STRESZCZENIE

Czasy cyklu produkcji w tłoczeniu motoryzacyjnym są przede wszystkim uzależnione od metody formowania: Zimne wyciskanie jest standardem branżowym dla wysokiej wydajności i szybkości, osiągając typowo 20–60 uderzeń na minutę (SPM) , co odpowiada około 1–3 sekundy na detal. W porównaniu do tego Tłoczenie na gorąco (hartowanie pod prasą) jest znacznie wolniejsze ze względu na wymagany czas hartowania w matrycy, średnio 10–30 sekund na cykl , ale zapewnia lepszą wytrzymałość rozciągania dla elementów bezpieczeństwa.

Dla producentów punktem odniesienia dla efektywności jest często porównanie z liderami takimi jak Toyota, gdzie poszczególne etapy tłoczenia są wykonywane w czasie rzędu zaledwie 3 sekundy. . Chociaż tłoczenie na zimno zapewnia szybki cykl produkcji blach karoseryjnych i elementów konstrukcyjnych, tłoczenie na gorąco pozostaje niezbędne dla kluczowych słupów i wzmocnień, mimo dłuższego czasu cyklu. Optymalizacja tych cykli wymaga zaawansowanych technologii pras serwo oraz zautomatyzowanych systemów transferowych, aby zminimalizować czas obsługi nie dodającej wartości.

Czasy cyklu tłoczenia na zimno: standard produkcji wysokoseryjnej

Tłoczenie na zimno pozostaje podstawą masowej produkcji samochodów, cenioną za możliwość wytwarzania części w temperaturze otoczenia z wyjątkową szybkością. W tym procesie rolki stali lub aluminium są podawane do pras mechanicznych lub serwo, gdzie są cięte, kształtowane i przebijane w szybkiej kolejności. Ponieważ nie występuje wąskie gardło termiczne (oczekiwanie na nagrzanie lub schłodzenie materiału), czas cyklu ograniczony jest wyłącznie przez mechanikę prasy oraz prędkość podawania materiału.

Wskaźnik branżowy dla wydajności tłoczenia na zimno jest często cytowany z linii produkcyjnych Toyoty. W standardowym czterostopniowym procesie pieczętowania (rysunek, przycinanie, gięcie i piercing) każdy krok zajmuje około 3 sekundy. - Do końca. Nowoczesne szybkie linie tandemne i prasy przenośne mogą jeszcze bardziej posunąć tę kwestię. Na przykład warsztat prasowy Toyota Motor Manufacturing France prowadzi swoje linie przy około 25 uderzeń na minutę (SPM) dla pojedynczych części, co oznacza czas cyklu zaledwie 2,4 sekundy na układ. W przypadku pracy z dwoma częściami (dwie części na układ) moc efektywnie podwoi się, co pokazuje ogromną zdolność przepustową formowania na zimno.

Progresujące gniazdo vs. prędkości gniazdkowe

W przypadku tłoczenia na zimno strategia narzędziowania ma znaczący wpływ na czas cyklu:

• Progressive Die Stamping: Jest to najszybsza metoda, idealna dla mniejszych, złożonych części, takich jak uchwyty i mocowania. Taśma metalowa jest ciągle zasilająca jedną matrycę z wieloma stacjami. Prędkości mogą łatwo przekroczyć 6080 SPM ponieważ element pozostaje przymocowany do wstęgi nośnej, umożliwiając szybkie i precyzyjne przemieszczanie bez złożonych ramion transferowych.
• Transfer Die Stamping: Stosowane do większych paneli nadwozia i komponentów strukturalnych, które muszą być odseparowane od wstęgi, by można je było formować. Mechaniczne palce transferowe przesuwają część między stanowiskami. Choć wolniejsze niż tłoczenie progresywne, nowoczesne przenośniki napędzane serwomechanizmami osiągają wyższe prędkości, dochodząc do 15–30 SPM zakresu, łącząc możliwość obsługi dużych części z wydajnością produkcji.

Poniższa tabela przedstawia typowe metryki wydajności dla technologii tłoczenia na zimno:

Czasy Cyklu Gorącego Stampowania: Wysoka Wytrzymałość w Wymianie

Gorące stampowanie, czyli hartowanie pod prasą, odbywa się w zasadniczo innym tempie. Ten proces polega na nagrzaniu blanków ze stali borowej do około 900°C (1 650°F) w piecu, zanim są przeniesione do chłodzonej matrycy. Charakterystyczną cechą tego cyklu nie jest prędkość formowania, lecz czas zatrzymania czas wymagany do gaszenia. Detal musi być utrzymywany pod ciśnieniem w zamkniętej matrycy podczas szybkiego ochładzania, aby przekształcić strukturę mikro w martenzyt, osiągając wytrzymałość na rozciąganie do 1 500 MPa.

