TL;DR

Automobiļu metāla štampēšanas defekti galvenokārt rodas no trim pamata cēloņiem: neoptimizētiem procesa parametriem (īpaši sagataves turētāja spēkam), instrumentu novecēšanai (sprauga un nodilums) vai materiāla nestabilitātei (īpaši augstas izturības zema leģējuma tēraudos). Šo problēmu risināšanai nepieciešams "Zelta trijstūra" pieeja: prediktīva simulācija, lai noteiktu atsperību un plaisas pirms tērauda griešanas, precīza matricu uzturēšana, lai novērstu uzlauzumus, un automatizēta optiskā pārbaude (AOI) kļūdu brīvai produkcijai. Šis ceļvedis sniedz praktiskus inženierijas risinājumus svarīgākajiem defektiem: plaisām, rievām, atsperībai un virsmas nepilnībām.

Automobiļu štampēšanas defektu klasifikācija

Augstas precizitātes automašīnu ražošanas pasaulē "defekts" nav tikai vizuāls trūkums; tas ir strukturāls sabrukums vai dimensiju novirze, kas apdraud transportlīdzekļa montāžu. Pirms pretvīrusa pasākumu piemērošanas inženieriem jākategorizē defektu mehānisms. Automobiļu štancēšanas defekti parasti iedalās trīs atšķirīgās klasēs, no kurām katram nepieciešams atšķirīgs diagnostikas pieeja.

• Formēšanas defekti: Tie rodas plastiskās deformācijas fāzē. Piemēri ietver šķelšanās (pārmērīga spriedze, izraisot lūzumu) un viegošana (spiedes nestabilitāte, izraisot izliekšanos). Parasti to nosaka materiāla plūsmas robežas un заглушки rozdielījums.
• Dimensiju defekti: Tie ir ģeometriskas novirzes no CAD modeļa. Visbriesmīgākais ir atsperošana , kur detaļas elastiskā atgriešanās maina tās formu pēc izņemšanas no veidņa. Tas ir galvenais izaicinājums, veidojot modernus augstas stiprības tēraļus (HSS) un alumīnija paneļus.
• Griešanas un virsmas defekti: Parasti šie ir instrumentu saistīti jautājumi. Uzceļumi rodas nepareizas griešanas spraugas vai noļodējušos asmeņu dēļ, savukārt virsma zemāka līmeņa vietas , materiāla pielipšanas , un atkritumu pazīmes ir triboloģiskas problēmas, ko izraisa berze, eļļošanas atteice vai netīrumi.

Precīza diagnostika novērš dārgu kļūdu — procesa problēmas (piemēram, rievu veidošanos) risināšanu ar instrumentu risinājumu (piemēram, pārapstrādi). Turpmākajās sadaļās tiek analizēta šo defektu fizikālā būtība un izklāstīti konkrēti inženierijas risinājumi.

Formēšanas defektu novēršana: plaisas un rievas

Formēšanas defekti bieži ir vienas monētas divas puses: materiāla plūsmas kontrole. Ja metāls pārāk viegli plūst iekavē, tas saburzās (veidojas rievas). Ja tā plūsma tiek pārāk cieši ierobežota, tas izstiepjas aiz savas izturības robežas (plaisas).

Rievu novēršana dziļā velmēšanā

Rievošanās ir kompresijas nestabilitātes parādība, kas bieži sastopama dziļi velmētu detaļu (piemēram, spārni vai eļļas pannas) flanču zonās. Tā rodas tad, ja loksnes metālam piemītošās kompresijas riņķa spriegums pārsniedz kritisko izliecības slodzi.

