TL;DR

Automobiļu strukturālo daļu veidņu projektēšana ir specializēta inženierzinātņu nozare, kas koncentrējas uz izturīgu rīku (veidņu) izveidi, lai metālu formētu par izturīgām, vieglām un precīzām transportlīdzekļu sastāvdaļām, piemēram, šasijas rāmjiem un korpusa paneļiem. Šis process, kurā galvenokārt tiek izmantots plākšņmetāla žāvēšanas paņēmiens vai karsēšanas liešana kausētam metālam, ir būtisks mūsdienu transportlīdzekļu ražošanai, jo tas nosaka gala sastāvdaļas strukturālo integritāti, kvalitāti un veiktspēju. Metodes izvēle un projektēšanas precizitāte ir būtiska, lai sasniegtu optimālu izturību un drošību.

Veidņu projektēšanas pamati automašīnu rūpniecībā

Kalnu dizains ir pamatprocess, kas pārveido digitālo koncepciju par taustāmu, masveida ražotu automobiļu realitāti. Tas ietver speciālu instrumentu sarežģītu inženierijas procesu, kas griež un veido metālu milzīgā spiedienā, iepriekš nosakot gala komponenta kvalitāti, precizitāti un strukturālo izturību. Nozarē, kur drošība un veiktspēja ir vispirmās, kalns darbojas kā šo standartu sargs, nodrošinot, ka katrs izgatavotais daļējs – no pirmā līdz miljontajam – ir identisks un atbilst stingrajiem specifikācijām. Šis process ir būtisks visu veidu ražošanai – no gludām korpusa plātnēm līdz būtiskām šasijas sastāvdaļām, kas veido transportlīdzekļa skeletu.

Galvenais veidņu dizaina mērķis ir izveidot rīku, kas uzticami var ražot augstas kvalitātes detaļas, vienlaikus saskaņojot vairākus galvenos ražošanas mērķus. Strukturālo daļu izgatavošanai parādās divas dominējošas metodikas: plākšņu metāla štampēšana un sakausējuma liešana kausētā metālā. Štampēšanai tiek izmantots milzīgs spēks, lai plakanas metāla loksnes pārveidotu sarežģītās trīsdimensiju formās, kas ir ideālas detaļām, piemēram, durvīm un priekšējiem spārniem. Sakausējuma liešana ietver kausētu metālu, piemēram, alumīnija vai magnija sakausējumus, ielejot veidnē, lai izveidotu sarežģītas, vieglas sastāvdaļas, piemēram, dzinēju korpusus un transmisijas kastes. Abas metodes ir pielāgotas, lai ražotu detaļas, kas ir gan izturīgas, gan pēc iespējas vieglākas, lai uzlabotu degvielas efektivitāti un transportlīdzekļa dinamiku.

Jebkura strukturāla automašīnas komponenta veiksmīgums ir atkarīgs no precīzas īpašību līdzsvara sasniegšanas, ko nosaka matricas dizains. Tas ietver tādu faktoru kontroli kā iekšējais spriegums, graudu struktūra un virsmas apstrāde. Piemēram, labi izstrādāta die štancēšanas forma regulē, kā tiek aizpildīta dobuma telpa ar kausētu metālu un notiek atdzišana, kas tieši ietekmē gala produkta porozitāti un izturību. Galvenie mērķi die dizaina procesā ir nodrošināt:

• Tikslība un saskaņotība: Sasniegt ciešas pieļaujamās novirzes miljonos ražošanas ciklu.
• Konstrukcijas stingrība: Ražot detaļas, kas ir izturīgas, ilgmūžīgas un spēj izturēt automašīnas ekspluatācijas radītos slodzes spriegumus.
• Svara optimizācija: Izmantot materiālus, piemēram, augstas izturības tēraudu un alumīnija sakausējumus, lai samazinātu transportlīdzekļa svaru, neupurējot drošību.
• Izmaksu efektivitāte: Minimizēt materiālu atkritumus un optimizēt ražošanu, lai vienības izmaksas paliktu zemas.

Galvenās metodoloģijas: Štancēšanas matricas dizains pret strukturālo die štancēšanu

Svarīgi ir saprast atšķirību starp štampēšanu un strukturālo die ķiešanu, jo katra metode piedāvā unikālas priekšrocības dažādām automašīnu lietojumprogrammām. Štampēšanas formas dizains koncentrējas uz cietas plākšņmetāla formēšanu, savukārt strukturālā die ķiešana rada detaļas no kausēta metāla. Izvēle starp tām ir atkarīga no detaļas sarežģītības, nepieciešamajām materiāla īpašībām un ražošanas apjomu.

Marķieri formas dizains ir process, kura laikā tiek izveidoti rīki, lai grieztu, saliektu un formētu metāla loksnes vajadzīgās formās. To bieži veic, izmantojot progresīvas formas, kur materiāla ruļļa ievada caur vairākām stacijām, katra veicot noteiktu operāciju, līdz tiek iegūta pabeigta detaļa. Saskaņā ar automobiļu daļu ražotāju Alsette , šī metode ir ļoti efektīva sarežģītu komponentu, piemēram, korpusa paneļu un stiprinājumu, ražošanai lielos apjomos. Štampēšana ir ideāla materiāliem, piemēram, tēraudam un alumīnijam, un ir tradicionālās automašīnas korpusa ražošanas pamats.

