Automobiļu balstu stampēšana: jaunākās tehnoloģijas un inženierijas risinājumi

TL;DR

Automobiļu stabiņu žakšana ir augstas precizitātes ražošanas process, kas ir būtisks automašīnu drošībai un strukturālajai integritātei. Tas ietver A, B un C stabiņu veidošanu no ļoti augstas izturības tērauda (UHSS) un jaunākās paaudzes alumīnija sakausējumiem, izmantojot tehnoloģijas, piemēram, karsto žakšanu un progresīvo matricu veidošanu. Ražotājiem jāpanāk līdzsvars starp pretrunīgiem mērķiem: maksimāli uzlabot avārijas aizsardzību — it īpaši pārkritiena un sānu triecienu scenārijos — vienlaikus samazinot svaru, lai uzlabotu degvielas efektivitāti un elektromobīļu (EV) nobraukumu. Jaunākās risinājumos tagad ietilpst servo preses tehnoloģija un speciāla iekārta, lai pārvarētu problēmas, piemēram, atspirgšanu un deformācijas cietēšanu.

Automobiļu stabiņu anatomija: A, B un C

Jebkura pasažieru transportlīdzekļa strukturālo pamatu veido virkne vertikālu balstu, ko sauc par stabiem un apzīmē ar burtiem pēc alfabēta no priekšas uz aizmuguri. Lai gan tie kopīgi nodrošina jumta atbalstu un iedarbības enerģijas novadīšanu, katrs stabs rada unikālas štampēšanas problēmas, ņemot vērā tā specifisko ģeometriju un drošības funkciju.

The A-balsts ietver priekšējo logu un nostiprina priekšējās durvis. Saskaņā ar Group TTM , A-stabi ir izstrādāti ar sarežģītām 3D līkni un mainīgu sienu biezumu, lai optimizētu redzamību, vienlaikus nodrošinot efektīvu avarēšanas aizsardzību. Ģeometriskā sarežģītība bieži prasa vairākas formēšanas operācijas, lai izveidotu flančus priekšējā loga montāžai, nekompromitējot staba strukturālo stingrumu.

The B-balsts ir, iespējams, svarīgākais komponents pasažieru drošībai sānu sadursmēs. Atrodas starp priekšējām un aizmugurējām durvīm, savienojot transportlīdzekļa grīdu ar jumtu un veidojot galveno slodzes ceļu avārijas laikā. Lai novērstu ielaušanos pasažieru kabinē, B stabiem jābūt ārkārtīgi augstai izturības robežai. Ražotāji bieži izmanto pastiprinājuma caurules vai augstas izturības tērauda plākšņu komplektus staba konstrukcijā, lai maksimāli palielinātu enerģijas absorbēšanu.

C un D stabi balsta kabines aizmuguri un aizmugures logu. Lai gan tie iztur zemāku tiešo triecienu slodzi salīdzinājumā ar B stabu, tie ir būtiski vērpes cietībai un aizmugures daļas triecienizturībai. Mūsdienu ražošanā šie komponenti aizvien biežāk tiek integrēti lielākos ķermeņa sānu ārējos paneļos, lai samazinātu montāžas darbus un uzlabotu transportlīdzekļa estētiku.

Materiālu zinātne: Pāreja uz UHSS un AHSS

Automašīnu štampēšanas rūpniecība lielā mērā ir pārgājusi no maigā tērauda uz Ultraaugstas izturības tēraudu (UHSS) un Jaunās paaudzes augstizturīgu tēraudu (AHSS), lai atbilstu stingrām sadursmju drošības regulācijām. Šis pārejas process ir motivēts ar vajadzību palielināt izturības attiecību pret svaru, kas ir īpaši svarīgi elektriskajām automašīnām (EV), kur baterijas svars jākompenzē ar vieglāku korpusa konstrukciju.

Materiālu klases, piemēram, Boratērauds, tagad ir standarta drošībai kritiskās zonās. Šie materiāli pēc termoapstrādes var sasniegt stiepes izturību, kas pārsniedz 1500 MPa. Tomēr strādājot ar šādiem sakietētiem materiāliem, rodas ievērojamas inženierijas grūtības. Lai deformētu materiālu, nepieciešami augstāka tonnāžas spiedpreses, un saliekšanas procesā plaisāšanas vai plīsumu risks ir augstāks salīdzinājumā ar mīkstākiem sakausējumiem.