Ta faza gaszenia powoduje znaczne zwężenie. Typowy cykl gorącego stampowania trwa pomiędzy 10 i 30 sekund , co jest od 5 do 10 razy wolniejsze niż zimne tłoczenie. Podział typowego cyklu tłoczenia na gorąco wygląda zazwyczaj następująco:

1. Przesunięcie (piec do prasy): < 3 sekundy (kluczowe, aby zapobiec przedwczesnemu schłodzeniu)
2. Kształtowanie: 1–2 sekundy
3. Hartowanie (czas wytrzymania): 5–15 sekund (główny koszt czasowy)
4. Wyrzut i usuwanie elementu: 2–4 sekundy

Aby złagodzić ten spowolniony proces, producenci często stosują matryce wielokomorowe (tłoczące jednocześnie 2, 4, a nawet 8 części), aby zwiększyć efektywną liczbę sztuk na minutę, nawet jeśli czas cyklu na jeden suw pozostaje długi. Ostatnie postępy w projektowaniu kanałów chłodniczych oraz stalach narzędziowych o wysokiej przewodności cieplnej powoli skracają te czasy, a niektóre zaawansowane linie deklarują cykle zbliżające się do 8–10 sekund, choć nie jest to jeszcze powszechnym standardem.

Kluczowe czynniki wpływające na szybkość produkcji

Poza podstawową fizyką formowania na gorąco i na zimno, kilka czynników technologicznych odgrywa kluczową rolę w skracaniu czasu produkcji o pojedyncze sekundy. Przejście od napędów mechanicznych do technologia prasy serwo stanowiło przełom. W przeciwieństwie do mechanicznego koła zamachowego pracującego ze stałą prędkością, prasa serwo charakteryzuje się programowalnym ruchem suwaka. Inżynierowie mogą zaprogramować prasę tak, aby zwalniała jedynie w trakcie kluczowego momentu kształtowania, a następnie przyspieszała podczas nieaktywnej fazy suwu (podejście i powrót). Optymalizacja ta może skrócić czas cyklu o 30–60% w porównaniu z tradycyjnymi prasami mechanicznymi.

Automatyzacja i efektywność wymiany narzędzi są równie ważne. W środowiskach produkcyjnych o dużej mieszance produkcji, "czas cyklu" nie dotyczy wyłącznie prędkości suwu, lecz dostępności maszyny. Nowoczesne linie tłoczenia, takie jak te używane do produkcji Toyoty Yaris, wykorzystują zautomatyzowane systemy wymiany matryc oraz chwytaki napędzane serwonapędami, które potrafią przełączyć produkcję z jednej części na drugą w mniej niż 180 sekund . Ta zdolność wymiany narzędzi w jednej minucie (SMED) gwarantuje, że prasa spędza więcej czasu na produkcji elementów, a mniej na bezczynności.

Jednak osiągnięcie zoptymalizowanych czasów cyklu wymaga partnera, który rozumie cały zakres produkcji. Shaoyi Metal Technology specjalizuje się w pokonywaniu luki między szybkim prototypowaniem a produkcją seryjną. Wykorzystując prasy o nośności do 600 ton oraz precyzję zgodną z certyfikatem IATF 16949, wspiera klientów z branży motoryzacyjnej w szybkim weryfikowaniu projektów poprzez prototypy przed przejściem do produkcji wielkoseryjnej. Taki zintegrowany podejście pozwala inżynierom na wczesne wykrywanie wąskich gardeł w czasie cyklu już na etapie projektowania, zapewniając, że takie komponenty jak wahacze czy podwozia są zoptymalizowane pod kątem szybkości i jakości przed rozpoczęciem pełnoskalowej produkcji.

Czas cyklu vs. Czas realizacji vs. Takt Time

W kontekście produkcji motoryzacyjnej "czas" może oznaczać różne rzeczy dla różnych interesariuszy. Pomylenie tych pojęć często prowadzi do niespójnych oczekiwań między zespołami inżynieryjnymi a działami zakupów. Istotne jest rozróżnienie Czas cyklu od innych miar czasowych.