Strukturāls diešanas liešanas process , no otras puses, ietver karsētu metālu iepildīšanu sakietētā tērauda veidnē (mirst) zem augsta spiediena. Kā to apraksta KDM Fabrication , šī tehnika ir īpaši efektīva sarežģītu, gandrīz gala formas detaļu ražošanā, kurām nepieciešama minimāla sekundārā apstrāde. Tā ir īpaši vērtīga vieglu, bet izturīgu komponentu izgatavošanai no alumīnija un magnija sakausējumiem. Kā norāda Zetwerk , tas nodrošina būtisku svara samazinājumu, kas ir svarīgi degvielas efektivitātes uzlabošanai un elektrisko transportlīdzekļu darbības rādiusa palielināšanai. Šādu detaļu piemēri ietver dzinēju balstus, triecienu torņus un bateriju korpusus.

Lai skaidrāk parādītu atšķirības, šeit ir tieša abu metodiku salīdzinājuma tabula:

Galarezultātā izvēle ir stratēģiska. Inženieris izvēlētos štancēšanu automašīnas durvīm, jo nepieciešama liela, gluda virsma un augsta ražošanas ātrums. Savukārt sarežģītam transmisijas korpusam, kam nepieciešamas iekšējās kanāli un uzmontēšanas vietas, kalšanas liešana ir labākā izvēle, jo tā spēj izveidot šādas sarežģītas detaļas vienā vieglā gabalā.

Solis pa solim veikts kalšanas veidņu projektēšanas un ražošanas process

Funkcionāla un efektīva matricas izveide ir sistēmatisks process, kas pārvērš detaļas koncepciju par ražošanai gatavu rīku. Šis darba plūsmas process prasa analītisku stingrību, radošu problēmrisināšanu un modernas programmatūras rīkus, lai nodrošinātu, ka galīgā matrica precīzi un uzticami izgatavo detaļas miljoniem ciklu. Katrs solis balstās uz iepriekšējo, pārejot no vispārējiem iespējamības pārbaudes pasākumiem līdz rūpīgai komponentu līmeņa detalizācijai.

Ceļš no koncepcijas līdz izveidei var tikt sadalīts skaidrā, secīgā darba plūsmā:

1. Detaļas analīze un iespējamības pārbaude: Process sākas ar detaļas dizaina dekonstruēšanu. Kā to skaidro iesācēju ceļvedī, ko publicējis Jeelix , dizaineri veic ražošanas piemērotības (DFM) pārskatu, lai identificētu potenciālas problēmas, piemēram, pārāk asus stūrus, nepietiekamus liekšanas rādiusus vai funkcijas, kuras būtu grūti izveidot. Tieks analizētas materiāla īpašības, lai pārliecinātos, ka tās ir piemērotas paredzētajam veidošanas procesam.
2. Procesa plānošana (lentes vai formas izkārtojums): Apstampingu inženieri izveido sloksnes izkārtojumu, kas attēlo operāciju secību (piemēram, urbjumu veidošanu, liekšanu, formēšanu) katrā pakāpeniskās matricas stacijā. Šis plāns ir būtisks materiāla efektīvai izmantošanai un nodrošina, ka sloksne saglabā pietiekamu stingrumu, lai to varētu padot caur presi. Lietvešanas gadījumā šajā posmā tiek plānots, kā šķidrais metāls plūdīs iekšā un aizpildīs formas dobumu, lai novērstu defektus.
3. CAD dizains un simulācija: Izmantojot modernu CAD programmatūru, dizaineri izveido detalizētu 3D modeli visai matricas montāžai, tostarp augšējiem un apakšējiem stipriem, spiedpogām, matricu blokiem un vadības sistēmām. Šajā posmā bieži tiek izmantota jaudīga simulācijas programmatūra (CAE), lai veiktu virtuālu pārbaudi. Tā var paredzēt materiāla plūsmu, identificēt potenciālas slodzes vietas un prognozēt problēmas, piemēram, plaisas vai rievu veidošanos, pirms tiek apstrādāts kāds tērauds, ietaupot ievērojamu laiku un naudu.
4. Matricas komponentu un materiālu atlase: Atsevišķi komponenti, piemēram, spieģi un veidošanas iekļaujumi, tiek rūpīgi izstrādāti. Šo komponentu materiāli tiek izvēlēti atkarībā no tiem paredzētajiem spēkiem. Komponenti ar augstu nolietojumu parasti tiek izgatavoti no sakausēta instrumenta tērauda, piemēram, D2 vai SKD11, lai nodrošinātu ilgu kalpošanas laiku. Standarta komponenti, piemēram, vadnes ass un atsperes, bieži tiek iegādāti no specializētiem piegādātājiem, lai garantētu uzticamību.
5. Mastes izgatavošana un montāža: Kad dizains ir pabeigts un apstiprināts, detalizētie 2D rasējumi tiek nosūtīti instrumentu izgatavotājiem. Izmantojot precīzu CNC apstrādi, slīpēšanu un EDM procesus, katrs komponents tiek izgatavots ar stingrām pielaidēm. Visbeidzot, atsevišķie komponenti tiek rūpīgi samontēti, izlīdzināti un testēti, lai nodrošinātu, ka visa matrise darbojas tā, kā paredzēts. Sloksnes projektos, sadarbojoties ar speciālistu, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. var būt kritiski svarīgi. Tie piedāvā plašas pakalpojumu iespējas, sākot no CAE simulācijām un prototipēšanu līdz automašīnu štamplēšanas formu masveida ražošanai, nodrošinot augstu kvalitāti un efektivitāti OEM ražotājiem un pirmā līmeņa piegādātājiem.