Inženierijas risinājumi:

• Optimizēt materiāla noturētāja spēku (BHF): Galvenais pretvirsmais pasākums ir palielināt spiedienu uz materiāla noturētāju. Tas ierobežo materiāla plūsmu un palielina rādiālo spriegumu, izlīdzinot kompresijas viļņus. Tomēr pārmērīgs BHF izraisīs plaisāšanu. Procesa inženieri bieži izmanto mainīgas materiāla noturētāja spēka profila iestatījumus, kas pielāgo spiedienu visā gaitā.
• Izmantot dziļvelēšanas ribas: Ja BHF palielināšana nav pietiekama, uzstādiet vai regulējiet dziļvelēšanas ribas. Tās mehāniski ierobežo materiāla plūsmu, neprasot pārmērīgu tonnāžu. Kvadrātveida vai pusapaļas ribas var precīzi iestatīt, lai nodrošinātu vietējo plūsmas pretestību konkrētās zonās, kas sliecīgas uz sabiezēšanu.
• Slāpekļa cilindri: Aizstājiet standarta atsperes ar slāpekļa gāzes atsperēm, lai nodrošinātu vienmērīgu un kontrolējamu spēka sadalījumu pa visu formu virsmu, novēršot vietējos spiediena kritumus, kas ļauj veidoties rievām.

Preventīvie pasākumi pret plaisāšanu un pārrāvumu

Pārtrūkums notiek tad, ja galvenā deformācija plāksnē pārsniedz deformēšanas robeždiagrammas (FLD) līkni. Tas ir lokalizēts izstiepšanās bojājums, ko bieži novēro krūzīšu sienās vai šauros rādiusos.

Inženierijas risinājumi:

• Samaziniet fiksatora spiedienu: Otrādi nekā rievu veidošanās gadījumā, ja materiāls ir pārāk cieši ierobežots, tas nevar plūst iekļūt matricā. BHF samazināšana vai velkmeņu augstuma samazināšana ļauj vairāk materiāla pieplūst velkšanai.
• Triboģēnija un eļļošana: Augsti berzes koeficienti neļauj materiālam slīdēt pāri matricas rādiusam. Pārliecinieties, ka eļļas kārtas izturība ir pietiekama darbības siltumam un spiedienam. Dažos gadījumos problēmu var atrisināt, pielietojot punktu eļļošanu konkrētām augstas deformācijas zonām.
• Rādiusu optimizācija: Pārāk mazs matricas rādiuss koncentrē spriegumu. Matricas rādiusu pulēšana vai rādiusa izmēra palielināšana (ja detaļas forma to atļauj) vienmērīgāk sadala deformāciju.

Dimensiju defektu novēršana: atsperīguma problēma

Atgriešanās ir materiāla elastīgā atgūšanās pēc veidošanas slodzes noņemšanas. Tā kā automašīnu ražotāji pāriet uz Augstas izturības tēraudu (AHSS) un alumīniju, lai samazinātu transportlīdzekļa svaru, atgriešanās ir kļuvusi par vienīgo grūtāk prognozējamo un kontrolējamo defektu. Atšķirībā no mīkstā tērauda AHSS ir augstāka izturība un lielāka elastīgās atgūšanās tendence.

Stratēģijas atgriešanās kompensēšanai

Atgriešanās risināšana prasa kombinētu matricu kompensācijas stratēģiju un procesa kontroli. To reti izdodas atrisināt, vienkārši "sistot stiprāk".

• Pārliekšana: Matricas dizainam jāņem vērā atgriešanās leņķis. Ja nepieciešams 90 grādu liekums, rīks varētu būt jāliek metālam 92 vai 93 grādos, lai tas atgrieztos pareizajos izmēros.
• Atkārtota trieciensadales un coin-iestatīšana: Var pievienot sekundāru operāciju, lai „iestatītu“ ģeometriju. Atkārtoti trieciena rādiuss saspiež materiālu liekumā, radot spiedes saspriegumu, kas kompensē elastīgo stiepes atgūšanos.
• Simulācijā balstīta kompensācija: Vadošās inženieru komandas tagad izmanto simulācijas programmatūru, piemēram, AutoForm vai PAM-STAMP, lai paredzētu atspirguma lielumus projektēšanas fāzē. Šīs rīki ģenerē "kompensētas matricas virsmas" ģeometriju, kas apzināti ir izkropļota, lai iegūtu galīgo daļu ar pareizu ģeometriju.

