Automobilių metalo štampavimas: procesai, taikymo sritys ir kokybės standartai

Kas yra automobilių metalo štampavimas ir kodėl tai svarbu

Metalo štampavimas yra automobilių gamybos pagrindas. Kiekvienoje kelyje važiuojančioje automobilyje yra šimtai štampuotų metalinių detalių – nuo variklį laikančio karkaso rėmo iki mažos jungtuko, kuris laiko laidų sąranką; štampuotos detalės sudaro transporto priemonės konstrukcinį ir funkcinį skeletą.

Esminė automobilių metalo štampavimo esmė – plokščią metalinę lakštą transformuoti į trimatės formos dalis atliekant įvairius formavimo veiksmus: iškirpimą, skylės įprobavimą, lenkimą, traukimą ir krašto formavimą. Pramonė remiasi trimis pagrindiniais procesais: progresyvus štampavimas ,pervadinis kalnojimas , ir vienpazdžio štampo štampavimu – kiekvienas iš jų optimizuotas skirtingoms detalėms pagal jų dydį, gamybos apimtis ir sudėtingumo lygį.

Šiuos procesus skiria pagrindinis klausimas apie tai, kaip darbo detalė juda formavimo sekoje . Netinkamo proceso pasirinkimas tam tikrai detalei gali padvigubinti įrankių sąnaudas, sukurti gamybos susidėjimus arba pažeisti matmeninę tikslumą.

Pramonės nuoroda: Šiuolaikinė automobilių štampavimo įmonė paprastai veikia 15–30 štampavimo presų, kurių naudingoji apkrova svyruoja nuo 40 iki 1 000 tonų, apdoroja daugiau nei 50 medžiagų rūšių – nuo minkštojo plieno iki pažangaus aukštosios stiprybės plieno (AHSS) ir aliuminio – ir per mėnesį pagamina milijonus detalių.

Tikroji inžinerinė problema yra ne štampavimo apibrėžimas, o tinkamo proceso parinkimas tinkamai detalei. Būtent tai aptaria šio straipsnio likusioji dalis – gamintojo požiūriu, kuris jau pristatė daugiau nei 1 000 štampavimo šablonų ir mėnesiui gamina 5 milijonus štampuotų detalių pasaulinėms automobilių pirmosios pakopos klientėms. Išsamesniam gamybos masto galimybių vertinimui žr. mūsų individualūs automobilių štampavimo darbai apžvalgą.

Trys pagrindiniai automobilių dalių štampavimo procesai

Kiekvienos štampuotos automobilių detalės gamyba prasideda tuo pačiu klausimu: kuris procesų maršrutas yra tinkamas? Atsakymas priklauso nuo keturių kintamųjų – metinis gamybos apimtis, detalės matmenys, medžiagos storis ir sudėtingumas. Žemiau nagrinėjami trys pagrindiniai štampavimo procesai ir jų sprendimo logika.

Progresyvioji štampavimo šabloninė sistema – aukšta gamybos apimtis, mažos–vidutinės detalės

Progresyvioji štampavimo šabloninė sistema į šabloninę sistemą įveda juostos ritinį, kuris perduodamas per keletą stoties vienetų vienoje šabloninėje sistemoje. Kiekvienoje preso eigoje kiekviena stotis atlieka vieną operaciją – viena stotis iškirpia, kita – skverbia, kita – lenkia – ir galutinėje stotyje išmetama pilna detalė. Pati juosta neša darbinį gabalą iš stoties į stotį, o padėties tikslumą (±0,02 mm) užtikrina orientaciniai smeigtukai.

Pagrindiniai techniniai elementai:

• Juostos išdėstymo projektavimas nustato medžiagos naudojimą, stoties seką ir bendrą šablonų dydį – dažniausiai tai vienintelis didžiausias veiksnys, lemiantis kainą už vieną detalę
• Vadovaujantys smeigukai užfiksuoja iš anksto perverstas skyles kiekvienoje stotyje, kad pataisyti juostos padėties nuokrypį
• Pakelėjai pakelia juostą tarp smūgių, kad ji galėtų judėti be trinties į šablonų paviršius
• Formos viduje esantys jutikliai realiuoju laiku aptinka neteisingus padavimus, šukų traukimą ir detalių išmetimo nesėkmes

Progresyvieji šablonai puikiai tinka metiniam gamybos apimčių virš 50 000 vienetų mažoms ir vidutinėms detalėms (paprastai juostos plotis mažesnis nei 600 mm). Dažni automobilių pritaikymai apima laikiklius, jungtukus, spaustukus, mažuosius konstrukcinius sustiprinimus ir sėdynių mechanizmų komponentus. Šis procesas pasiekia aukščiausius gamybos našumo rodiklius – tipiškai 25–40 smūgių per minutę (SPM), tačiau įrankių investicija yra reikšminga: nuo vidutinės paprastų išpjovimo šablonų atveju iki didelės sudėtingų formavimo šablonų su 12 ar daugiau stotyčių atveju.

Gamintojo nuoroda: Visiškai komplektuota pažangiosios štampavimo šablonos programa – nuo juostos išdėstymo projektavimo iki CAE formavimo modeliavimo, šablonų plieno parinkimo, apdirbimo, bandymų ir PPAP pateikimo – paprastai trunka 5–7 savaites standartinėms automobilių projektams, o pirmojo bandymo patvirtinimo rodiklis viršija 93 %, kai CAE modeliavimas integruojamas į projektavimo etapą.

