Lielā apjomā metāla štampēšana automašīnām: Inženierijas un iegādes ceļvedis

TL;DR

Liela apjoma metāla štampēšanas automašīnu ražošana ir mūsdienu transportlīdzekļu ražošanas pamats, kas spēj nodrošināt miljoniem precīzu komponentu ar gandrīz nulles defektiem. Izmantojot progresīvs matražs un augstā ātruma štampēšana tehnoloģijas, ražotāji var sasniegt ražošanas ātrumu, kas pārsniedz 1500 ciklu minūtē, vienlaikus uzturot tolerances līmenī +/- 0,001 collas. Šis process ir būtisks drošības kritiski svarīgu daļu, piemēram, airbagu sensoru, un jaunu EV komponentu, piemēram, vara barošanas kopņu, ražošanai.

Automašīnu inženieriem un iepirkumu menedžeriem panākumi ir atkarīgi no partneru izvēles, kuriem ir sertifikāts saskaņā ar IATF 16949 standarti, kas spēj orientēties materiālu pārejā uz Augstas izturības tēraudu (AHSS) un alumīniju, lai sasniegtu vieglāku konstrukciju. Bez svara iegādājoties kontaktus, stiprinājumus vai sarežģītus vadu rāmjus, pareiza lielserijas štampēšanas stratēģija optimizē vienības izmaksas, izmantojot mēroga ekonomiju, vienlaikus nodrošinot stingru atbilstību globālajām automašīnu kvalitātes prasībām.

Lielserijas ražošanas tehnoloģijas

Automobiļu rūpniecības pieprasījums pēc miljoniem identisku, defektiem brīvu detaļu prasa ražošanas tehnoloģijas, kas apvieno ārkārtīgu ātrumu ar mikroskopisku precizitāti. Galvenais veids, kā to sasniegt, ir Paaugstošā spiešana . Šajā procesā nepārtrauktu metāla lenti ievada presē, kas satur vairākas stacijas. Katra stacija veic konkrētu darbību—griešanu, liešanu, puncēšanu vai kalšanu—katrā preses kustībā vienlaikus. Kā lente pārvietojas uz priekšu, detaļa pakāpeniski iegūst vēlamo formu, līdz tiek atdalīta pēdējā stacijā. Šī metode ir nozares standarts lielā apjoma efektivitātei, ļaujot ražot sarežģītas ģeometrijas bez manuālas iejaušanās starp posmiem.

Lai apmierinātu augošo pieprasījumu pēc elektriskajiem komponentiem mūsdienīgās transportlīdzekļos, Augstā ātruma štampēšana ir kļuvusi neatņemama. Vadošie ražotāji izmanto specializētu aprīkojumu, piemēram Bruderer preses, kas var darboties ātrumā līdz 1,500 kustībām minūtē . Saskaņā ar Wiegel , šī spēja ir būtiska, lai ražotu daudzmiljonu detaļu partijas sarežģītām sastāvdaļām, piemēram, kontaktiem un savienotājiem, kur cikla ilgums tieši ietekmē komerciālo dzīvotspēju. Spēja dziļspiest vara sakausējumus un eksotiskos metālus ar šādām ātrībām nodrošina, ka liela apjoma pasūtījumi EV enerģijas sistēmām tiek izpildīti laikā.

Vēl viens tehnoloģisks lēciens ir pāreja uz Servo preses tehnoloģija . Atšķirībā no tradicionālajām mehāniskajām presēm, kas darbojas fiksētā gaitas ciklā, servopreses izmanto augsta momenta motorus, lai pilnībā kontrolētu slīdņa ātrumu un pozīciju visā gaitā. Tas ļauj "uzturēties" gaitas apakšējā punktā, lai samazinātu atsperību grūti deformējamās materiālos, vai pielāgot ātrumu, lai novērstu plaisāšanu. Automation Tool & Die (ATD) uzsver, ka servopreses, kuru jauda svārstās no 330 līdz vairāk nekā 700 tonnām, ir būtiskas sarežģītu ģeometriju un augstas izturības materiālu veidošanā, kuri citādi sabruktu standarta mehāniskajās presēs.

