TRUMPAI

Tiksliai automobilių dalių spausdinimo talpos apskaičiavimas metalo spausdinimo ir švirkšto formos metodas reikalauja atskirų metodų, o šiuolaikinių medžiagų atveju - kritinio įspėjimo. Metalo spausdinimo atveju pagrindinė formulė yra Tonų skaičius = Perimetras × Storumas × Kirpimo stipris - Ne. Tačiau standartiniai skaičiavimai pavojingai nepavyksta atlikti su pažangiu aukšto stiprumo plienu (AHSS), kai didesnis tempimo stiprumas ir darbo kietumas gali padidinėti reikiamą jėgą 3×5 kartų, palyginti su švelniu plienu.

Įpurškimo liejimo atveju pagrindinė formulė yra Stabdžių jėga = numatoma plotas × stabdžių koeficientas (paprastai 25 tonos/in2 priklausomai nuo sienos storumos). Inžinerijos komandos turi patikrinti ne tik didžiausią talpą, bet ir spaudos energijos talpa (skraidymo rato energija), kad būtų išvengta stabdymo atliekant gilios traukos operacijas. Prieš užbaigdami statybos projektą, visada patvirtinkite skaičiavimus su galutiniais elementais (FEA).

AHSS paradigmos pokytis: kodėl senosios formulės žlunga

Automobilių sektoriuje pereinant nuo mažai anglies turinčio plieno prie pažangaus aukštos stiprybės plieno (AHSS), 1980-ųjų metų „pirštine“ skaičiavimo taisyklės tapo pasenusios. Tuo tarpu, kai tradicinės taisyklės (pvz., ilgis × storis × konstanta) veikė universaliems laikikliams, jos sukelia didelę saugumo riziką šiuolaikiniams automobilių konstrukciniams komponentams, tokiems kaip B stulpeliai ar rėmo stiprinimai.

AHSS rūšys, tokios kaip dvifazis (DP) ir trečios kartos plienai, dabar reguliariai viršija temptinį stiprumą 1180 MPa. Tai sukelia „daugiklio efektą“, kai pjovimo ar formavimo jėga nesauga tiesiogiai proporcingai. AHSS Guidelines įspėja, kad įprasti prognozavimai dažnai nepakankamai įvertina reikiamą tonąžą, dėl ko gali atsirasti presų sustojimai ar katastrofiški rėmo pažeidimai.

Be to, inžinieriai privalo atsižvelgti į Plastiškas grūdinimas . Skirtingai mažai legiruotam plienui, kurio elgsena yra santykinai pastovi, AHSS žymiai sustiprėja deformuojant. Medžiaga, kurios takumo riba pradžioje yra 980 MPa, formavimo metu gali padidėti daugiau nei 100 MPa. Todėl presas, parinktas tik pagal medžiagos pradines savybes, dažnai neturės reikiamos energijos kreivės, kad užbaigtų ėjimą, net jei jo vardiniame maksimaliame tonože atrodo pakankamas.

1 dalis: Metalo štampavimo tonožos skaičiavimai

Automobilių konstrukciniams detalėms tikslus tonožos skaičiavimas prasideda nuo pjovimo ir tempimo suirimų fizikos. Skaičiavimas skiriasi priklausomai nuo to, ar tai pjovimo (blankingo/piercingo) operacija, ar formavimo (traukimo/lankstymo).

Pagrindinė formulė: Blankingas ir Piercingas

Pagrindinė formulė, skirta apskaičiuoti jėgą, reikalingą išpjauti lakštą, yra:

T = L × t × Ss

• T = Tonoža (reikalinga jėga)
• L = Iš viso pjūvio ilgis (perimetras)
• t = Medžiagos storis
• SS = Medžiagos kirpimo stipris

Svarbus medžiagos pataisymas Standartiniam minkštam plienui, kirpimo stipris dažnai apskaičiuojamas kaip 80 % nuo temptinio stiprio. Tačiau aukštos stiprybės automobilių lydiniais reikia pasitarti su gamyklos sertifikatu. Naudojant bendrą konstantą šiuo atveju yra labiausiai paplitusi priežastis, kodėl presai parenkami per maži.

