Štampavimo automobilių strukcinės stiprinės: Inžinerijos vadenis

TRUMPAI

Automobilių konstrukcinių elementų štampavimas yra aukštą riziką kelianti gamybos sritis, kurioje reikia subalansuoti du priešingus veiksnius: maksimalų saugumą susidūrimo atveju ir minimalų transporto priemonės svorį (lengvinimas). Saugos kritiniams komponentams, tokiems kaip A stulpeliai ir durelių žiedai, pramonės standartas pasislinko link Karštas štampavimas (spaudžiamasis kietinimas) boro plienų Šaltinio dėmimo vis dar turi didelę reikšmę aliumininėms EV baterijų korpusems ir mažiau sudėtingoms geometrijoms, kur svarbiausias veiksnys yra sąnaudų efektyvumas. Sėkmė šioje srityje reikalauja pažangių medžiagų taikymo, tikslaus tolerancijų valdymo bei tinkamo presų apkrovos parinkimo masinei gamybai.

Inžinerinė problema: kodėl struktūriniai stiprinimai yra unikalūs

Automobilių korpuso (BIW) kontekste struktūriniai stiprinimai yra kaip karkasas, apsaugantis keleivius susidūrimo metu. Skirtingai nei dekoratyvinės kūno plokštės (odą), šios detalės – tokios kaip A stulpeliai, B stulpeliai, slenksčiai, stogo bėgeliai ir skersiniai jungtys – turi sugerti ir nukreipti didžiulę kinetinę energiją. Pagrindinė inžinerinė problema yra „palengvinimo reikalavimas“. Kuo griežtesni išmetamų teršalų reikalavimai ir elektromobilių (EV) poreikis maksimaliai padidinti nuvažiuojamą atstumą, inžinieriai negali tiesiog pridėti storesnio plieno, kad padidintų saugumą.

Vietoj to, pramonė remiasi Aukštos stiprybės plienai (AHSS) ir aliuminio lydiniais. Jei standartinis plienas paprastai pasižymi takumo riba apie 200 MPa, šiuolaikinis presuotas plienas, naudojamas stiprinimuose, gali viršyti 1 500 MPa (apytiksliai 217 ksi). Tai leidžia naudoti plonesnes skardos rūšis, kurios sveria mažiau, išlaikant ar net gerinant konstrukcinį vientisumą.

Tačiau šių aukštos kokybės medžiagų kalibravimas sukelia reikšmingus gamybos sunkumus. Pagrindinis priešas, kalibruojant aukštos stiprybės medžiagas šaltai, yra grįžtis —tendencija metalo grįžti į pradinę formą po to, kai formavimo jėga yra pašalinta. Dėl to pasiekti tikslų tarpą sudėtingose geometrijose yra itin sunku, dažnai reikia naudoti sudėtingą simuliacinę programinę įrangą ir servo presų technologiją kompensavimui.

Procesų palyginimas: karštas kalibravimas (spaudimo kietinimas) ir šaltas kalibravimas

Pasirinkimas tarp karšto ir šalto kalibravimo yra pagrindinis procesinis sprendimas konstrukciniams stiprinimams. Kiekvienas metodas turi skirtingą mechaniką, kaštus ir medžiagų pasekmes.

Karštas štampavimas (spaudžiamasis kietinimas)

Karštas kalibravimas, arba spaudimo kietinimas, yra dominuojantis metodas saugos kritiniams narvelio komponentams. Procesas apima borinio plieno ruošinių kaitinimą iki maždaug 900°C (1,650°F) kol jie pasiekia austenitinę būseną. Raudonai įkaitęs ruošinys tuomet greitai perkeliamas į vandeniu aušinamą formą, kur jis tuo pačiu metu formuojamas ir kietinamas.

Šis rapidiškai chillantis procesas transformuje šelkų mikrostruktūrą iz austenita į martensitą, fiksuoja geometriją ir pilnīgai eliminuoja springback efektą. Sphrindžiant į industrijos dādymus, šis procesas gali paaugstināt Boron šelka stiepimo izturību no sākotnē 50 ksi į vairāk nei 200 ksi (apt. 1,380 MPa). To dlē karš štampavimas produkuoja kritiškai svarkus saugumo detales kā durų stiprinājumi un paraštoka starpība, kuriās ir ļoti stipras un precīzi dimensijas.

