universalus, leidžiantis kurti sudėtingus skersinius pjūvius, kuriuos galima pritaikyti specifinėms aplikacijoms, kas ypač vertinga automobilių pramonėje stipriems, lengviems komponentams gaminti.

Procesą galima suskirstyti į kelias pagrindines stadijas. Pirmiausia, matrica yra išankstinio pašildymo, kad užtikrinti tinkamą metalo tekėjimą ir pailginti jos tarnavimo laiką. Tuo pat metu kietas aliuminio lydinio strypas orkaitėje pašildomas iki nustatytos temperatūros – paprastai tarp 800 °F ir 925 °F (426 °C ir 496 °C), kai jis tampa plastiškas, bet dar nesilydantis. Pasiekus reikiamą temperatūrą, strypui taikomas tepiklis, kad jis nepriliptų prie preso dalių. Pašildytas strypas tada įkeliamas į preso talpyklą, kur galingas stūmoklis pastumia jį per matricą. Gautas profilis vėliau aušinamas, ištempiamas, kad būtų pasiekta tiesumas, ir supjaustomas į pageidaujamą ilgį.

Yra du pagrindiniai ekstruzijos būdai: tiesioginis ir netiesioginis. Tiesioginės ekstruzijos metodu, kuris yra dažniausiai naudojamas, mira yra nejudanti, o stūmoklis stumia ingotą į priekį. Netiesioginės ekstruzijos metodu mira yra talpinama tuščiaviduryje stūmoklyje, kuris juda prieš nejudantį ingotą, verčiant metalą tekėti per mirą priešinga kryptimi. Kiekvienas metodas turi savo privalumų, tačiau abu remiasi tuo pačiu pagrindiniu plastinio deformavimo principu, siekiant sukurti nuolatinius profilius. Svarbiausi terminai, kuriuos reikia žinoti, apima blumas (neapdorotas aliuminio rąstas), šablonas (plieninis įrankis, formuojantis aliuminį), rAM (preso komponentas, kuris taiko slėgį).

Ekstruzijos projektavimo pagrindiniai principai automobilių taikymui

Efektyvus dizainas yra svarbiausias kuriant ekonomiškus ir aukšto našumo automobilių aliuminio profilius. Tikslas – sukurti profilį, kuris atitiktų ne tik konstrukcinius ir estetinius reikalavimus, bet taip pat būtų lengvai gamintinas. Laikantis nustatytų projektavimo principų, galima žymiai sumažinti įrankių gamybos išlaidas, suvesti minimaliai gamybos defektus ir pagerinti galutinio komponento bendrą kokybę. Šie principai susitelkia į metalo tekėjimo per mirgą kontrolę valdant formos geometriją ir sudėtingumą.

Pagrindinis principas – išlaikyti vientisą sienelių storį visame profilyje. Dideli gretimų sienelių storio skirtumai sukelia nevienodą metalo tekėjimą ir skirtingus aušimo greičius, dėl ko gali atsirasti iškraipymų ir sunkumų užtikrinant tikslų matmenų laikymąsi. Kaip geriausia praktika, projektuotojams rekomenduojama vengti gretimų sienelių storio santykių, didesnių nei 2:1. Kai būtinos perėjos, jos turi būti palaipsniui vykstančios, įtraukiant pakankamai didelius lankstumus ir apvalius kampus, kad palengvintų metalo tekėjimą ir išvengtų paviršiaus defektų susidarymo. Šis balansas užtikrina, kad detalė vienodai atvėsta, išlaikydama numatytą formą ir matmeninę tikslumą.

Kitas svarbus dalykas yra formos sudėtingumas, kuris dažnai matuojamas tokių veiksnių kaip perimetro ir skersinio pjūvio santykis. Ypač sudėtingos ir nesimetriškos formos yra sunkiau ekstruduojamos. Projektuotojai turėtų siekti simetrijos, kur tik įmanoma, nes subalansuotos profilių formos yra stabiliausios ekstruzijos metu. Elementų, tokių kaip ribos ir sienelės, įtraukimas gali padidinti stiprumą ir standumą, nepadidinant pernelyg masės. Tačiau reikėtų vengti gilių, siaurų kanalų ar tarpų (aukštas liežuvio santykis), nes formos plieninis „liežuvis“, formuojantis šias savybes, gali perplyšti dėl slėgio. Pagal Aluminum Extruders Council (AEC) , šių sudėtingų savybių mažinimas padeda pagerinti ekstrudavimo galimybes ir sumažinti išlaidas.

Galiausiai būtina suprasti formų klasifikaciją – vientisas, pusiau tuščiaviduris ir tuščiaviduris. Tuščiavidurės formos, kurios apima ertmę, yra sudėtingiausios ir reikalauja sudėtingesnių (ir brangesnių) daugiadalių mirkų, tokių kaip angų ar tiltelinių mirkų. Šios mirkos padalija aliuminio srautą, o tada vėl suvirina jį mirkos kamerose, kad susidarytų tuščiaviduris profilis. Projektuojant taip, kad būtų sumažintos ar supaprastintos tuščiavidurės dalys, galima pasiekti didelių sąnaudų taupymo. Ankstyvas inžinierių bendradarbiavimas su ekstruzijos tiekėju projektavimo etape leidžia optimizuoti profilius gamybai, užtikrinant, kad galutinis gaminys būtų tiek funkcionalus, tiek ekonomiškas.

