TL;DR

Veidņu dizains alumīnija paneļiem ir specializēts inženierijas process, kas koncentrējas uz izturīgu tērauda rīku (veidņu) izveidi, lai formētu alumīniju. Galvenās ražošanas metodes ir štancēšana, ekstrūzija un liešana veidnēs, kurām katrai nepieciešams specifisks veidnis. Efektīvam dizainam jāņem vērā alumīnija īpašības — piemēram, tā vieglums, formējamība un tieksme plaisāt — lai kontrolētu metāla plūsmu, novērstu defektus un nodrošinātu, ka gala automašīnas komponenti atbilst precīziem specifikācijām.

Alumīnija paneļu veidņu dizaina pamati

Metālu apstrādē veidnis ir specializēts rīks, ko izmanto materiāla griešanai vai formas veidošanai, izmantojot presi. Alumīnija korpusa paneļiem šie veidņi parasti tiek izgatavoti no augstas kvalitātes instrumentu tērauda, piemēram, H13 tērauda, kas paredzēts, lai izturētu milzīgu spiedienu un augstas temperatūras. Galvenais izaicinājums veidņu dizainā alumīnija korpusa paneļiem ir saistīts ar alumīnija sakausējumu īpašo raksturojumu ņemšanu vērā. Salīdzinājumā ar tēraudu alumīnijs ir vieglāks un, ja tas netiek pareizi veidots, tam ir lielāka tendence plīst vai rausties, taču, pienācīgi pārvaldot, tas piedāvā lielisku formējamību.

Ražošanas procesā veidne un alumīnija bluķis vai loks tiek pakļauti ārkārtīgi lieliem spēkiem. Piemēram, alumīnija ekstrūzijas laikā spiediens var pārsniegt 100 000 mārciņas uz kvadrātcollu (psi). Veidnes dizainam jānovirza šis spēks tā, lai alumīnijs vienmērīgi plūstu vajadzīgajā formā, neizraisot defektus, piemēram, rievas, plaisas vai nesaskaņotas sienas biezumu. Piemēram, alumīnija ekstrūzijas veidne ir termiski apstrādāts tērauda disks ar precīzi izgatavotu atveri jeb cauruli, kas nosaka profila šķēluma formu. Šīs atveres dizains ir būtisks metāla plūsmas ātruma un sadalījuma kontrolei.

Dizainera pirmie apsvērumi ir paredzētais ražošanas process un gala daļas ģeometrija. Izvēle starp štampēšanu, ekstrūziju vai liešanu ar iekalumu nosaka veidņu pamatstruktūru. Dizains tam jāņem vērā arī siltuma pārvaldību, jo siltuma uzkrāšanās var ietekmēt gan veidņu izturību, gan alumīnija galīgās īpašības. Galu galā veiksmīga veidne ir rūpīgas inženierijas rezultāts, kas līdzsvaro materiālu īpašības, procesa fiziku un karoserijas paneļa vēlamos strukturālos un estētiskos rezultātus.

Galvenie ražošanas procesi un saistītie veidņu tipi

Alumīnija karoserijas paneļu izgatavošana ietver vairākus atšķirīgus ražošanas procesus, kuri katrs ir atkarīgs no konkrēta veida veidņu dizaina. Trīs galvenās metodes ir automašīnu štampēšana, alumīnija ekstrūzija un alumīnija liešana ar iekalumu. Atšķirību izpratne ir būtiska, lai izvēlētos pareizo pieeju konkrētam komponentam — no durvju paneļa līdz strukturālam rāmim.

