TL;DR

Precīzi aprēķināt spiedpreses tonnāžu automašīnu daļām metāla štancēšanai un injekcijas formēšanai nepieciešamas atšķirīgas pieejas, ar būtisku brīdinājumu par mūsdienu materiāliem. Metāla štancēšanai pamata formula ir Tonnāža = Perimetrs × Biezums × Šķēlēšanas izturība . Tomēr standarta aprēķini bīstami neizdodas Augstas izturības tērauda (AHSS) gadījumā, kur augstāka stiepes izturība un deformācijas cietināšana var palielināt nepieciešamo spēku 3–5 reizes salīdzinājumā ar maigo tēraudu.

Injekcijas formēšanas pielietojumiem galvenā formula ir Saspiešanas spēks = Projektētā laukums × Saspiešanas koeficients (parasti 2–5 tonnas/collā² atkarībā no sienas biezuma). Inženieru komandām jāpārbauda ne tikai maksimālā tonnāža, bet arī preses enerģijas kapacitāte (griezes gultņa enerģija), lai novērstu apstāšanos dziļās vilkšanas operācijās. Pirms veidņu dizaina apstiprināšanas vienmēr jāapstiprina aprēķini ar Galīgo elementu analīzi (FEA).

AHSS paradigmas maiņa: kāpēc vecās formulas neizdodas

Automobiļu nozarē pāreja no mīksta tērauda uz augstākās stiprības tēraudu (AHSS) ir padarījusi 80. gadu "piemērotu noteikumu" aprēķinus novecojušiem. Lai gan tradicionālie noteikumi (piemēram, garums × biezums × konstanta) bija piemēroti vispārējiem stūriem, tie rada nopietnus drošības riskus mūsdienu automobiļu konstrukciju sastāvdaļām, piemēram, B stūriem vai šasijas stiprinājumiem.

AHSS šķirne, piemēram, duāla fāzes (DP) un 3. paaudzes tēraudi, tagad regulāri pārsniedz 1180 MPa stiepes izturību. Tas rada "multiplikatora efektu", ja materiāla izskalošanai vai veidošanai vajadzīgā spēka nav lineāra. AHSS Norādījumiem brīdina, ka parastā prognoze bieži cenšas samazināt vajadzīgo tilpumu, kas izraisa presēšanas pārtraukšanu vai katastrofisku rāmja bojājumu.

Turklāt inženieriem ir jāapzinās Deformācijas cietība . Atšķirībā no mīkstā tērauda, kuram ir salīdzinoši stabila uzvedība, AHSS ievērojami nostiprinās, deformējoties. Materiāls, kura izturība sākumā ir 980 MPa, formēšanas procesā var palielināties par vairāk nekā 100 MPa. Tādējādi prese, kas izvēlēta tikai balstoties uz materiāla sākotnējām īpašībām, bieži vien nebūs pietiekama enerģijas līknei, lai pabeigtu gaitu, pat tad, ja tās norādītā maksimālā tonnāža šķiet pietiekama.

1. daļa: Metāla štancēšanas tonnāžas aprēķini

Strukturāliem automašīnu daļām precīzs tonnāžas aprēķins sākas ar šķelšanās un stiepes sabrukšanas fizikas principiem. Aprēķins atšķiras atkarībā no tā, vai darbība ir griešana (izgriešana/caurumu dambēšana) vai formēšana (velkšana/liekšana).

Pamatformula: Izgriešana un caurumu dambēšana

Pamatformula spēka aprēķināšanai, kas nepieciešams, lai sagrieztu plāksni, ir:

T = L × t × Ss

• T = Tonnāža (nepieciešamais spēks)
• Garums = Griezuma kopējais garums (perimetrs)
• t = Materiāla biezums
• SS = Materiāla šķēlēšanas izturība

Būtisks materiāla pielāgojums: Standarta mīkstam tēraudam, griešanas izturība bieži tiek novērtēta kā 80 % no stiepes izturības. Tomēr augstas izturības automašīnu sakausējumiem jāapspriežas ar ražotāju sertifikāciju. Izmantojot šeit vispārīgu konstanti, tas ir visizplatītākais iemesls presēm nepietiekama izmēra izvēlei.