Šaltinio dėmimo

Aukšts štampavimas įvyksta kambario temperatūrā ir balansuje į materiāla plastikumą. Nors tai ātriau ir energetikai efektīvāk (nereikala īsildīt), tas sasklāda ar ierobežojumais ultra augštos izturībos materiālams dēl darba cietinīmās un springback. Tomēr progresīvā servo preses tehnologijā—kura ļauj precīzai regulēšanai suņa ātrumā un spiediena—ir paplašnījusi aukšta štampavima spējas. Tai paliek iepriekš izvēlēta metode alumīniuma komponentams un strukturinām dālām ar vienkāršākām geometrijām vai zemākām izturībos prasībām.

Materialo mokslas: AHSS, borinis plienas ir aliuminis

Stabdytos tvirtinimo priemonės veikimas priklauso nuo jos medžiagos. Automobilių pramonė gerokai viršijo paprastą švelnį plieną.

Boro plienas (22MnB5)

Borinio plieno yra karštojo spausdinimo pagrindas. Priedas boras žymiai padidina kietumą. Pradžioje jis yra gana minkštas ir formavimas yra lengvas, tačiau po spaudimo atšiauriojimo jis tampa itin kietas. Šis dualus pobūdis leidžia sukurti sudėtingas formas, kurios užkietėja į tvirtas saugos konstrukcijas.

Aluminiumo lydiniai (5xxx ir 6xxx serijos)

Dėl elektromobilių augimo, aliuminis tampa vis populiaresnis kaip baterijų korpusai ir šokiniai bokštai, kurie padengia sunkias baterijas. Metalo spausdinimas atlieka svarbų vaidmenį gaminant elektromobilius formuojant šias lengvas lydines. Tačiau aliuminis yra linkęs į krakimą ir sulaužymą, todėl jam reikia specialių tepamųjų medžiagų ir dažnai daug žingsnių, palyginti su plienu.

Galvanizuota plieno medžiaga

Jeigu konstrukcijos dalys, esančios po automobilio korpuso, yra veikiamos kelių druskos ir drėgmės, atsparumas korozijai yra nepriskirtinas. Galvinuotas plienas, kurio paviršius padengtas cinku, plačiai naudojamas šasijos komponentams ir bėgiams. Galvinuotos medžiagos spausdinimas reikalauja kruopščiai prižiūrėti, nes cinko dangtis gali išklysti ir susikaupti ant įrankių, o tai turi įtakos dalimų kokybei.

Tarpinio etapo įveikimas: nuo prototipavimo iki masinės gamybos

Rinkdamiesi konstrukcinių stiprintuvų spausdinimo partnerį reikia ne tik rasti mažiausią detalės kainą, bet ir rasti tiekėją, kuris galėtų atlikti visą produkto gyvavimo ciklą. Automobilių programos paprastai pereina nuo greito prototipo kūrimo iki mažo kiekio patvirtinimo ir galiausiai iki didelio masto gamybos. Fragmentuota tiekimo grandinė, kurioje prototipai gaminami vienoje parduotuvėje, o gamybos dalys - kitoje, gali sukelti kritines "vertimo klaidas" įrankių projektavime ir tolerancijos realizacijoje.

Idealiu atveju OEM ar 1 lygio tiekėjas turėtų bendradarbiauti su partneriu, kuris galėtų lengvai padidinti savo veiklą. Pagrindiniai pajėgumai apima platų spaudų talpyklos dydžių spektrą (pvz., nuo 100 iki 600 tonų), skirtą skirtingiems dalelių dydžiams ir medžiagų matmenims, taip pat įmonėje esančią įrankių gamybos patirtį, skirtą pereiti nuo minkšto įrankių gamybos prie progresyvios kietos matmenų

Gamintojai, siekiantys tokio lygio integracijos, Shaoyi Metal Technology yra būtinos kompetencijos pavyzdys. Patvirtinta IATF 16949:2016 standartų, jie perpildo atotrūkį tarp inžinerijos patvirtinimo ir masinės gamybos. Jų pajėgumai svyruoja nuo 50 prototipo gaminimo per penkias dienas iki milijonų kritinių komponentų, tokių kaip valdymo rankos ir subramai, gaminimo kasmet. Naudodamiesi iki 600 tonų spaudimo pajėgumais ir siūlydami išsamius antrinius procesus, tokius kaip suvirinimas ir elektroniniai danginiai, jie suteikia paprastą sprendimą sudėtingoms automobilių konstrukcijos poreikiams.