Automobiļu formēšanas matricas

Stempēšana ir visizplatītākais process lieliem korpusa paneļiem, piemēram, durvīm, motora pārsegiem un spārniem. Tas ietver plakanas alumīnija loksnes formēšanu starp divām matricas daļām stempēšanas presē. Process parasti ir secīgs, izmantojot vairākas speciālas matricas. Kā sīki aprakstījuši automobiļu ražošanas eksperti, šis process ietver vairākas galvenas stadijas. Pirmkārt, zīmēšanas veidnis veic sākotnējo galveno formēšanu, izstiepjot plakanu заготовку, lai izveidotu paneļa primāro 3D formu. Tālāk, griešanas un urbjmatricas noņem lieko materiālu no malām un izveido nepieciešamās caurules komponentiem, piemēram, rokturiem vai gaismām. Pēc tam, malu liekšanas matricas saliecas malas, lai izveidotu virsmas montāžai un pievienotu stingrumu. Beigās, atkārtotas kalšanas matricas izmanto, lai precizētu kontūras un novērstu jebkādu atgriešanos, nodrošinot, ka panelis atbilst precīzām izmēru tolerancēm. Šīs jomas vadošie piegādātāji, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , specializējas sarežģītu, pielāgotu automašīnu stiepšanas matricu izstrādē lieliem OEM ražotājiem, nodrošinot augstu precizitāti lielā ražošanas apjomā.

Alumīnija ekstrūzijas matricas

Ekstrūzija tiek izmantota, lai izveidotu detaļas ar nemainīgu šķērsgriezumu, piemēram, logu rāmjus, strukturālas sijas un dekoratīvas ieliktņus. Šajā procesā sasildīts alumīnija bluķis tiek izspiests caur matricas atveri. Ekstrūzijas matricām ir trīs galvenās kategorijas. Monolītās veidnes , vienkāršākais veids, ražo formas bez iekļautām dobumiem, piemēram, leņķus vai plakanas stieņus. Kasīgo matricas ir sarežģītākas un tiek izmantotas profili ar vienu vai vairākiem iekļautiem dobumiem, piemēram, kvadrātveida cauruli. Šīs matricas izmanto mandreli, lai veidotu iekšējo dobumu. Puskasīgas matricas izveido profilus, kas daļēji ieslēdz dobumu, un to projektēšana ir sarežģītāka nekā cietām matricām, ņemot vērā nepieciešamo metāla plūsmas precīzo līdzsvaru. Alumīnija ekstrūzijas padome atzīmē, ka efektīva ekstrūzijas matricas projektēšana ir atkarīga no metāla plūsmas ātruma kontroles, regulējot nesošo virsmu garumus, lai nodrošinātu, ka visa profila daļa vienmērīgi iziet caur matricu.

Alumīnija presliešana

Litās formēšana ir ideāla sarežģītu, intriķītu alumīnija daļu ražošanai, ievadot kausētu metālu tērauda veidnē (formā) zem augsta spiediena. Šo procesu bieži izmanto sastāvdaļām, piemēram, dzinēju stiprinājumiem, transmisijas korpusiem un strukturāliem mezgliem, kuros nepieciešama augsta detaļu precizitāte. Formas parasti izgatavo divās pusēs, kuras tiek fiksētas kopā ievadīšanas laikā un pēc tam atdalītas, lai izvadītu sacietējušo daļu. Šo formu dizains ir ļoti sarežģīts, jo tajā jāregulē kausētā metāla plūsma, jākontrolē dzesēšana, lai novērstu defektus, un jānodrošina viegla daļas izņemšana.

9 kritiski dizaina apsvērumi alumīnija litās formēšanai

Efektīvai dieļiešanai nepietiek tikai ar dobuma izveidi, kas atbilst daļas formai. Tas ietver kopumu principu, kas pazīstami kā ražošanas apsvērumi dizainā (Design for Manufacturing – DFM), kuru mērķis ir optimizēt daļu efektīvai un augstas kvalitātes ražošanai. Pamatojoties uz visaptverošu alumīnija dieļiešanas dizaina vadlīniju , ir būtiski ievērot konkrētas dizaina norādes, lai novērstu defektus un samazinātu izmaksas. Šie apsvērumi kopā veido dieļiešanas dizaina pamatnoteikumus.