Perduodamosios šablonos štampavimas – didelės konstrukcinės detalės, vidutinio ar aukšto gamybos tūrio

Perduodamosios šablonos štampavimas išsprendžia pažangiosios šablonos štampavimo esminį apribojimą: detalė turi likti prijungta prie nepertraukiamos juostos. Didelėms detalėms – rėminėms konstrukcijoms, skersinėms sijoms, išilginėms sijoms, valdymo rankenoms – tai fiziškai neįmanoma, nes заготовкės matmenys viršija turimus ritinėlių plotius, o detalės svoris daro neįmanomą juostos pagrindu remiamą perduodamąjį štampavimą.

Perkeliamojo šablonų sistemos kiekviena stotis yra atskira viršutinė ir apatinė šablonų rinkinys. Mechaninė perkelimo sistema – dažniausiai servoužvaldomos griebiklių bėgės arba robotizuotos rankos – kiekvienoje stotyje paėmia tuščiąją detalę arba dalinai suformuotą detalę ir perkelia ją į kitą stotį. Kadangi detalė tarp stočių išleidžiama ir vėl prilaikoma, neįmanoma naudoti nepertraukiamos juostos, nėra pločio apribojimų ir kiekvieną stotį galima projektuoti, optimizuoti bei prižiūrėti atskirai.

Perkeliamieji šablonai veikia 20 000–200 000 detalių per metus diapazone, naudojant presus nuo 630 iki 1 000 tonų ir 3–6 stočių sistemą. Pagrindinis privalumas – lankstumas: vienas perkeliamasis presas gali gaminti skirtingų detalių šeimas keisdami šablonų rinkinius, o atskirus stoties šablonus galima pakeisti arba perdirbti nepaveikiant visos sistemos.

Kada pasirinkti perkeliamąjį šabloną vietoj progresyviojo šablono:

• Detalės tuščioji forma bet kurioje kryptimi viršija 600 mm
• Detalė reikalauja gilaus formavimo, kuris deformuotų nepertraukiamą juostą
• Gamintojo apimtis nepateisina didesnių įrankių gamybos kaštų, susijusių su dideliu progresiniu štampavimo įrankiu
• Detalė yra konstrukcinė saugos detalė, kuriai reikalinga 100 % proceso metu atliekama patikra kiekviename etape

Pavyzdžiui, perduodamojo štampavimo įrankio taikymo atvejo aprašymą raskite 3 skyriuje pateiktame pakabos rėmo pavyzdyje.

Vieno įrankio štampavimas – tinkamiausias pasirinkimas mažoms gamybos apimtims, per didelėms detalėms ir prototipams

Vieno įrankio štampavimas yra lankčiausias ir žemiausiais kaštais pradedant metalo štampavimą. Kiekvienas presavimo judėjimas atlieka tik vieną operaciją – išpjovimą, skverbimą, lenkimą ar formavimą – naudojant specialų įrankį. Sudėtingai detalei galbūt reikės 3–8 vieno įrankio štampavimo įrankių visiems formavimo etapams baigti, o detalės tarp presų perkeliamos rankiniu būdu arba paprasta automatizacija.

Vieno įrankio štampavimas nėra prastesnis procesas – jis yra optimalus pasirinkimas tam tikromis aplinkybėmis, kai progresinis ar perduodamasis štampavimo įrankis būtų ekonomiškai ar fiziškai netinkamas:

• Detalės matmenys viršija 600 mm – viršija įprastus ritininio medžiagos pločio ribas progresiniam štampavimui
• Metinė gamybos apimtis mažesnė nei 20 000 vnt. – progresyvių šablonų vieneto sąnaudų pranašumas neatlieka didesnių pradinių šablonų investicijų
• Medžiagos storis viršija 6 mm – storiems lakštams formuoti reikia presų jėgos ir šablonų tarpų, kuriuos sunku pasiekti daugiaetapiuose progresyviuose išdėstymuose
• Prototipų ir gamybos priešgamybinė patvirtinimas – vieno šablono naudojimas leidžia nebrangiai patvirtinti procesą (2–4 savaičių pristatymo laikas), prieš įsigydant visą progresyvią arba perduodamąją šablonų sistemą

Pramonės nuorodos vertė: Vieno šablono šablonavimo sąnaudos paprastai sudaro nuo 10 % iki 25 % ekvivalenčios progresyvios šablonų rinkinio kainos. Kai tai derinama su strateginiu modernizavimo būdu – kai patvirtinti vieno šablono proceso duomenys tiesiogiai nulemia vėlesnio progresyvaus arba perduodamojo šablono projektavimą – tokia derinama strategija gali sumažinti bendras programos šablonavimo sąnaudas ir tuo pačiu sumažinti gamybos paleidimo riziką.

Procesų pasirinkimo palyginimas

Pastaba: Reikšmės yra pramonės orientaciniai diapazonai. Tikrosios projekto reikšmės priklauso nuo detalės geometrijos, medžiagos klasės ir preso galimybių.

Išsamesniam aptarimui apie detalės reikalavimų pritaikymą gamybos procesams žr. mūsų vadovą dėl kaip parinkti tinkamą gamybos procesą atitinkant dalių reikalavimus .