Galvenās automašīnu sastāvdaļas un pāreja uz elektromobīļiem

Pāreja no iekšdedzes dzinējiem (ICE) uz elektromobiļiem (EV) būtiski ir mainījusi 1. līmeņa piegādātāju un ražotāju nepieciešamo presēto komponentu veidus. Tad kā tradicionālie ICE auto prasa lielas degvielas padeves spraugas, izplūdes cauruļu turētājus un transmisijas stiprinājumus, EV tirgus uzsver elektrisko vadītspēju un siltuma pārvaldību. Vingrētājiem , akumulatora kontakti un aizsargplāksnes tagad ir vieni no augstākā apjoma presētajiem daļām. Šiem komponentiem bieži nepieciešams speciāls rīkojums, lai apstrādātu varu un vara sakausējumus, nebojājot to virsmas pārklājumu, kas ir būtisks elektriskajam veiktspējai.

Drošībai kritiski komponenti joprojām ir pastāvīgs apjoma faktors visos transportlīdzekļu veidos. Detaļas, piemēram, drošības jostu korpusi , airbaga montāžas elementi un bremžu ražošanas komponenti, ir jāiztur augstas triecieniekraušanas slodzes un rūpīgi izturības testi. Xometrija norāda, ka precīzs stemplis ir ļoti svarīgs šādām lietojībām, jo tas nodrošina atkārtojamību, ko neliešana vai apstrāde nevar sasniegt mērogā. Piemēram, iespiestas gaisa spilvenas nostiprināšanai ir jāapstrādā tieši tā, kā tas ir paredzēts, milisekunžu laikā; piecu miljonu vienību ražošanas ciklā nav dimensionālās variācijas.

Smaguma samazināšana ir vēl viens dominējošais tendencei, kas ietekmē sastāvdaļu dizainu. Lai uzlabotu degvielas patēriņu ledusskapī un palielinātu elektromobilu darbības jomu, inženieri aizstāja smago tērauda komplektus ar stampiem no alumīnija vai biežākem, izturīgākiem tērauda veidiem. Šis posms rada ražošanas problēmas, jo alumīnija iespiedēšanas procesā ir biežāk sastrēguma un izsituma stāvoklī. Izmēģinātie stampētāji to mazinā, izmantojot progresīvus eļļas un ļoti polizētas formulas, lai nodrošinātu gaišu materiālu plūsmu, vienlaikus saglabājot strukturālo integritāti, kas nepieciešama šasijas un korpusa baltās krāsās lietošanai.

Materiālu zinātne automobiļu zīmēšanas jomā

Augstas apjoma štampēšanā materiālu izvēle vairs nav ierobežota ar mīksto tēraudu. Drošības un efektivitātes palielināšanas dēļ ir kļuvuši populāri Augstas stiprības sakausējumi (AHSS) . Šie materiāli piedāvā izcili stiepes izturību, ļaujot inženieriem izmantot plānākus biezumus, lai ietaupītu svaru, nekompromitējot drošību. Tomēr AHSS prasa daudz lielāku tonnāžu presēm un izturīgākiem rīka materiāliem, piemēram, karbīdam, lai pretestos ekstrēmai nolietošanai, kas rodas ražošanas laikā. "Atgriešanās" efekts — kad metāls pēc liekšanas mēģina atgriezties sākotnējā formā — AHSS ir izteiktāks, tādēļ nepieciešama sofistikāta veidņu inženierijas pieeja, lai precīzi pārliektu materiālu.

Elektrifikācijai piedziņas sistēmā, Ciltis un tērauda segumi sakausējumi ir būtiski, jo tiem piemīt lieliska elektriskā vadītspēja. Šie mīkstie metāli rada atšķirīgas problēmas — tie ir ļoti plastiski, taču viegli ievainojami vai deformējami. Varšu kontaktligzdu augstsātuma štampēšanā bieži tiek izmantotas matricas iekšējās uzraudzības sistēmas, lai noteiktu skaldes vai netīrumus, kas var sabojāt delikātās kontaktvirsmas. Turklāt daudziem EV komponentiem ir nepieciešamas priekšpārklāti materiāli (piemēram, ar alvu vai sudrabu pārklāts varš), lai uzlabotu vadītspēju un korozijizturību. Štampēšanas process ir jāveic pietiekami maigi, lai izveidotu detaļu, neiznīcinot šos svarīgos pārklājuma slāņus.