Korekcija atdalīšanai un drošībai

Griešanas spēks ir tikai daļa no vienādojuma. Jums jāpievieno Atdalīšanas spēks — spēks, kas nepieciešams punches atvilkt no materiāla, kurš cieši turas elastīgās atgriešanās dēļ. AHSS materiāliem atdalīšanas spēks var sasniegt 20 % no griešanas spēka. Tāpēc kopējo nepieciešamo tonnāžu ($T_{total}$) parasti vajadzētu aprēķināt šādi:

$T_{total} = T_{cutting} \times 1.20$ (drošības un atdalīšanas faktors)

Praktiska pielietošana ražošanā

Pārejot no teorētiskiem aprēķiniem uz fizisko ražošanu, iekārtu iespējas kļūst par ierobežojošo faktoru. Ražotājiem, kuri pāriet no ātras prototipēšanas uz masveida ražošanu, partnera izvēle ar dažādām preses jaudām ir vitāli svarīga. Uzņēmumi, piemēram, Shaoyi Metal Technology izmanto preses līdz 600 tonnām, lai nodrošinātu augstas spēka prasības automašīnu vadības svirām un rāmjiem, nodrošinot, ka teorētiskie aprēķini saskan ar IATF 16949 sertificētu izpildi.

2. daļa: Injekcijas formēšanas žņaugu tonnāža

Kaut arī metāla štampēšana dominē diskusijās par šasiju, ievērojama daļa no „automobiļu daļām“ nozīmē interjera un estētiskās sastāvdaļas, kuras ražo ar injekcijas formēšanu. Šeit galvenais rādītājs ir žņaugu spēks — spēks, kas nepieciešams, lai forma paliktu ciet, pretstāvojoties ievadīšanas spiedienam.

Projicētās laukuma formula

Nozares standarta formula žņaugu spēka novērtēšanai ir:

F = A × CF

• F = Žņaugu spēks (tonnās)
• A = Kopējais projicētais laukums (ieskaitot kanālus)
• CF = Žņaugu faktors (tonnas uz kvadrātcollu/cm)

Automobiļu specifika: tievie sieniņi un augsts plūsmas ātrums

Standarta patēriņa plastmasām var izmantot fiksācijas faktoru 2–3 tonnas uz kvadrātcollu. Tomēr automašīnu daļām, piemēram, amortizatoriem vai tievsienīgiem instrumentu paneļiem, parasti nepieciešams augstāks ievietošanas spiediens, lai dobums tiktu aizpildīts pirms materiāla atdzišanas. RJG Inc. atzīmē, ka šādām prasīgām lietojumprogrammām fiksācijas faktoru bieži vajadzētu palielināt līdz 3–5 tonnām uz kvadrātcollu . Turklāt, lai novērstu izplūdi (flash) un nodrošinātu, ka prese darbojas stabila režīmā, nevis absolūtajā robežā, jāpievieno 10% drošības rezerve.

Uzlabota izmēru noteikšana: enerģija pret maksimālo tonnāžu

Bieža kļūda, izvēloties presi automobiļu rūpniecībā, ir sajaukt Tonnāžas reitings ar Enerģijas kapacitāte . 500 tonnu prese var nodrošināt 500 tonnu spēku tikai ļoti tuvu gaitas beigām (apakšējā mirte). Ja jūsu automašīnas daļai nepieciešama dziļa velkšana (piemēram, 4 collu dziļš eļļas baseins), veidošanās sākas vairākas collas virs apakšas.

Šajā augstumā preses mehāniskā priekšrocība ir zemāka, un pieejamais tonnāžs tiek ievērojami "samazināts". Vēl svarīgāk ir tas, ka dziļrakstniecība patērē milzīgu daudzumu enerģijas no riņķa svira. Ja enerģija, kas nepieciešama metāla pārvietošanai, pārsniedz riņķa svirā uzkrāto kinētisko enerģiju, prese apstāsies, neatkarīgi no tās tonnāžas reitinga. Ražotājs uzsver, ka "Tonnāžas līknes" ignorēšana ir galvenais automašīnu žonglēšanas procesā notiekošo motora sadedzināšanas un sajūga bojājumu cēlonis.