Svarbios naudojimo sritys: pagrindiniai struktūriniai komponentai

Įvairioms transporto priemonės vietoms reikia skirtingos spausdinimo strategijos, pagrįstos krovinio keliu ir avarijos scenarijais.

• Saugumo narve (pylės ir durų žiedai): A ir B stulpai yra pagrindinės vertikalios rėmės, kurios apsaugo nuo stogo suspaudimo apverčiant. Šiuolaikinėje gamyboje dažnai naudojamos "lazeriniu būdu suvirintos plokštės" (išskyrus plokštes, kurios prieš spausdinimą yra skirtingo storumo), kad būtų sukurtas vienas B stulpelis, kuris viršūnėje yra storas (tvirtumas) ir plonesnis apačioje (deformacijos režimai).
• EV baterijų korpusai: Akumuliatorių talpykla yra svarbiausias elektromobilių konstrukcinis elementas. Jis turi apsaugoti baterijų modulius nuo kelių nuolaužų ir šoninio smūgio. Tai paprastai dideli, sekliai traukiami komponentai, dažnai išstrigo iš stipriai ištvermės aliuminio, kad būtų sumažintas svoris. Čia būtina būti tiksliam; uždarymo paviršius turi būti visiškai plokštas, kad į jį nepatektų vanduo.
• NVH mažinimo komponentai: Ne visos konstrukcinės detalės skirtos avarijų saugai. Skliaustai ir skersinės atramos dažnai naudojami šasi standumui didinti, kad būtų sumažintas triukšmas, vibracija ir kietumas (NVH). Tikslios lyginimo technologijos gamina NVH mažinimo sklampus kurie slopina kelio keliamą triukšmą, prisidedant prie aukštos klasės automobilio salonui būdingo jausmo.

Išvada: Daugiakomponentė ateitis

Lyginimo automobilių konstrukcinių sustiprinimų ateitis yra „tinkama medžiaga tinkamoje vietoje“. Mes judame nuo vientisų plieninių korpusų link daugiakomponentėms hibridams, kur karščiu formuoti borų plieniniai stulpeliai sujungiami su aliuminio smūgio bokštais ir kompozitiniais stogo laikikliais. Inžinieriams ir pirkimų komandoms tai reiškia, kad pajėgios lyginimo partnerės apibrėžtis keičiasi. Dabar neužtenka tik lankstyti plieną; gebėjimas modeliuoti, formuoti ir sujungti įvairias aukštos našumo medžiagas tapo nauju struktūrinės gamybos puikumo orientyru.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kokie yra pagrindiniai karščio lyginimo privalumai palyginti su šaltuoju lyginimu?

Karštas embosavimas (spaudimo kietinimas) beveik visiškai pašalina atsitraukimą, kuris yra pagrindinė problema šaltam aukštos stiprybės plieno embosavimui. Tai leidžia kurti sudėtingas geometrines formas, kurių tempimo stipris viršija 1500 MPa, todėl tai idealu saugos kritiniams komponentams, tokiems kaip B-stulpeliai ir durų žiedai, kur reikalingas tikslus matmenų tikslumas ir maksimalus stipris.

2. Kaip elektrinių transporto priemonių populiarėjimas veikia automobilių embosavimą?

Elektrinėms transporto priemonėms reikia didelio lengvinimo, kad būtų kompensuota sunkių akumuliatorių masė, todėl konstrukciniams elementams, tokiems kaip akumuliatorių dėžės ir pakabiniai rėmai, vis dažniau naudojamas aliuminio embosavimas. Be to, EV architektūros reikalauja naujų tipų sustiprinimų, kad apsaugotų akumuliatorių bloką šoninių susidūrimų metu, todėl atsiranda didesni, labiau integruoti embosuoti komponentai.

3. Koks IATF 16949 sertifikato vaidmuo embosavime?

IATF 16949 yra globalus techninis standartas, taikomas kokybės valdymo sistemoms automobilių pramonėje. Kalendoriniam tiekėjui ši sertifikacija rodo, kad jis turi griežtus procesus defektų prevencijai, tiekimo grandinės kaitos mažinimui ir nuolatiniam tobulėjimui, kas yra privaloma tiekiant saugumui kritiškus konstrukcinius komponentus OEM gamintojams.