Automobilių taikymo sritys: kuris procesas – kuriai detalei

Štampavimo proceso pasirinkimas galiausiai priklauso nuo paties gaminio – jo dydžio, medžiagos, konstrukcinės funkcijos ir gamybos apimties. Žemiau nagrinėjame, kaip šie veiksniai pasireiškia trijose pagrindinėse automobilių taikymo srityse, naudodami tikrus gamybos pavyzdžius.

Kėbulo ir konstrukcinių komponentų gamyba

Kėbulo konstrukcinės detalės – rėminiai elementai, skersiniai elementai, išilginiai sijos ir valdymo rankenos – automobilių gamyboje kelia didžiausius štampavimo reikalavimus. Tai yra didelės, storosios juostos detalės (1,5–4,0 mm), pagamintos iš aukštosios stiprybės plienų, tokių kaip DP600, DP800 ir QSTE500TM, kurių pagrindiniai inžineriniai uždaviniai yra grįžtamojo deformavimosi kontrolė ir suvirinamosios surinkties tikslumas.

Standartinis technologinis procesas yra perduodamojo štampavimo būdas, po kurio seka robotizuota suvirinamoji surinktis . Perkėlimo įrankiai yra būtini, nes įprasto priekinio rėmo šablono matmenys keliais kryptimis viršija 800 mm – žymiai daugiau nei leidžiama progresyviųjų štampavimo šablonų juostos pločio riba. Po štampavimo atskiri detalės suvirinamos į visumą, dažnai su 15–20 suvirinimo siūlėmis, kurių padėtis turi būti išlaikyta ±0,5 mm tikslumu.

Gamybos atvejis – priekinio rėmo surinkimas:

Europos prabangaus pikapo platformai buvo reikalaujamas priekinio rėmo surinkimas, kurį sudaro 7 atskiri štampuoti elementai, sujungti 17 MIG suvirinimo siūlių. Šis rėmas – kuris laiko variklį, pavarų dėžę ir priekinę pakabą – yra susidūrimo apkrovos kelio komponentas, todėl matmenų tikslumas tiesiogiai veikia smūgio našumą. Metinis gamybos apimtis: 80 000 automobilių rinkinių.

Prieš pjautinės bet kurio įrankių plieno dalys, CAE inžinerijos komanda atliko formavimo modeliavimą visoms septynioms detalėms. Modeliavimas nustatė: stiprinimo atramos kampą, kuriame medžiagos plonėjimas viršijo 25 % (QSTE500TM formavimo riba yra apytiksliai 28 %) – išspręsta padidinus kampo spindulį nuo R3,0 iki R4,5; įtraukimo briaunos sritį, kurioje stebėta medžiagos kaupimosi (raukšlių susidarymo rizika) – išspręsta pridedant vieną įtraukimo kraštą ir reguliuojant jo aukštį; bei šoninės sienelės briauną, kurioje numatytas atšokimas – 2,3 laipsnio – kompensuota priešingos krypties nuokrypio dievo ertmės paviršiuje.

Visi septyni štampavimo šablonai buvo pagaminti remiantis CAE-pataisytais įrankių duomenimis. Pirmosios gamybos detalės išlaikė matmeninę patikrą be vieno šablono perdaromų ciklų. Visas procesas – septyni štampavimai + septyniolika suvirinimų – buvo patvirtintas programos terminuose, o pakabos rėmas įėjo į serijinę gamybą pagal grafiką.

„CAE modeliavimas ne tik numatė problemas – jis visiškai pašalino bandymų ir klaidų etapą. Septyni šablonai – pirmuoju bandymu, visi atitinkantys leistinąjį nuokrypį.“

Kūno rėmas be įdėklų ir saugos komponentai

Kūno konstrukcijos detalės – B stulpelio stiprinimai, stogo bėgiai, šoninio smūgio sijos ir sėdynių skersinės – yra saugos kritinės detalės, dažniausiai gaminamos iš karšto formuojamos borų plieno (22MnB5) arba ultraaukštos stiprumo šaltai formuojamo plieno. Pagrindiniai inžineriniai iššūkiai – plonėjimo kontrolė (kad būtų išvengta plyšių formavimo metu) ir po karšto kalimo atsirandančio atšokimo kompensavimas.

Šios detalės paprastai gaminamos naudojant perduodamųjų šablonų sistemas , kur karštas kalimas integruotas į presų liniją borų plieno rūšims. Kadangi vienas B stulpelio stiprinimas gali apimti ruošinių išpjovimą, karštą formavimą, apipjaustymą ir gręžimą per 4–5 stotis, perduodamųjų šablonų architektūra užtikrina būtiną nepriklausomybę tarp stočių.

Gamybos pavyzdys – B stulpelio stiprinimas:

Japonų pirmosios pakopos tiekėjas kūrė B stulpelio stiprinimą iš 22MnB5 (1,8 mm storio) globaliam vidutinio dydžio sedano platformai. Detalė jau buvo įėjusi į štampavimo įrankių gamybos etapą su kitu štampavimo įrankių gamintoju – be ankstesnio CAE modeliavimo. Pirmosios bandymo (T1) detalės parodė tris problemas: mikrotrūkumus kampuose dviejuose vietose, raušlėjimą kraštinės srityje ir atšokimo kampus, kurie buvo 2,1, 1,8 ir 2,5 laipsnio trijuose kritiniuose pjūviuose – gerokai virš ±0,5 laipsnio leistino nuokrypio. Po trijų štampavimo įrankių perdaromųjų ciklų per šešias savaites problemos išliko, o pradėti gaminti (SOP) terminas buvo pavojuje.