Medžiagos akcentas: Teisingo aliuminio lydinio ir sukietinimo parinkimas

Tinkamo aliuminio lydinio ir apdorojimo būdo pasirinkimas yra svarbus sprendimas, kuris tiesiogiai veikia galutinio gaminio mechanines savybes, korozijos atsparumą, paviršiaus apdorojimą ir kainą. Lydiniai gaunami sumaišius aliuminį su kitomis legiruojančiomis medžiagomis, tokio kaip magnis, silicis ir varis, siekiant pagerinti tam tikras savybes. Apdorojimo būdas (temper) reiškia šiluminį apdorojimą, kuris sustiprina medžiagą po ekstruzijos. Automobilių pramonėje, kur detalės turi išlaikyti įvairaus lygio apkrovas, atmosferos poveikį ir temperatūrą, tinkamo derinio pasirinkimas yra būtinas geros našumo ir ilgaamžiškumo užtikrinimui.

6000 serijos lydiniai, kuriuose legiruojamosiomis medžiagomis yra magnis ir silicis, yra dažniausiai naudojami ekstruzijai ir naudojami apie 75 % visų taikymų. Jie siūlo puikų stiprumo, formuojamumo, korozijos atsparumo ir suvirinamumo pusiausvyrą. Kaip išsamiai aprašoma tokiose šaltiniuose kaip Bonnell Aluminum , dviejų lydinių yra ypatingai paplitę automobilių ir konstrukcinių taikymų srityse:

• 6063 aliuminis: Daugiausia naudojamas taikymams, kuriuose svarbus paviršiaus apdorojimas ir detalės. Jis pasižymi geromis ekstruzijos savybėmis ir aukštu atsparumu korozijai, todėl tinka dekoratyvinėms detalėms ir elementams su sudėtinga forma. Jo stiprumas yra vidutinis.
• 6061 Aluminiumas: Žinomas kaip konstrukcinis darbo arklys, šis lydinys siūlo didesnį stiprumą nei 6063, todėl yra puikus variantas taikymams, reikalaujantiems didesnės konstrukcinės vientisumo, pvz., automobilių rėmams, skersiniams ir saugos komponentams. Gerai suvirinamas ir apdirbamas.

Kietinimo žymėjimas, toks kaip T5 ar T6, nurodo konkretų taikomą terminį apdorojimą. T5 kietinimas apima profilinio presavimo atšaldymą iš preso ir tolesnį dirbtinį senėjimą krosnyje. T6 kietinimas apima tirpalo karščio apdorojimą, o po to dirbtinį senėjimą, dėl ko pasiekiama didesnė stiprumas ir kietumas. Pasirinkimas tarp jų priklauso nuo reikiamų mechaninių savybių palyginti su sąnaudomis ir gamybos sudėtingumu.

Ekstruzijos formos dizaino ir įrankių optimizavimas

Nors profilio dizainas ir lydinio parinkimas yra svarbūs, pats presavimo įvoras yra gamybos proceso širdis. Šios įrangos dizainas ir kokybė tiesiogiai veikia gamybos greitį, matmenų tiktinimą, paviršiaus apdorojimą ir bendrą kainą. Optimali įvorė užtikrina sklandų, nuoseklų metalo tekėjimą, kuris būtinas aukštos kokybės automobilių komponentams gaminti. Suprantant ryšį tarp detalės sudėtingumo ir reikalingos įrangos, tai yra būtina kiekvienam konstruktoriui ar inžinieriui.

Profilinių presformų formos paprastai klasifikuojamos pagal formuojamo profilio tipą: vientisas, pusiau tuščiaviduris arba tuščiaviduris. Vientisos formos yra paprasčiausios ir pigiausios, sudarytos iš vienos plieninės plokštės, kurioje išfrezuotas profilio kontūras. Tuščiavidurės formos, tokios kaip landžių ar tiltelinių formų, yra žymiai sudėtingesnės. Jos susideda iš kelių dalių ir skiria aliuminio gaublio tekėjimą aplink centrinį įvertį (kuris suformuoja ertmę), o po to priverčia metalą vėl suvirinti, prieš išeinant pro formą. Šių formų sudėtingumas daro jas žymiai brangesnes gaminti ir prižiūrėti, pabrėžiant projektavimo principą vengti nebūtinų ertmių.

Profilio sudėtingumas tiesiogiai veikia įrankių sąnaudas ir gamybos realizuojamumą. Kaip pažymėta įvairiuose pramonės vadovuose, ekstremalūs plokščių santykiai, nevienodo storio sienelės ir aštrūs kampai padidina tiek formos gamybos, tiek ekstruzijos proceso sudėtingumą. Automobilių projektams, reikalaujantiems tiksliai suprojektuotų detalių, būtina bendradarbiauti su specializuotu gamintoju. Pavyzdžiui, tiekėjas, toks kaip Shaoyi Metal Technology teikia išsamią paslaugų apimtį – nuo greito prototipavimo iki visapusiškos gamybos pagal griežtas IATF 16949 kokybės sistemas, padedant valdyti individualių įrankių sudėtingumą ir užtikrinti, kad detalės atitiktų tiksliai nustatytus reikalavimus.

Galiausiai geriausi rezultatai pasiekiami bendradarbiaujant detalės projektuotojui ir ekstruderio operatoriui. Ankstyvas konsultavimasis leidžia gamybos inžinieriams pateikti atsiliepimus dėl konstrukcijos gamybos galimybių, siūlydami nedidelius pakeitimus, kurie gali ženkliai pagerinti kokybę ir sąnaudų efektyvumą. Šis partnerystės ryšys užtikrina, kad formos diegas būtų suprojektuotas ne tik formai sukurti, bet ir patikimai, pelningu greičiu bei su žemu defektų lygiu, kas yra būtina didelės apimties automobilių pramonei.

Dažniausiai užduodami klausimai