Kritiskie konstruēšanas noteikumi un kvalitātes kontroles faktori

Veiksmīga formas konstruēšana balstās uz kopumu pamata inženierzinātņu principiem, kas nodrošina gala izstrādājuma ne tikai dimensiju precizitāti, bet arī strukturālo izturību. Šie principi ir kritiski svarīgi, lai kontrolētu metāla uzvedību spiediena apstākļos, tādējādi novēršot bieži sastopamus trūkumus, piemēram, porainību, plaisas un deformācijas. Šo norādījumu ievērošana ir būtiska augstas kvalitātes strukturālo komponentu ražošanai, kas atbilst automašīnu rūpniecības stingrajam drošības un veiktspējas standartiem.

Šie principi ir īpaši svarīgi strukturālajā die šķidruma liešanā, kur kausēta metāla plūsma un sacietēšana nosaka izstrādājuma iekšējo integritāti. Kā detalizēts rokasgrāmatā par Inox Cast , formas ģeometrija tieši ietekmē tādus faktorus kā porozitāte un iekšējais spriegums. Šo noteikumu neievērošana var izraisīt vājas vietas, kas pasliktina detaļas veiktspēju slodzes apstākļos.

Šeit ir daži no svarīgākajiem dizaina noteikumiem un kvalitātes faktoriem:

• Šķeltņu līnijas noteikšana: Šķeltņu līnija ir vieta, kur satiekas formas divas puses. Tās novietojums ir ļoti svarīgs, jo tas ietekmē to, kā detaļa tiek izgrūsta, iespēju veidoties uzplūdiem (pārmērīgam materiālam) un detaļas galīgo izskatu. Pamatota šķeltņu līnijas novietošana vienkāršo rīka konstrukciju un uzlabo detaļas kvalitāti.
• Ielejas un cietu sistēmas dizains: Metāla liešanā ielejas sistēma ir kanālu tīkls, pa kuru kausētais metāls plūst veidnē. Šo ieeju un cietu dizainam jānodrošina, ka dobums tiek aizpildīts vienmērīgi un pilnībā bez turbulentām plūsmām, kas var aizturēt gaisu un izraisīt porozitāti.
• Pārpildes un gaisa ventilācijas atveru novietojums: Pārplūdumi ir mazi maisiņi, kas paredzēti, lai iegūtu sākotnējo, aukstāku metāla plūsmu un jebkādas piemaisījumus. Gaisa caurumi ir mazs kanāls, kas ļauj izplūstam gaisam un gāzēm izkļūt no cauruma, kad tas aizpilda. Nepilnīgi ventilācija ir galvenais gāzes porositātes cēlonis, kas veido burbuļus daļas iekšpusē un smagi samazina to.
• Ejektoru spuldzes stratēģija: Izvilkšanas piestiprināmi tiek izmantoti, lai izstumtu nostiprinātu daļu no formēšanas. To novietošana un lielums ir rūpīgi jāaprīko, lai uz daļu būtu vienāda spēka, novēršot izkropļojumus vai bojājumus izplūdes laikā. To zīmes bieži ir redzamas galīgajā komponenta daļā, tāpēc tās parasti tiek novietotas nekosmētikas vietās.
• Izkliedes leņķi: Visām virsmu daļām, kas ir paralēlas matrača atveršanas virzienam, jābūt nedaudzām leņķiem, ko sauc par izplūdi. Šis salikums ļauj daļai tīri izkļūt no formas. Nepilnīga izplūde var izraisīt daļas piestiprināšanu, kas izraisa virsmas vilces pazīmes vai bojājumus izplūdes laikā.

Pienākot uz šiem noteikumiem, dizaineri var aktīvi risināt iespējamās ražošanas problēmas. Piemēram, pareizi izstrādāta vārstu sistēma, kas apvienota ar efektīviem gaisa caurulēm, nodrošina blīvu, cietu un bez iekšējiem caurumiem. Šāds kontroles līmenis atšķiras no augstas veiktspējas konstrukcijas komponenta un defektā esošā.