Atlikta nepriklausoma CAE analizė toje pačioje detalės geometrijoje. Per tris darbo dienas modeliavimas nustatė: kampų plonėjimo našumą – 32 % ir 29 %, viršijantį šalto būvio 22MnB5 medžiagos formavimo ribą (28 %), tiksliai atitinkantį įtrūkimų vietas; medžiagos kaupimą (15 % storio padidėjimą) kraštinės srityje – suspaudimo nestabilumą kraštinės formavimo metu, atitinkantį raukšlių raštą; ir atšokimo kampus, kurie atitiko išmatuotus kampus su nuolaida ne daugiau kaip 0,2 laipsnio, patvirtinant modeliavimo tikslumą.

Koreguojamosios priemonės – kampų spindulių padidinimas (patvirtintas struktūrinio inžinerijos skyriaus patikrinimu, kad nebūtų įtakos smūgio našumui), pradinio lenkimo žingsnio įvedimas, kad 90 laipsnių kraštinė būtų padalinta į dvi 45 laipsnių stadijas, ir diekų paviršių atvirkštinė kompensacija – buvo įdiegtos dar prieš tai, kol buvo supjaustyta papildoma plieno medžiaga. Perdirbtos įrankių sistemos pirmojo bandymo metu gamino atitinkančias detales.

Pakabos, vairavimo ir variklio perduodamosios sistemos komponentai

Ši kategorija apima tikslųsias dalis – amortizatorių vamzdžius, įvorės ašis, valdymo rankenėlių sujungimo ašis, vairavimo kolonos apvalkalus ir variklio tvirtinimo laikiklius. Skirtingai nuo važiuoklės konstrukcinių dalių, kuriose svarbiausia yra dydis ir stiprumas, pakabos ir variklių perdavimo sistemos dalys reikalauja tikslumo (vidiniai skersmenys – IT7 tikslumo laipsnio, paviršiaus šlifavimas – Ra 0,4 μm) ir, daugelyje atvejų, ciklinės apkrovos sąlygomis pasiekiamo ištvermingumo.

Gamybos pavyzdys – amortizatorių vamzdžiai (didelės apimties automatizuota linija):

Vienas penkių geriausių pasaulio amortizatorių tiekėjų pirmosios pakopos – tiekiantis Volkswagen MQB ir BMW CLAR platformoms – reikalavo strateginio Azijos–Ramiojo vandenyno regiono partnerio amortizatorių vamzdžių gamybai. Metinė gamybos apimtis: 2,4 mln. automobilių rinkinių, kas atitinka 7,2 mln. atskirų vamzdžių per metus (kiekvienas rinkinys = 1 išorinis vamzdis + 1 vidinis vamzdis + 1 viršutinio montavimo apvalkalas).

Vamzdžių gamybos linija veikia kaip visiškai automatizuotas septynių etapų procesas, kuriame tarp žaliavų įvedimo ir paruoštų detalių išvesties operatoriaus įsikišimo nėra: (1) Automatinis pjovimas į ilgį – 9 mašinos, pjovimo tikslumas ±0,1 mm; (2) Abiejų galų kraštų suapvalinimas – 17 mašinų, abi galūnės apdorojamos vienu metu; (3) Laserinis vamzdžių pjovimas specialioms geometrijoms; (4) Raštelio formavimas spaudžiamosioms sąsajoms; (5) Ultragarsinė valymo procedūra – visiškai pašalinami pjovimo skystis ir dalelių likučiai; (6) 100 % automatinė tiesioginė matmeninė patikra – 9 patikros vienetai, naudojant infraraudonųjų spindulių matavimus, kiekvienam vamzdžiui tikrinami vidinis/vidinis skersmuo, apvalumas ir sienelės storis; (7) Supakuojama ir išsiunčiama.

100% vidaus patikrinimas buvo lemiamas veiksnys renkantis tiekėjus. Ankstesnis tiekėjas naudojo statistinę mėginių ėmimą su rankiniu matavimu - modelis, kuris turi įgimtą trūkumų riziką. Automatinė linija panaikina šią riziką: jei vamzdis neatitinka bet kurio matmenų patikrinimo, jis fiziškai nukreipiamas nuo išėjimo srauto, kol jis negali pasiekti laivybos konteinerio.

Gaminimo atvejis -- Valdymo rankos gręžiklio šaftas (šaltas galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis galutinis gal

Kinijos 1 lygio šasių sistemos tiekėjui, kuris aptarnauja BYD ir NIO, per metus reikėjo 320 000 šaičių šafto keturiuose transporto priemonių modeliuose. Šaftas yra tikslumas šablono - O16 mm šaknis su O22 mm šaknis ir sferinis galva - pagamintas iš 42CrMo legiruotojo plieno, reikalaujantis užtemti ir temperatūros iki 900+ MPa traukos stiprumas ant šakno ir HRC 58-62 ant galvos.

Originalus procesas frezavo valiuką iš O25 mm strypo naudojant CNC sukimo apdirbimą – pašalindamas 59 % medžiagos kaip drožinius. Gamindamas 320 000 detalių per metus, tai reiškė daugiau nei 90 tonų šalinamos per metus plieno ir kiekvienos detalės apdirbimo sąnaudas, kurias lemia 4,5 minučių ciklo trukmė.