Šī materiāla attīstība ietekmē arī instrumentu dizainu. Lai izturētu UHSS abrazīvo dabu, spiedformēs jābūt augstas kvalitātes rīka tērauda segmentiem un bieži vien nepieciešamas speciālas virsmas pārklājumu kārtas. Ražotājiem arī jāņem vērā "atgriešanās" efekts — kad metāls pēc formas piešķiršanas mēģina atgriezties sākotnējā formā — to kompensējot, diega virsmā iestrādājot pārmērīgu liekšanu.

Galvenās spiedformēšanas tehnoloģijas: karstā vs aukstā apstrāde

Divas dominējošas metodikas nosaka automašīnu balstu ražošanu: karstā spiedformēšana (spiediet cietināšana) un aukstā apstrāde (bieži izmantojot progresīvas spiedformes). Izvēle starp tām lielā mērā ir atkarīga no detaļas sarežģītības un nepieciešamajām izturības īpašībām.

Karsta zīmogošana ir iecienītākā metode komponentiem, kas prasa ļoti augstu izturību, piemēram, B stabiņiem. Šajā procesā tērauda заготовку silda aptuveni līdz 900 °C, kamēr tā kļūst plastiska (austenitizācija). Pēc tam to ātri pārnes uz atdzesētu matricu, kur notiek vienlaicīga formēšana un quenching. Magna uzsver, ka šī tehnika ļauj izveidot sarežģītas ģeometrijas ar ļoti augstām izturības īpašībām, kuras plaisātu, ja tās formētu aukstumā. Rezultātā iegūst dimensiju stabilitāti nodrošinošu detaļu ar minimālu atgriešanos (springback).

Aukstā deformācija un progresīvās matricas joprojām ir standarts detaļām ar sarežģītiem elementiem, piemēram, A stabiņiem. Progresīvā matrica veic vairākas darbības — perforāciju, nolobīšanu, liekšanu un apgriešanu — vienā nepārtrauktā ciklā, kamēr ruļļa materiāls tiek padots caur presi. Šī metode ir ļoti efektīva lielapjomu ražošanai. Ražotājiem, kuriem nepieciešams pārvarēt atšķirību starp ātru prototipēšanu un masveida ražošanu, partneri kā Shaoyi Metal Technology piedāvā mērogojamas risinājumu, izmantojot prešu iespējas līdz 600 tonnām sarežģītu automašīnu komponentu apstrādei ar IATF 16949 sertificētu precizitāti.

Inovācijas, piemēram, "TemperBox" tehnoloģija, kuru apraksta GEDIA ļauj pielāgotu kalšanu karstās formēšanas procesā. Tas ļauj inženieriem izveidot "mīkstās zonas" sakarstītā B-stabiņā — zonas, kas var deformēties, lai absorbētu enerģiju, kamēr pārējā daļa paliek stingra, lai aizsargātu pasažierus.

Stempēšanas metodoloģiju salīdzinājums

Inženierijas izaicinājumi un risinājumi auto balstu ražošanā

Automobiļu balstu ražošana ir pastāvīgs cīņas ar fiziskajiem ierobežojumiem. Atsperošana ir visizplatītākā problēma UHSS aukstajā stampēšanā. Tā kā materiāls saglabā ievērojamu elastisko atmiņu, tas mazliet atliecas pēc spiedes atvēršanas. Tagad tiek izmantota progresīva simulācijas programmatūra, lai paredzētu šo kustību, ļaujot veidot veidni ar "kompensētu" formu, kas nodrošina pareizu galīgo ģeometriju.

Smērvielas un virsmas kvalitāte ir vienlīdz svarīgi. Augsts kontaktspiediens var izraisīt materiāla pārnese (galling) un pārmērīgu rīku nolietojumu. Turklāt atlikušie smērvielas var traucēt turpmākos metināšanas procesus. Gadījuma pētījums, ko veica IRMCO parādīja, ka pāreja uz bez eļļas, pilnībā sintētisku štampēšanas šķidrumu cinkota tērauda stenderēm samazināja šķidruma patēriņu par 17% un novērsa baltās korozijas problēmas, kas izraisīja metinājumu defektus.