Korekcija dėl ištraukimo ir saugos

Kirpimo jėga yra tik dalis lygties. Prie jos būtina pridėti Ištraukimo jėgą — jėgą, reikalingą ištraukti įrankį iš medžiagos, kuri stipriai laikosi dėl tamprumo. Aukštos stiprybės plienams (AHSS) ištraukimo jėga gali pasiekti 20 % kirpimo jėgos. Todėl bendra reikalinga tonų galia ($T_{total}$) paprastai turėtų būti apskaičiuota taip:

$T_{total} = T_{cutting} \times 1.20$ (saugos ir ištraukimo faktorius)

Praktinis taikymas gamyboje

Kai pereinama nuo teorinių skaičiavimų prie fizinės gamybos, įrangos galimybės tampa ribojančiu veiksniu. Gamintojams, siekiantiems pereiti nuo greito prototipavimo prie masinės gamybos, labai svarbu pasirinkti partnerį, turintį įvairias presų talpas. Tokios įmonės kaip Shaoyi Metal Technology naudojami iki 600 tonų spaudai, kad atitiktų automobilių valdymo svirtų ir rėmų didelius jėgos reikalavimus, užtikrinant, kad teoriniai skaičiavimai atitiktų IATF 16949 sertifikuotą vykdymą.

2 dalis: Injekcinio formavimo spaudo galia

Nors metalo štampavimas dominuoja kalbant apie šasi, didelė dalis „automobilių dalių“ reiškia vidaus ir estetines komponentes, gaminamas injekciniu formavimu. Čia svarbiausias rodiklis yra spaudo galia – jėga, reikalinga palaikyti formą uždarytą priešinantis injekcijos slėgiui.

Projektuojamosios ploto formulė

Pramonės standartinė formulė spaudo jėgai apskaičiuoti yra:

F = A × CF

• F = Spaudo jėga (tonomis)
• A = Bendras projektuojamasis plotas (įskaitant kanalus)
• CF = Spaudo faktorius (tonos kvadratiniam coliams/cm)

Automobilių specifika: plonos sienelės ir didelis srautas

Standartinėse vartotojo plastikinėse detalėse spaustuvų faktorius gali būti 2–3 tonos kvadratiniame colyje. Tačiau automobilių detales, tokius kaip bamperiai ar plonasienės prietaisų skydelio dalys, paprastai reikia didesnio įpurškimo slėgio, kad užpildytų ertmę prieš užšąlant medžiagai. RJG Inc. pastebi, kad šioms reikalaujančioms aplikacijoms spaustuvų faktorių dažnai reikia padidinti iki 3–5 tonų kvadratiniame colyje . Be to, siekiant išvengti perpildymo (flash) ir užtikrinti, kad presas veiktų stabilioje zonoje, o ne absoliučiose ribose, reikėtų pridėti 10 % saugos margą.

Išplėstinis matmenų nustatymas: energija vs. maksimali tonų krovinių apkrova

Dažna klaida renkantis automobilių pramonės presą yra painiojamas Tonnage Rating su Energijos talpa . 500 tonų presas gali sukurti 500 tonų jėgą tik labai arti eigos apačios (Bottom Dead Center). Jei jūsų automobilių detalė reikalauja gilio brėžimo (pvz., 4 colių gilumo alyvos baseino), formavimas prasideda keleriuose colyje virš apačios.

Šiame aukštyje preso mechaninė pranaša yra žemesnė, o prieinamas tonasžas žymiai „sumažinamas“. Dar svarbiau tai, kad gilusis traškymas sunaudoja milžinišką kiekį energijos iš skriemulio. Jei reikalinga energija, kad būtų galima perkelti metalą, viršija skriemulyje sukauptą kinetinę energiją, presas sustos, nepaisant jo tonožos vertinimo. Gaminantis įmonė pabrėžia, kad ignoruojant „Tonos kreivę“, automobilių štampavime dažniausiai perdega varikliai ir sugenda sankabos.