Piezīme par materiāla mainīgumu: Pat ar ideālu matricu, strēmeles mehānisko īpašību svārstības (izturības robežas mainīgums) var izraisīt nevienmērīgu atspirgumu. Lielā apjomā ražojošie ražotāji bieži ievieš tiešsaistes uzraudzības sistēmas, lai dinamiski koriģētu preses parametrus atkarībā no partijas īpašībām.

Griešanas un virsmas defektu novēršana

Kaut arī veidošanas defekti ir sarežģīti fizikas jautājumi, griešanas un virsmas defekti bieži ir saistīti ar uzturēšanu un disciplīnu. Tie tieši ietekmē A klases virsmu kosmētisko kvalitāti (pārsegi, durvis) un strukturālo sastāvdaļu drošību.

Skaldņu samazināšana un spraugu pārvaldība

Apmetums ir pacēlta mala uz metāla, ko izraisa punches un matrica, kuras neizdodas metālu tīri nolauzt. Apmetumi var bojāt turpmākās montāžas aprīkojumu un radīt drošības riskus.

• Matricas spraugas optimizēšana: Attālums starp punchu un matricu ir ļoti svarīgs. Ja sprauga ir pārāk maza, sekundārā griešana rada apmetumu. Ja tā ir pārāk liela, metāls pārvēlas pirms nolūzuma. Standarta tēraudam spraugu parasti iestata 10–15% no materiāla biezuma. Alumīnijam tas var palielināties līdz 12–18%.
• Instrumentu uzturēšana: Nobliets griezējmalas ir visbiežākais apmetumu cēlonis. Ieviesiet stingru asināšanas grafiku, balstoties uz sitieniem, nevis gaidot defektu konstatēšanu.

Virsmas nepilnperfekcijas: Galling un Slug zīmes

Materiāla pielipšanas (līmējošais nolietojums) rodas tad, kad plākšņu metāls mikroskopiski saplūst ar rīka tēraudu, noraujot materiālu. Tas bieži sastopams alumīnija stempēšanā un var tikt novērsts, izmantojot PVD (fizikālo tvaika nogulsnēšanu) vai CVD (ķīmisko tvaika nogulsnēšanu) pārklājumus, piemēram, titāna karbonitrīdu (TiCN), uz rīku virsmām.

Atkritumu pazīmes rodas tad, kad atkritumu gabals tiek atpakaļ uzvilkts uz veidņu virsmas (atkritumu vilkšana) un iedziļināts nākamajā detaļā. Risinājumi ietver atsperes darbināmu izstumtāju nagu izmantošanu spraudī, spraudes virsmai pievienojot „jumta” tipa asis, lai samazinātu vakuuma radīšanos, vai izmantojot vakuuma sistēmas, lai vilktu atkritumus cauri veidņu apakšai.

Sistēmiska novēršana: simulācija un partneru atlase

Mūsdienu automašīnu stempēšana pārvietojas no reaktīvas problēmu novēršanas uz proaktīvu novēršanu. Kļūdas izmaksas eksponenciāli palielinās, jo tālāk kļūda nonāk ražošanas līnijā — no dažiem dolāriem presē līdz tūkstošiem dolāru, ja defekts nonāk tirgū kopā ar automašīnu.

Simulācijas un pārbaudes loma

Modernas štampēšanas iekārtas tagad izmanto prognozējošas simulācijas rīkus lai vizualizētu defektus, piemēram, virsmas iedobes un plaisas, virtuālā vidē. "Digitālā apmetināšana" imitē paneļa pārbaudi ar akmens bloku, lai atklātu mikroskopiskas virsmas novirzes, kuras nav saskatāmas ar neapbruņotu aci, bet kļūst redzamas pēc krāsošanas.

Turklāt Automatizētās optiskās pārbaudes (AOI) sistēmas, piemēram, tās no Cognex , izmanto mašīnvīziju, lai pārbaudītu 100% daļu tiešsaistē. Šīs sistēmas var izmērīt cauruļu atrašanās vietu, noteikt plaisas un pārbaudīt dimensiju precizitāti, nepalēninot preses līniju, nodrošinot, ka tikai atbilstošas daļas nonāk metināšanas posmā.