Alternatyvūs pasiūlymai: šaltasis kalavijavimas iš O18 mm vielos. Detalės geometrija – siauras kotukas (ilgio ir skersmens santykis maždaug 5:1), plokščia galva ir sferinė galinė dalis – puikiai tinka daugiapozicijiniam šaltajam formavimui. Keturių pozicijų šaltojo kalavijavimo šablonas per mažiau nei 3 sekundes sukuria beveik galutinės formos заготовkę, o medžiagos naudingumo koeficientas padidėja nuo 41 % iki 94 % (medžiaga pašalinama tik galvos baigiamajame apdirbime ir kotuko šlifavime).

Trys pradinės problemos – didesnės štampavimo įrankių investicijos, šaltai deformuotų ir apdirbtų detalių nuovargio atsparumo skirtumai bei sferinio galo tikslumas – buvo išspręstos remiantis duomenimis: štampavimo įrankių investicijos kaina per vieną detalę sumažėjo iki nepastebimo dydžio lyginant su technologinio proceso sąnaudų sumažėjimu; nepertrauktas medžiagos grūdelių srautas šaltai deformuotose detalėse (medžiagos plaušai aplenkti galvutės kontūrą, o ne perpjauti) užtikrina aukštesnę nuovargio atsparumą – tai ypač svarbu pakabos komponentams, kurie veikiami ciklinių lenkimo apkrovų; sferinio galo geometrija pasiekiamas naudojant šaltą štampavimą ir toliau tikslinama antrine šlifavimo operacija, kad būtų laikomasi nustatytų profilio nuokrypių ribų.

Ši konversija klientui kasmet sutaupo daugiau kaip 90 tonų plieno ir žymiai sumažino kainą už vieną detalę. Daugiau informacijos apie šaltą štampavimą rasite mūsų automobilinės šalto štampavimo galimybės . Susijusios tikslūs įvorės taikymo sritys aprašytos mūsų automobilinės metalinės įvorės apžvalgą.

Taikymo–proceso atitikties nuorodoje

Kokybės kontrolė: Visas automobilių lakštų štampavimo kokybės tikrinimo grandininis procesas

Daugelis straipsnių apie automobilių lakštų štampavimą kokybės kontrolę paminėja vienoje pastraipoje – dažniausiai „mes laikomės IATF 16949 standartų“ – ir toliau pereina prie kitų temų. Iš esmės štampuotų automobilio detalių kokybės užtikrinimas nėra vienas tikrinimo etapas, o šešių matmenų sistema, apimanti visą gamybos gyvavimo ciklą – nuo įsigytų žaliavų iki galutinės siuntos.

Kokybės standartai ir sertifikavimas

IATF 16949 yra globalus kokybės valdymo standartas automobilių serijinei gamybai ir techninės priežiūros detales. Skirtingai nuo bendrojo ISO 9001 standarto, IATF 16949 taiko automobilių pramonei būdingus reikalavimus: defektų prevencija, nuolatinis tobulinimas ir atliekų mažinimas visoje tiekimo grandinėje. Pirmosios ar antrosios pakopos automobilių tiekėjui IATF 16949 sertifikatas yra minimalus reikalavimas, kad būtų galima dalyvauti pirkimo procese.

Sertifikuota pagal IATF 16949 (sertifikato Nr. 0532672)

Ne tik sertifikavimo, bet ir gamybos detalės patvirtinimo proceso (PPAP) metu nustatomos sąlygos tarp įrankių gamybos pabaigos ir serijinės gamybos pradžios. PPAP reikalauja, kad tiekėjas įrodytų – pateikdamas išmatuotus duomenis, o ne pažadus, – jog gamybos procesas nuolat gali gaminti detales, atitinkančias visus matmeninius, medžiagų ir našumo reikalavimus bei nurodytą gamybos našumą. Konkrečiai lankstymo procesui PPAP pateikimas apima: matmeninius išdėstymo ataskaitus (koordinatinio matavimo mašinos – CMM – duomenis apie visus brėžinyje nurodytus matmenis), medžiagų sertifikatus, procesų gebėjimo tyrimus (CPK duomenis apie kritines charakteristikas) ir akredituotos laboratorijos veiklos sritį.

Matmeninė inspekcija – koordinatinės matavimo mašinos (CMM) ir proceso metu atliekami matavimai

Koordinatinės matavimo mašinos (CMM) yra aukščiausios kokybės standartas lankstytų detalių matmeninei patikrai. CMM įrenginys skaito detalės paviršių šimtuose programuotų taškuose ir palygina išmatuotus koordinates su 3D CAD modeliu. Automobilių lankstymo srityje CMM inspekcija turi tris skirtingus tikslus:

• Pirmojo gaminio patikrinimas (FAI): Pilnas pirmųjų detalių iš naujos arba modifikuotos šabloninės formos matmenų patikrinimas. Išmatuojami ir įrašomi visi brėžinyje nurodyti matmenys. Pirmosios dalies patikrinimas (FAI) yra privalomas PPAP pristatymo dokumentas.
• Gamybos metu atliekami imčiavimai: Periodiniai matmenų tikrinimai gamybos metu – paprastai kas 2–4 valandas – siekiant aptikti technologinio proceso nuokrypį dar prieš tai, kai jis pradėtų gaminti neatitinkančias reikalavimų detales
• Šabloninės formos ausėjimo stebėjimas: Matmenų pokyčių stebėjimas per visą šabloninės formos tarnavimo laiką, kad būtų galima prognozuoti, kada šabloninės formos komponentams reikės keisti arba aptaisyti

Pramonės nuorodos vertė: Šiuolaikinės koordinatinės matavimo sistemos (CMM) pasiekia tūrinę tikslumą 1,5 + L/350 μm (kur L – išmatuotas ilgis milimetrais). Tipiško lankstytos detalės matmenims, lygiems 200 mm, tai atitinka maždaug 2,1 μm matavimo neapibrėžtumą – gerokai mažesnį už tikslaus automobilių lankstymo detalių leistinąją nuokrypą.