• Czas cyklu (tempo maszyny): To jest czas potrzebny na wykonanie jednej operacji na jednej jednostce. W procesie tłoczenia, jeśli prasa działa z prędkością 20 SPM, cykl trwa 3 sekundy. Ten wskaźnik stanowi główne zagadnienie dla menedżerów zakładu i inżynierów procesów skupiających się na natychmiastowej efektywności linii.
• Czas realizacji (Oczekiwanie klienta): Reprezentuje całkowity czas od momentu złożenia zamówienia do momentu dostawy. Dla nowego projektu tłoczenia, czas realizacji obejmuje projektowanie narzędzi, produkcję form tłocznych oraz testowanie, co zazwyczaj trwa 8–14 tygodni dla form postępujących. Nawet dla istniejących części, czas realizacji obejmuje harmonogramowanie surowców oraz logistykę, mierzoną w dniach lub tygodniach, nie w sekundach.
• Czas taktu (Puls popytu): Czas taktu jest obliczany poprzez podzielenie dostępnego czasu produkcji przez zapotrzebowanie klienta. Jeśli klient potrzebuje 1 000 sztuk dziennie, a zakład pracuje przez 1 000 minut, czas taktu wynosi 1 minutę. Czas cyklu musi zawsze być krótszy niż czas taktu, aby uniknąć niedoborów.
• Czas przepływu pojazdu: To całkowity czas montażu kompletnego samochodu. Dla porównania, gdy tłoczenie panelu drzwi trwa zaledwie kilka sekund, całkowity czas produkcji pojazdu takiego jak Toyota Yaris wynosi około 15 godzin , przy czym malowanie często zajmuje połowę tego czasu.

Podsumowanie

Aby zrozumieć czas cyklu produkcji w procesie tłoczenia karoserii, należy spojrzeć dalej niż tylko na stoper i przeanalizować wymagania procesowe. Choć tłoczenie na zimno oferuje zawrotną prędkość 20–60 uderzeń na minutę (SPM), niezbędną do produkcji dużych partii zewnętrznych paneli, tłoczenie na gorąco akceptuje wolniejszy cykl trwający 10–30 sekund, by zapewnić ratującą życie wytrzymałość elementów konstrukcji bezpieczeństwa. Wybór rzadko zależy wyłącznie od szybkości, lecz od równowagi między właściwościami materiału, geometrią i wielkością serii.

Dla inżynierów motoryzacyjnych optymalizacja polega na wykorzystywaniu technologii takich jak prasy serwo i zautomatyzowane systemy transferowe w celu minimalizacji czasu nie dodającego wartości. Poprzez jasne określenie różnic między czasem cyklu a czasem realizacji oraz wybór odpowiedniej metody tłoczenia dla danej aplikacji, producenci mogą osiągnąć zsynchronizowaną efektywność, która charakteryzuje współczesną produkcję samochodową.

Często zadawane pytania

1. Jak długo trwa cały proces tłoczenia karoserii samochodu?

Chociaż poszczególne elementy są tłoczone w ciągu kilku sekund (zazwyczaj 1–3 sekundy na etap), kompletna karoseria składa się ze setek tłoczonych części. Nowoczesne warsztaty tłoczenia produkują te części partiami. Rzeczywisty czas, przez który konkretny arkusz metalu przebywa w linii tłoczenia, jest bardzo krótki – często mniej niż 15 sekund dla pełnego procesu czterokrokowej linii tandemowej – jednak koordynacja logistyczna niezbędnego do wyprodukowania wszystkich części dla pojazdu zwykle rozciąga się na kilka zmian lub dni gromadzenia zapasów.

2. Jakie są typowe etapy cyklu tłoczenia w przemyśle motoryzacyjnym?

Standardowa linia tłoczenia samochodowego zwykle obejmuje cztery odrębne kroki: Rysunek (tworzenie początkowego kształtu 3D), Przycinanie (odcinanie nadmiaru metalu), Gięcie/Falowanie (tworzenie precyzyjnych krawędzi i sztywności), oraz Przeciskanie/Dociskanie (wykrawanie otworów i doprecyzowanie końcowej geometrii). W linii tandemowej te operacje odbywają się w oddzielnych prasach; w systemie transferowym lub matrycy progresywnej następują one kolejno w jednym układzie prasy.

3. Dlaczego tłoczenie na gorąco jest znacznie wolniejsze niż tłoczenie na zimno?

Tłoczenie na gorąco wymaga nagrzania metalu do ok. 900°C, a następnie schłodzenia (utwardzania) podczas trzymania go w matrycy, aby ustalić strukturę stali martenzytycznej. Ta faza chłodzenia, czyli tzw. "czas postoju", trwa zazwyczaj 5–15 sekund, przez które prasa nie może się otworzyć. Tłoczenie na zimno nie wymaga tego okresu oczekiwania termicznego, umożliwiając ciągłe działanie prasy z maksymalną prędkością mechanizmu.