1. Dalījuma līnija: Šī ir līnija, kurā sastopas divas formas puses. Tās novietojums ir viens no galvenajiem lēmumiem, jo tas ietekmē to, kur veidosies liekais materiāls (uzplūdi), kuru vajadzēs noņemt. Pamatīgi izvēlēta šķirtne vienkāršo pēcapstrādes darbus.
2. Saraušanās: Karsējot alumīniju, tas saraujas (parasti 0,4–0,6%). Formu jāprojektē nedaudz lielāku par fināldaļu, lai kompensētu šo saraušanos. Saraušanās var arī izraisīt to, ka daļa pieķeras formas iekšējām detaļām, grūtinot izmešanu.
3. Projekcija: Ražēšanas zemnieks ir neliels slīpums, kas piemērots visām virsmām, kas paralēlas veidņu kustības virzienam. Šis leņķis, līdzīgs tādam, kāds ir mafīnu pannā, ir būtisks, lai atlietu daļu varētu viegli izvadīt no veidnes, nepievienojot to bojājumiem.
4. Sienas biezums: Sienas jābūt pēc iespējas vienmērīgākas biezumā. Pārāk plānas sienas var izraisīt kausētā metāla sacietēšanu pirms formas pilnīgas aizpildīšanas, savukārt pārāk biezas sienas izšķiež materiālu un palielina dzesēšanas laiku, palēninot ražošanu.
5. Fasoni un rādiusi: Asi stūri ir problēma metāla liešanas procesā, jo tie var radīt turbulenci metāla plūsmā un izraisīt vājinājumus. Noapaļoti iekšējie stūri (apļveida pārejas) un ārējie stūri (rādiusi) ļauj metālam plūst gludi, palielinot detaļas strukturālo izturību.
6. Vāciņi: Tie ir izvirzīti elementi, ko bieži izmanto kā stiprinājuma punktus. Tie jāprojektē rūpīgi, lai uzturētu vienmērīgu sienu biezumu, bieži izkausējot to centru, lai izvairītos no defektiem, piemēram, iegrimšanas pēdām.
7. Ripas: Lai palielinātu daļas izturību, neatpūstot sieniņu biezumu, dizaineri var pievienot plānas strukturālas atbalsta konstrukcijas, kas sauc par ribām. Tās arī palīdz vadīt kausētā metāla plūsmu sarežģītās formas matricas zonās.
8. Iegravējumi: Tas ir elementi, kas traucē daļai tieši izkļūt no matricas. Lai gan reizēm nepieciešami, tos vajadzētu izvairīties, ja vien iespējams, jo to ražošanai nepieciešamas sarežģītas un dārgas matricas ierīces, piemēram, sānu kodoli.
9. Caurules un logi: Cauruļu un logu iekļaušana tieši matricas dizainā novērš sekundāro operāciju, piemēram, urbšanas vai frēzēšanas, nepieciešamību. Tas ietaupa ievērojamu laiku un izmaksas, taču prasa rūpīgu projektēšanu, lai nodrošinātu pareizu metāla plūsmu ap šiem elementiem.

Matricu ražošanas un instrumentu izgatavošanas process

Alumīnija korpusa paneļu veidņu izgatavošana ir precīzs, daudzposmu process, kurā no rīka tērauda bloka tiek izveidots augstas veiktspējas ražošanas instruments. Šis process sākas ar digitālo dizainu, kur inženieri izmanto CAD (datorizētās projektēšanas) programmatūru, lai modelētu veidni, un galīgo elementu analīzi (FEA), lai simulētu metāla plūsmu un termisko uzvedību. Šī simulācija palīdz identificēt potenciālas problēmas jau pirms tiek apstrādāts kāds tērauds, optimizējot dizainu veiktspējai un kalpošanas laikam.