SPC – statistinis procesų valdymas didelės apimties lankstymo gamyboje

SPC kokybės užtikrinimą perkėlia iš aptikimo („rasti defektinius komponentus“) į prevenciją („užkirsti kelią procesui gaminti defektinius komponentus“). Vietoje kiekvieno komponento matavimo arba remiantis galutinio produkto atrankos bandymais SPC stebi patį proceso elgesį naudodamas kontrolės diagramas ir gebėjimo indeksus.

Automobilių lakštų štampavime dažniausiai pranešamas gebėjimo indeksas yra CPK – procesų gebėjimo indeksas, kuris atsižvelgia tiek į proceso svyravimus, tiek į jo centruotumą lyginant su techninėmis specifikacijomis:

• CPK ≥ 1,33: Procesas yra tinkamas – tikėtinas defektų kiekis mažesnis nei 63 defektai vienam milijonui (ppm). Tai paprastai minimalus reikalavimas automobilių gamyboje.
• CPK ≥ 1,67: Procesas yra gerai centruotas ir stabilus – tikėtinas defektų kiekis mažesnis nei 0,6 ppm. Šis reikalavimas taikomas saugos kritinėms charakteristikoms.
• Cpk < 1,00: Procesas nėra tinkamas – defektų kiekis viršija 2 700 ppm. Reikia nedelsiant imtis taisomųjų veiksmų.

Štampavimo operacijai, kurioje per mėnesį gaminama 100 000 detalių, CPK 1,00 ir CPK 1,33 skirtumas sudaro maždaug 257 potencialiai defektines detalės per mėnesį, kurios arba aptinkamos (kontrolės kaštai), arba išsiunčiamos (kokybės rizika).

Statistinio proceso valdymo (SPC) įdiegimas paprastai susijęs su 3–8 kokybės požymių (CTQ), kurie yra kritiniai kiekvienai detalei – tai matmenys, tiesiogiai veikiantys montavimą, funkcionalumą arba tolesnį surinkimą. Išsamiau apie tolerancijų strategiją žr. kodėl gamybos nuokrypių ribos turėtų būti nustatomos kuo anksčiau .

Netikrinamieji bandymai ir funkciniai bandymai – už matmenų ribų

Matmeninė atitiktis yra būtina, tačiau nepakankama. Saugumui kritinės štampuotos konstrukcijos – ypač suvirintos rėminės konstrukcijos, pakabos komponentai ir sėdynių konstrukcijos – reikalauja netikrinamųjų bandymų (NDT), kad būtų patikrinta vidinė vientisumas:

• Ultragarso bandymas (UT): Aptinka vidinius suvirinimo defektus – poras, nevisišką suvirinimą, įtrūkimus – analizuojant aukšto dažnio garso bangų atspindžius. Naudojama konstrukcinėse suvirinimo siūlėse šasis surinkimuose.
• Magnetinė dalelių apžiūra (MDA): Atskleidžia paviršiaus ir arti paviršiaus esančias įtrūkio vietas feromagnetinėse medžiagose. Taikoma štampuotų заготовkių kraštams, suformuotiems kampams ir suvirintų jungčių šilumos poveikio zonoms.
• Dye Penetrant Inspection (DPI): Aptinka paviršiaus defektus neferomagnetinėse medžiagose (aliuminyje, nerūdijančiame plienoje). Naudojama aliuminio štampuotoms detalėms ir estetinėms A klasės paviršiams.

Statiniai ir dinaminiai bandymai užbaigia kokybės vaizdą. Statiniai bandymai patvirtina medžiagos savybes (tempimo stiprumą, kietumą, cheminę sudėtį) žaliavų pavyzdžiuose ir baigtose detalėse. Dinaminis testavimas patvirtina funkcinį našumą ciklinės apkrovos sąlygomis, atsakydama į klausimą, kurio negali atsakyti tik matmeniniai duomenys: „Ar detalė atliks savo numatytą funkciją visą transporto priemonės eksploatacijos laikotarpį?“

Praktinėms rekomendacijoms, kaip projektuoti detales, kurios būtų natūraliai lengviau tikrinti, žr. kas daro sukonstruotą detalę lengvai patikrinamą .

Išsamiems mūsų kokybės sistemos aprašymams apsilankykite mūsų IATF 16949 kokybės užtikrinimas puslapyje.

Šablonų inžinerija: CAE modeliavimas prieš metalo apdirbimą

Brangiausia klaida štampuojant – formavimo problemos aptikimas po kai šablonas jau apdirbtas. Tradicinis šablonų kūrimo procesas – projektavimas, apdirbimas, bandymai, problemų nustatymas, perdarymas, pakartotiniai bandymai – gali užtrukti savaites ir reikalauti didelių biudžetinių išteklių dėl kartotinių perdarymų ciklų. Šiuolaikiškas požiūris šį seką apverčia: viskas modeliuojama dar prieš pradedant apdirbti.