Alumīnijs spiedšana turpina attīstīties strukturāliem un kosmētiskiem pielietojumiem. Lai gan tā nodrošina izcili stipruma un svara attiecību, alumīnijs pretēji tēraudam rada atšķirīgu uzvedību stresa apstākļos. Tam ir zemākas formējamības robežas un nepieciešami konkrēti liekšanas rādiusi, lai izvairītos no plaisāšanas. Spiedējiem rūpīgi jākontrolē sprauga starp spiedīkli un veidni — parasti šī sprauga ir mazāka nekā tēraudam —, lai iegūtu tīras, bezuzmetumu malas alumīnija detaļām, ko izmanto siltumizolācijā, stiprinājumos un dekoratīvajā apdare.

Kvalitātes standarti un nulles defektu prasība

Automobiļu nozarē kvalitātes sertifikācijas nav neobligāti papildinājumi; tās ir darbības licences. IATF 16949 ir globālais tehniskais specifikācijas un kvalitātes pārvaldības standarts automašīnu rūpniecībā. Tas ievērojami pārsniedz vispārīgās ISO 9001 prasības, nosakot stingru risku pārvaldību, defektu novēršanu un piegādes ķēdes vienveidību. Štampētājs bez šīs sertifikācijas parasti nevar piegādāt produktus Tier 1 vai OEM klientiem. Šis standarts uzspiež „nulles defektu” domāšanas veidu, kura mērķis ir nevis tikai noteikt bojātas detaļas, bet gan novērst to ražošanu kopumā.

Lai to sasniegtu, lielā apjomā štampētāji izmanto Ražošanas daļu apstiprināšanas process (PPAP) un Pamatota produkta kvalitātes plānošana (APQP) . PPAP apliecina, ka ražošanas process potenciāli spēj ražot produktu, kas faktiskas ražošanas darbības laikā pie norunātā ražošanas apjoma pastāvīgi atbilst visām prasībām. Tas ietver rūpīgu pirmo simtu daļu mērīšanu un dokumentēšanu, bieži izmantojot Cpk (procesa spējas) analīzi, lai statistiski pierādītu stabilitāti.

Ražotnes telpās šos standartus nodrošina tehnoloģija. JV Manufacturing paskaidro, ka automatizētas redzes sistēmas un matricas sensori ir būtiski, lai uzturētu kvalitāti augstās ātrumā. Šie sensori reāllaikā uzrauga spiediena slodzi, detaļu izmešanu un izmēru precizitāti. Ja detaļa atkāpjas pat par daļu no milimetra vai ja atkritums netiek pareizi izmests, sistēma nekavējoties aptur presi, lai novērstu rīka bojājumu un izolētu aizdomīgo detaļu. Šī 100% pārbaudes iespēja ir vienīgais veids, kā garantēt detaļu uz miljonu (PPM) kvalitātes līmeni, ko prasa automašīnu montāžas līnijas.

Izmaksu faktori un stratēģiska piegāde

Lielapjoma stempēšanas ekonomiku nosaka mēroga Ekonomika . Lai gan ieguldījums progresīvajos matricēs (cietā instrumentu izgatavošana) var svārstīties no desmit tūkstošiem līdz simtiem tūkstošu dolāru, šīs izmaksas tiek izkliedētas visā programmas dzīves laikā. Detaļai, kuras gadā tiek ražoti 5 miljoni vienību, 50 000 ASV dolāru vērta matrica pievieno tikai vienu centu vienības izmaksām. Savukārt, izmantojot zemākas izmaksas "mīkstās rīkošanas" metodi, kas piemērota prototipēšanai, rezultātā būtu nepieņemami augsta gabalizmaksa un lēna piegāde. Iepirkumu komandām ir jāievēro šie faktori, bieži noslēdzot ilgtermiņa līgumus, lai attaisnotu kapitāla izdevumus instrumentu izgatavošanā.