Dimensiju precizitāte nav apspriežams, jo stenderēm precīzi jāatbilst durvīm, logiem un jumta paneļiem. Pat milimetra svārstības var izraisīt vēja troksni, ūdens noplūdes vai nepietiekamu aizvēršanās efektivitāti. Lai nodrošinātu precizitāti, daudzas ražotnes izmanto tiešsaistes lāzera mērīšanas sistēmas vai pārbaudes iekārtas, kas nekavējoties pēc štampēšanas verificē katras montāžas caurules un flanča atrašanās vietu.

Nākotnes tendences: Viegls konstruējums un EV integrācija

Elektromobīļu pieaugums pārveido balsta konstrukciju dizainu. Elektromobīļos lielā baterija prasa intensīvu vieglsvaru citās rāmja daļās. Tas veicina Individuāli savienotas plāksnes (TWB) , kur plāksnes ar dažādu biezumu vai kvalitāti tiek lāzerā sasilinātas kopā pirms spiedformēšanai. Tas nodrošina visbiezāko un stiprāko metālu tikai tur, kur tas nepieciešams (piemēram, augšējā B-balstā) un izmanto plānāku metālu citur, lai ietaupītu svaru.

Arī radikālas dizaina izmaiņas ir tuvākajā nākotnē. Daži koncepti, piemēram, durvju sistēmas bez B-balsta, pilnībā pārveido korpusa struktūru, lai uzlabotu pieejamību. Šie dizaini pārnes strukturālo slodzi, ko parasti uztver B-balsts, uz pastiprinātām durvīm un rokeriem, kas prasa vēl sarežģītākas spiedformēšanas un fiksācijas ierīces, lai saglabātu sānu triecienu drošības standartus.

Precizitāte kā drošības pamatā

Automobiļu balstu ražošana apvieno modernu metalurģiju un precīzu inženierzināšanu. Tā kā drošības standarti attīstās un transportlīdzekļu arhitektūra virzās uz elektrifikāciju, štancēšanas nozare turpina inovēt ar gudrākiem matricām, izturīgākiem materiāliem un efektīvākām tehnoloģijām. Vai nu izmantojot preses cietināšanas siltumu vai progresīvo matricu ātrumu, mērķis paliek nemainīgs: izgatavot stingru, vieglu drošības telpu, kas aizsargā pasažierus bez kompromisiem.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp karsto un auksto štancēšanu balstiem?

Karstā termoplastikā (spiediens cietināšana) ietver tērauda заготовку sildīšanu līdz aptuveni 900°C pirms veidošanas un izkaltēšanas formas iekšienē. Šis process tiek izmantots, lai izgatavotu ļoti augstas izturības komponentus, piemēram, B-stabiņus, kas pretojas ielaušanās mēģinājumiem. Aukstā termoplastikā metālu veido istabas temperatūrā, kas ir ātrāk un enerģijas ziņā efektīvāk, taču augstas izturības materiālos ir lielāks izdevīgums ar atgrieziena deformāciju. To bieži izmanto A-stabiņiem un citiem strukturāliem elementiem.

2. Kāpēc B-stabiņi tiek izgatavoti no ļoti augstas izturības tērauda (UHSS)?

B-stabiņi ir galvenā aizsardzība pret sānu sadursmēm. UHSS izmantošana ļauj stabiņam izturēt milzīgas slodzes un novērst transportlīdzekļa kabīnes sabrukšanu iekšup, nodrošinot pasažieru aizsardzību. UHSS augstais izturības attiecība pret svaru palīdz arī samazināt kopējo transportlīdzekļa masu salīdzinājumā ar maigāka tērauda biezākiem šķērsgriezumiem.

3. Kā ražotāji risina atgrieziena deformāciju izspiestajos stabiņos?

Atgriešanās notiek, kad izspiestais metāls mēģina atgriezties sākotnējā formā. Ražotāji izmanto avanzētu simulācijas programmatūru (AutoForm, Dynaform), lai paredzētu šo uzvedību un izstrādātu izspiešanas formas ar "pārliekšanu" vai kompensētām virsmām. Tas nodrošina, ka detaļa pēc atgriešanās nostājas pareizajos galīgajos izmēros.