Kodėl šablonų inžinerija vyksta dar prieš pirmąjį apdirbimą

CAE (kompiuteriu paremta inžinerija) formavimo modeliavimas tapo standartine automobilių štampavimo šablonų kūrimo pradine stadija dėl paprastos ekonominės priežasties: klaidos taisymo kaina modeliavime yra beveik nulinė; tuo tarpu klaidos taisymo kaina užkietintoje įrankių plieno medžiagoje kiekvieno ciklo metu siekia savaitės prastovos laiko ir reikšmingų perdarymo sąnaudų.

Modeliavimo darbo eiga paprastai susideda iš trijų etapų: (1) Formavimo galimybės analizė – ar šio detalės geometriją įmanoma suformuoti iš nurodytos medžiagos be įtrūkimų ar raukšlių? (2) Atsitraukimo prognozavimas – po formavimo ir nuoloadavimo, kiek detalė elastingai atsistatys ir kokios atvirkštinės kompensacijos turi būti taikytos šablonų paviršiams? (3) Procesų optimizavimas – ar galima modifikuoti iškirptos detalės kontūrą, kad pagerintų medžiagos naudojimą? Ar galima pritaikyti traukos juostų išdėstymą, kad subalansuotų medžiagos tekėjimą?

Rezultatas – techninės apžvalgos (TR) ataskaita – paprastai 40–60 psl. ilgio dokumentas, apimanantis deformuojamumą, elastingą atstatymą, iškirptos detalės kūrimą ir technologinius rekomendacijų – kurį inžinerijos komanda peržiūri prieš patvirtindama šablonų gamybą.

Ką iš tikrųjų suteikia CAE modeliavimas

Grįžtant prie B-stulpelio stiprinimo pavyzdžio: CAE modeliavimas nustatė tikslias vietas kur įvyktų įtrūkimai ir raušlėjimai, nustatė atšokimo kampus kiekviename kritiniame pjūvyje ir pateikė konkrečius taisomuosius veiksmus, kurie išsprendė visas tris problemas vienu kartu. CAE modeliavimo tikslumas – atšokimo kampų prognozės, nukrypstančios ne daugiau kaip 0,2 laipsnio nuo išmatuotų verčių, – ir yra tai, kas paverčia CAE patikimu inžineriniu įrankiu, o ne tik vizualizacijos triukais.

Priekinio pakabos rėmo atveju CAE modeliavimas buvo atliktas visoms septynioms štampuojamoms detalėms dar prieš užsakant bet kokį štampo kalibravimo įrankių metalą. Visos septynios štampo kalibravimo įrankių sistemos išlaikė pirmosios partijos matmeninę patikrą – rezultatas, kuris be modeliavimu grindžiamos štampo kalibravimo įrankių projektavimo būtų statistiškai mažai tikėtinas. Daugiau informacijos apie konstrukcijos supaprastinimą žr. kaip supaprastinti sudėtingas metalinių detalių struktūras .

Nuo vieno štampo kalibravimo įrankio prototipo iki progresyvaus štampo kalibravimo įrankio gamybos

Viena mažiausiai naudojamų strategijų štampavimo šablonų inžinerijoje yra sekos šablonų kelias: formavimo proceso patvirtinimas nebrangiais vieno šablono šablonais, o vėliau patvirtintų proceso duomenų – formavimo jėgų, medžiagos srauto modelių, atšokimo matavimų – panaudojimas viso progresyvaus arba perkeliamojo šablono rinkiniui suprojektuoti.

Šis požiūris ypač naudingas, kai detalės projektavimas dar nėra galutinis, metinis gamybos apimčių didėjimas vyksta palaipsniui arba medžiagos elgsena dar nėra visiškai charakterizuota. Pagrindinis veiksnys – duomenų nuolatinumas: formavimo parametrai, atšokimo matavimai ir pjovimo linijų kūrimas, gauti vieno šablono etape, neatsisakoma perkeliama į gamybos šablonus – jie tampa progresyvaus arba perkeliamojo šablono projektavimo inžinerine pagrindu. Apie šablonų projektavimo ir gamybos galimybes sužinokite mūsų automobilių štampavimo šablonų gamyba puslapyje.

„Simuliavimo ir įrankių kūrimo atgalinio ryšio kilpa skiria inžinerijos pagrindu kuriamą šablonų kūrimą nuo bandymų ir klaidų metodo. Kai vieno šablono duomenys tiesiogiai perduodami į progresyvaus šablono projektavimą, pašalinamas mokymosi laikotarpis – taip pat ir visų naujų programų perkūrimo biudžetas.“

Dažniausiai užduodami klausimai

Kas yra automobilių metalo štampavimas?

Automobilių metalo štampavimas yra šaltosios formavimo gamybos procesas, kuriuo plokščiasis metalo lakštas transformuojamas į trimatės formos automobilio komponentus naudojant štampavimo presą ir specialiai sukurtus įrankius (štampavimo šablonus). Šis procesas apima kelias operacijas – išpjovimą, skverbimą, lenkimą, traukimą, krašto formavimą ir monetinį spaudimą, kurios atliekamos seka, kad būtų pagaminti detalės – nuo mažų tvirtinimo elementų iki didelių rėminės konstrukcijos dalinių. Tai dominuojantis metalo formavimo metodas automobilių gamyboje dėl jo greičio, pakartojamumo ir medžiagų naudojimo efektyvumo masinėje gamyboje.