Efektīva iepirkšanas stratēģija ņem vērā arī piegādātāja spēju palielināt apjomus. Daudzas automašīnu programmas sākas ar prototipēšanas fāzi, kurā nepieciešams ātrs apgrozījums, pirms pārejas uz masveida ražošanu. Programmām, kurām nepieciešama bezšuvju pāreja no sākotnējās validācijas uz masveida ražošanu, piegādātāji, piemēram, Shaoyi Metal Technology piedāvā integrētus risinājumus, izmantojot spiedieniekārtas līdz 600 tonnām un IATF 16949 sertificētu precizitāti, lai mērogotu no 50 prototipiem līdz miljoniem kritisku komponentu. Piegādātāja pilnas automobiļu štampēšanas iespējas nodrošina, ka viņi spēj nodrošināt gan elastību, kas nepieciešama attīstībai, gan arī izturīgu kapacitāti, kas vajadzīga palaišanai.

Galīgie izmaksu faktori ietver materiālu izmantošanu un cikla laiku. Labi izstrādāts progresīvais veidnis maksimizē detaļu skaitu uz strēmeles (materiāla iznākums) un minimizē atkritumus. "Gandrīz galīgā formas" štampēšana samazina sekundāro operāciju, piemēram, apstrādes ar griešanu, nepieciešamību, tādējādi papildus samazinot izmaksas. Pieprasot piedāvājumu, pilnu CAD datu, gada apjoma prognožu un konkrētu sakausējumu klases norādīšana ļauj štampētājam izstrādāt izdevīgāko strēmeles izkārtojumu, tieši ietekmējot gala cenu par detaļu.

Inženierijas mobilitātes nākotne

Kā elektrifikācija un autonomie sistēmas ietekmē automašīnu nozari, lielapjomu metāla štampēšanas loma kļūst vēl svarīgāka. Nozare pāriet ārpus vienkāršas metāla formēšanas uz sarežģītas, integrētas ražošanas jomu, kur precizitāte, materiālu zinātne un ātrums apvienojas. Iegādes partneri, kuri apvieno stingru IATF 16949 atbilstību ar jaunākajām servo un augstsākuma tehnoloģijām, būs tie, kas veiksmīgi atbalstīs nākotnes paaudzes transportlīdzekļu arhitektūras izstrādi. Pircējiem un inženieriem jākoncentrējas uz tehniskās kompetences pārbaudi — nodrošinot, ka izvēlētais piegādātājs ir ne tikai pietiekams jaudā, bet arī spējīgs miljoniem reižu nodrošināt defektu brīvu darbību.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp progresīvo matricu un pārnešanas matricu stiepšanu?

Progresīvā štancēšanas veidne pārvieto nepārtrauktu metāla lenti cauri vairākām stacijām vienā veidnē, kas padara to ātrāku un izmaksu ziņā efektīvāku maziem, liela apjoma pantiem. Pārneses štancēšanas veidne ietver sagriešanu no lentas agrīnā posmā un mehānisku pārnešanu starp atsevišķām veidņu stacijām. Pārneses veidnes parasti tiek izmantotas lielākiem daļām (piemēram, rāmjiem vai apvalkiem), kas prasa sarežģītākas formas veidošanas operācijas, kuras nevar veikt, kamēr daļa ir pievienota lentai.

2. Kāpēc IATF 16949 sertifikācija ir svarīga metāla štancēšanai?

IATF 16949 ir specifisks kvalitātes pārvaldības standarts automašīnu nozarei, kas uzsvēr uz defektu novēršanu, piegādes ķēdes konsekvenci un nepārtrauktu uzlabošanos. Metāla štancēšanas uzņēmumam šī sertifikācijas iegūšana apliecina, ka tam ir stingri procesu kontroles, dokumentācija (PPAP) un risku pārvaldības sistēmas, kas nepieciešamas, lai novērstu kļūmes drošības nozīmes automašīnu komponentos.

3. Kādi materiāli ir visbiežāk izmantoti EV iespiedēs?

Elektrisko transportlīdzekļu (EV) iespiedēšana lielā mērā izmanto varš un vara sakausējumi (piemēram, C11000 vai berilija vara) busbars, termināli un savienojumi, jo tie ir ļoti elektriski vedami. Alumīnijs ir plaši izmantojams arī bateriju korpusu, siltuma aizsardzībai un konstrukcijas stiprinājumiem, lai samazinātu transportlīdzekļa kopējo svaru un kompensētu bateriju komplektu smagu masu. Augstās stiprības tērauds (AHSS) joprojām ir izplatīts konstrukciju trieciena aizsardzības komponentiem.