Apgrieztās tonnāžas briesmas

Augstas izturības griešanas operācijas materiāla lūzuma brīdī nekavējoties atbrīvo milzīgu enerģiju. Tas rada "apgriezto tonnāžu" (vai sprādzienu), kas sūta triecienviļņus atpakaļ caur preses struktūru. Lai gan standarta preses var izturēt apgrieztas slodzes aptuveni 10% no kapacitātes, AHSS griešana var radīt apgrieztas slodzes, kas pārsniedz 20%. Šīs atkārtotās triecienslodzes nogurdina preses rāmi un iznīcina jutīgo elektroniku. Šī riska mazināšanai bieži nepieciešami hidrauliskie amortizatori vai speciālas servopreses.

Simulācijas loma (AutoForm/LKE)

Ņemot vērā mainīgos lielumus, piemēram, cietināšanu, berzes koeficientus un sarežģītas ģeometrijas, rokraksta aprēķinus jāuzskata par novērtējumiem, nevis pēdējiem specifikācijas datiem. Vadošie automašīnu piegādātāji tagad prasa izmantot galīgo preses izvēli robeželementu analīzes (LKE) programmatūru, piemēram, AutoForm.

Simulācija nodrošina ievirzi, kuru formulas neaptver, piemēram:

• Aktīvās spiedplātnes spēki: Mainīgais spēks, kas nepieciešams, lai turētu loksni vietā zīmēšanas laikā.
• Lokālie cietināšanas kartējumi: Precīza vizualizācija, kur materiāla plūstspēka vērtības paaugstinās veidošanas laikā.
• Berzes izmaiņas: Kā eļļošanas sabrukšana ietekmē nominālā spēka nepieciešamību starp gaitu.

Pēc Spiedformēšanas simulācija , procesa digitāla verifikācija novērš neiedomājami augstās izmaksas, kas saistītas ar "iestiepju sadragāšanu" fiziskās pārbaudēs. Citātiem vienmēr jāizmanto simulācijas rezultātu augšējā robeža, lai ņemtu vērā materiāla partijas svārstības.

Inženierzinātniskā integritāte spiedpūles aprēķinā

Kļūdu robeža, aprēķinot spiedpūli automašīnu daļām, ir zudusi. Augstas izturības sakausējumu ieviešana nozīmē, ka par mazu spiedpūles izvēle vairs nav nenozīmīgs efektivitātes jautājums — tā ir katastrofāla riska pakāpe mašīnām un drošībai. Inženieriem jāpāriet ārpus statiskajām formulām uz dinamisku izpratni par materiāla uzvedību, enerģijas līknēm un simulācijas datiem.

Rigorōzi atšķirot starp maksimālo slodzi un enerģijas kapacitāti un verificējot rezultātus ar FEA, ražotāji var aizsargāt savus aktīvus un nodrošināt kļūdu brīvu komponentu piegādi. Šādā augsta riska vidē precizitāte nav tikai mērķis; tā ir vienīgā operacionālā standarta.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp hidrauliskajiem un mehāniskajiem prešu tonnāžu?

Hidrauliskās preses var nodrošināt pilnu deklarēto tonnāžu jebkurā gaitas punktā, tādējādi tās ir ideālas dziļai velkšanai, kad spēks nepieciešams agrīnā stadijā. Mehāniskās preses var nodrošināt pilnu tonnāžu tikai tuvu gaitas beigām (Apakšējais mirkļa centrs) un augstākajos stāvokļos tās ir ierobežotas ar riteņa enerģiju.

2. Kā materiāla biezums ietekmē tonnāžas aprēķinu?

Tonnāža ir tieši proporcionāla materiāla biezumam izgriešanas operācijās. Dubultojot biezumu, dubultojas nepieciešamais spēks. Tomēr liekšanā un formēšanā biezuma palielināšanās spēku palielina eksponenciāli, bieži prasot veidņu atveres platuma korekciju, lai kontrolētu slodzi.

3. Kāpēc preses tonnāžai ir nepieciešama drošības rezerve?

Ieteicams drošības rezervs 20%, lai ņemtu vērā materiāla svārstības (piemēram, biezākas partijas no rūpnīcas), instrumentu nolietojumu (noblīvēti perforatori prasa lielāku spēku) un lai novērstu preses darbību maksimālajā jaudā, kas paātrina rāmja un piedziņas sistēmas nolietojumu.