Kokie yra skirtingi štampavimo procesai, naudojami automobilių gamyboje?

Trys pagrindiniai štampavimo procesai yra progresyvinis šablonas (su ritės tiekimu, keliomis stotimis viename šablonų rinkinyje, geriausiai tinka didelio apyvartumo mažiems ir vidutinio dydžio detalių gamybai), perdavimo įrenginys (atskiriems stotims su robotizuotu detalių perkėlimu, geriausiai tinka didelėms konstrukcinėms detalėms vidutinio ar aukšto apyvartumo gamybai), ir vieno šablono (viena operacija per spaustuvės įspaudą, geriausiai tinka mažo apyvartumo, pernelyg didelėms detalėms ir prototipams). Kiekvienas procesas optimizuotas skirtingai, atsižvelgiant į detalės dydį, metinį apyvartumą ir įrankių investicijas.

Paeiliui veikiantys šablonai prieš perkėlimo šablonus – kuris iš jų geriau tinka automobilių detalėms?

Nė vienas iš šių procesų nėra visuotinai geresnis – pasirinkimas priklauso nuo detalės. Paeiliui veikiantys šablonai užtikrina aukščiausius gamybos našumo rodiklius (25–40 ciklų per minutę) ir tiksliausius leistinus nuokrypius (+–0,05 mm) detalėms, kurios telpa į juostos plokštelės plotį (paprastai mažiau nei 600 mm). Perduodamieji šablonai skirti detalėms, kurios per didelės pjuostiniam įrankiui – pvz., rėmams, skersinėms sijoms, valdymo rankenoms – ir suteikia lankstumo nepriklausomai palaikyti ar keisti atskiras stoties šablonų dalis. Gamintojas, siūlantis abu procesus, gali kiekvienai detalei pasirinkti optimalų gamybos būdą, o ne priversti visų detalių gaminti vienu ir tuo pačiu procesu.

Kokios medžiagos dažniausiai naudojamos automobilių štampavime?

Automobilių štampavimo procesai apima įvairių medžiagų apdorojimą – nuo žemo anglies turinčio plieno (DC01–DC06 klasės) bendrosioms atramoms ir korpusams iki pažangaus aukštos stiprumo plieno (DP600/DP800, QP980, MS1500, TRIP plienai) konstrukcinėms ir saugos detalėms. Karštai formuojamas boras turintis plienas (22MnB5) naudojamas keleivių kabinos saugos detalėms. Cinkuoti plienai (GI, GA dengiamieji sluoksniai) užtikrina korozijos apsaugą karoserijos plokštumoms. Aliuminio lydiniai (5000 ir 6000 serijos) vis dažniau naudojami elektromobilių lengvinimui. Visapusiško aptarnavimo štampavimo tiekėjas paprastai turi galimybę apdoroti daugiau nei 50 medžiagų rūšių.

Kokius tikslumo nuokrypius gali pasiekti automobilių metalo štampavimas?

Tipiniai automobilių štampavimo detalių matmenų nuokrypiai svyruoja nuo +–0,05 mm progresyviems štampavimo šablonams (mažos atramos, jungtys) iki +–0,15 mm vienam šablonui (dideli skydeliai, storesnės konstrukcinės detalės). Perduodamosios štampavimo formos detalės paprastai turi nuokrypį ±0,10 mm. Šios vertės grindžiamos tinkama štampavimo formos būkle, nuolatinėmis medžiagos savybėmis ir stabiliais preso parametrais. Tikslesni nuokrypiai įmanomi, tačiau jie padidina įrankių gamybos sąnaudas ir reikalavimus procesui kontroliuoti.

Kaip pasirinkti metalo štampavimo tiekėją automobilių dėlėms?

Įvertinkite potencialius tiekėjus penkiomis kryptimis: (1) Technologijų spektras – ar jie gali siūlyti progresyviąją, perduodamąją ir vieną štampavimo formą, kad kiekvienai detalei būtų pasirinkta optimaliausia gamybos technologija? (2) Inžinerinės galimybės – ar jie atlieka CAE deformavimo modeliavimą savo patalpose? (3) Kokybės užtikrinimo infrastruktūra – ar jie turi IATF 16949 sertifikatą ir vykdo visą tikrinimų grandinę (koordinatiniai matavimo įrenginiai (CMM), statistinis proceso valdymas (SPC), netiesioginės kontrolės metodai (NDT), funkciniai bandymai)? (4) Gamybos apimčių mastelio padidinimo galimybės – Ar jie gali palaikyti jūsų programą nuo maketo iki serijinės gamybos? (5) Medžiagų apimtis – Ar jie turi dokumentais patvirtintos patirties su konkrečiomis medžiagų rūšimis, kurios reikalingos jūsų detalėms? Tie tiekėjai, kurie gali atsakyti į visus penkis klausimus remdamiesi duomenimis – o ne tik pažadais, – yra pasiruošę palaikyti automobilių gamybos programas. Daugiau informacijos apie Shaoyi konkretų gebėjimų žr. mūsų individualūs automobilių štampavimo darbai apžvalgą.