Atvirkštinės tonos pavojus

Aukštos įtampos kirpimo operacijos akimirksniu išleidžia milžinišką energiją, kai medžiaga suyra. Tai sukuria „atvirkštinę toną“ (arba staigų perėjimą), siųsdama smūgio bangas atgal per preso konstrukciją. Nors standartiniai presai toleruoja atvirkštines apkrovas apie 10 % talpos, pjovimas AHSS gali generuoti atvirkštines apkrovas, viršijančias 20 %. Šios kartotinės smūgio apkrovos nuolat pažeidžia presų rėmus ir sunaikina jautrią elektroniką. Šio pavojaus mažinimui dažnai reikalingi hidrauliniai slopintuvai arba specialūs servopresai.

Modeliavimo (AutoForm/FEA) vaidmuo

Atsižvelgiant į darbo kietėjimą, trinties koeficientus ir sudėtingas geometrijas, rankinius skaičiavimus reikėtų laikyti apytiksliais įvertinimais, o ne galutinėmis specifikacijomis. Pagrindiniai automobilių tiekėjai dabar privalo naudoti baigtinių elementų analizės (FEA) programinę įrangą, pvz., AutoForm, norėdami galutinai parinkti presą.

Modeliavimas suteikia suvokimą, kurio formulės nepateikia, pvz.:

• Aktyvios spaudos jėgos: Kintamoji jėga, reikalinga laikyti lakštą vietoje traukimo metu.
• Vietiniai kietėjimo žemėlapiai: Tiksli materialo takumo stiprumo šuolių vizualizacija formuojant.
• Trinties pokyčiai: Kaip tepalo susidėvėjimas veikia tonų poreikius judesio viduryje.

Pagal Lakštinio lydinio modeliavimas , procesą skaitmeniškai patvirtinant, išvengiama neproporcingai didelių „įspaudų avarijų“ sąnaudų bandant fiziškai. Kainodaros tikslais visada naudokite imitacinių rezultatų viršutinę ribą, kad atsižvelgtumėte į medžiagos partijų skirtumus.

Inžinerinė vientisumas tonos kalkuliacijoje

Klaidos riba automobilių dalių presavimo tonų kalkuliacijoje išnyko. Aukštos stiprybės lydinių įvedimas reiškia, kad per mažo pajėgumo preso parinkimas jau nebe yra nedidelė efektyvumo problema – tai katastrofiška rizika įrangai ir saugumui. Inžinieriai turi atsisakyti nuo statinių formulių ir pereiti prie dinaminio medžiagų elgsenos, energijos kreivių ir imitacinio modeliavimo duomenų supratimo.

Griežtai atskirdami viršutinę apkrovą ir energijos talpą bei patikrindami rezultatus naudodami baigtinių elementų analizę (FEA), gamintojai gali apsaugoti savo turtą ir užtikrinti be defektų detalių pristatymą. Tokioje aukštų rizikų aplinkoje tikslumas nėra tik tikslas; tai vienintelis veiklos standartas.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kuo skiriasi hidraulinis ir mechaninis presas pagal jėgos pajėgumą?

Hidrauliniai presai gali sukurti visą nominaliąją jėgą bet kuriame ėjimo taške, todėl yra tinkami giliam ištraukimui, kai reikia jėgos jau nuo pradžių. Mechaniniai presai gali sukurti pilną jėgą tik arti ėjimo pabaigos (apatinis mirusysis centras) ir aukštesnėse pozicijose jų jėga ribojama skriejiklio energija.

2. Kaip medžiagos storis veikia jėgos pajėgumo apskaičiavimą?

Pajėgumas tiesiogiai proporcingas medžiagos storiui kirpimo operacijose. Padvigubinus storį, dvigubai padidėja reikalinga jėga. Tačiau lenkime ir formavime storio padidėjimas jėgą didina eksponentiškai, dažnai reikia koreguoti įspaudos angos plotį, kad būtų galima kontroliuoti apkrovą.

3. Kodėl preso jėgos pajėgumui reikalingas saugos margines?

Rekomenduojama užtikrinti 20% saugos ribą, kad būtų atsižvelgta į medžiagų skirtumus (pvz., storesnes molynų partijas), įrankių nuodavimą (nuodai, kurių atliekant nuodavimą reikia daugiau jėgos), ir kad būtų išvengta, kad spausdintuvas veiktų didžiausia galia, o tai pagreitintų rė