Kad dizains ir pabeigts, sākas fiziskā ražošana. Parasti H13 instrumentu tērauda bloku apstrādā ar CNC (datorizētas skaitliskās vadības) mašīnām, kas spēj veikt sarežģītus griezumus ārkārtīgi precīzi. Izmantojot sarežģītas iezīmes vai ļoti cietus materiālus, var tikt izmantota vada EDM (elektroerosijas apstrāde). Pēc apstrādes veikšanas kalšņa veidošanas matrica tiek pakļauta būtiskam termiskās apstrādes procesam, lai sakarstītu tēraudu, ļaujot tam izturēt milzīgu spiedienu un temperatūru ražošanas laikā. Beigu beigās virsmas tiek nospodrinātas un dažreiz pārklātas ar pārklājumiem, piemēram, nitrēšanu, lai uzlabotu nodilumizturību un uzlabotu alumīnija plūsmu.

Pats veidnis ir daļa no lielākas komplekta, ko pazīst kā veidņu kaseti vai veidņu komplektu. Šis komplekts, bieži saukts par veidņu komplektu, sastāv no divām pusēm: pārsega veidņa un izmešanas veidņa. Šīs puses tiek montētas veidņu liešanas mašīnā un atveras, lai iespējotu izņemt sacietējušo detaļu. Šī veidņu komplekta sarežģītība un izmērs ietekmē kopējās izmaksas, kuras var ievērojami atšķirties atkarībā no profila sarežģītības, vai tas ir dobs vai ciets, kā arī no paredzamā ražošanas apjoma. Lai pārvaldītu nolietojumu un pagarinātu veidņu kalpošanas laiku, ir būtiska pareiza uzturēšana, tostarp regulāra tīrīšana un atkārtota pulēšana.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir matricas dizaina likums?

Neeksistē viens vienīgs "formas dizaina noteikums", bet gan kopums labāko prakšu un principu, ko bieži sauc par dizaina veidošanu ražošanai (DFM). Kokilspieduma liešanai šie noteikumi ietver būtiskus aspektus, piemēram, pareizas dala plaknes noteikšanu, izvilkšanas leņķu iekļaušanu, lai viegli izvadītu detaļu, vienmērīga sienu biezuma uzturēšanu, līkumu un rādiusu izmantošanu, lai izvairītos no asiem stūriem, kā arī dizaina izveidi, ņemot vērā materiāla saraušanos. Šo norādījumu ievērošana palīdz nodrošināt detaļas ražošanas iespējamību, minimizē defektus un samazina ražošanas izmaksas.

2. Kā izgatavot alumīnija formu?

Alumīnija formas veidņa izgatavošana ir sarežģīts process. Tas sākas ar digitālo dizainu, izmantojot CAD programmatūru, kuru bieži validē ar FEA simulācijām. Pēc tam augstas kvalitātes instrumentu tērauda bloks (piemēram, H13) tiek precīzi apstrādāts ar CNC frēzēm vai vada EDM, lai izveidotu veidņas formu. Apstrādātā veidne tiek termiski apstrādāta, lai to sakietētu, pēc tam virsma tiek noslīpēta un dažreiz pārklāta ar speciāliem pārklājumiem, lai uzlabotu izturību un metāla plūsmu. Pabeigtā veidne tiek montēta instrumentu komplektā kopā ar atbalsta komponentiem, piemēram, atbalstplātnēm un stiprinājumiem, gatava izmantošanai presē.

3. Kā izskatās alumīnija ekstrūzijas veidne?

Alumīnija ekstrūzijas veidne parasti ir bieza, apaļa disks, kas izgatavota no sakausēta tērauda. Tā centrā atrodas precīzi izgatavots atveres vai caurules formas šķērsgriezums, kas atbilst vajadzīgā izspiestā profila šķērsgriezuma formai. Cietām formām to veido viena plāksne. Dobumainām formām veidne ir sarežģītāka, bieži sastāv no vairākām daļām (piemēram, portu veidne), kurā iekļauts mandrels, lai izveidotu iekšējo dobumu, kamēr alumīnijs plūst ap to un pirms iziešanas no veidnes saplūst kopā.