No prototipa līdz ražošanai

Automobiļu programmu gadījumā pāreja no inženierijas validācijas uz masveida ražošanu ir brīdis, kad rodas daudzi defekti. Svarīgi ir izvēlēties partneri ar integrētām spējām. Shaoyi Metal Technology ilustrē šo integrēto pieeju, veidojot tiltu no ātrā prototipēšanas līdz lielapjomu ražošanai. Izmantojot ar IATF 16949 sertificētu precizitāti un spiedpreses līdz 600 tonnām, tie palīdz OEM ražotājiem agrīnā stadijā validēt procesus un palielināt būtisku komponentu, piemēram, balstiekārtas rokturus un rāmjus, ražošanas apjomus, stingri ievērojot globālos standartus.

Inženierijas ražošana bez defektiem

Automobiļu metāla štampēšanas defektu novēršana reti ir saistīta ar viena „viena risinājuma” atrašanu. Tas prasa sistēmisku inženierijas pieeju, kas līdzsvaro materiālu plūsmas fiziku, instrumentu ģeometrijas precizitāti un procesa uzturēšanas stingrību. Vai nu mazinot atgriezīgo deformāciju AHSS materiālos, izmantojot kompensācijas stratēģijas, vai arī pilnībā eliminējot uzmetumus, nodrošinot precīzu spraugu regulēšanu, mērķis paliek viens un tas pats: stabilitāte.

Integrējot prediktīvo simulāciju projektēšanas fāzē un izmantojot uzticamu optisko pārbaudi ražošanas procesā, ražotāji var pāriet no krīžu novēršanas uz procesa spējas nodrošināšanu. Rezultāts ir ne tikai kļūdām brīvs izstrādājums, bet arī prognozējams, rentabls un mērogojams ražošanas process.

BUJ

1. Kāda ir biežākā defekta veida automašīnu metāla štampēšanā?

Lai gan biežums atkarīgs no pielietojuma, atsperošana pašlaik ir grūtākais defekts, ņemot vērā plašo augstas stiprības tērauda (AHSS) izmantošanu, lai samazinātu svaru. Vāciņi un plaisas joprojām ir izplatīti sarežģītos formēšanas procesos, taču atspirgšana rada lielākās grūtības izmēru precizitātē.

2. Kā blanka turētāja spēks saistīts ar vāciņveida deformācijām?

Vīlēšanās flanča zonā tieši izraisa nepietiekams заглубителя spēks (BHF). Ja BHF ir pārāk zems, loksne netiek pietiekami ierobežota, lai novērstu spiedes nestabilitāti (izliekšanos), kad tā plūst iekļūst formā. BHF palielināšana samazina vīlas, taču pārmērīgi augsts BHF palielina plaisāšanas risku.

3. Kāda ir atšķirība starp galling un scoring?

Materiāla pielipšanas ir līmēšanas nodiluma forma, kurā materiāls no loksnes pārnesas un saistās ar rīka tēraudu, bieži izraisot smagas plīsumus nākamajos gabalos. Scoring parasti attiecas uz svītrām, ko izraisa abrazīvi daļiņas vai atkritumi (piemēram, uzmetumi vai čips), kas iesprūduši starp loksni un formas virsmu.

4. Kā simulācijas programmatūra var novērst štancēšanas defektus?

Simulācijas programmatūra (Finite Element Analysis) paredz materiāla uzvedību pirms tērauda sadales. Tas ļauj inženieriem virtuālajā vidē vizualizēt samazinājumu, risku sadalīšanu un atkārtotu lielumu. Tas ļauj projektēšanas posmā mainīt formēšanas ģeometriju, piemēram, pievienojot izvilkšanas žāvējumus vai kompensējot atdzesēšanas spēju, ievērojami samazinot fizisko izmēģinājuma ķēdes un izmaksas.