STRESZCZENIE

Dokładnie obliczanie siły prasy dla części samochodowych wymaga różnych podejść dla tłoczenia metalu i formowania wtryskowego, z ważnym ostrzeżeniem dotyczącym nowoczesnych materiałów. Dla tłoczenia metalu podstawowym wzorem jest Tonaż = Obwód × Grubość × Wytrzymałość na ścinanie . Jednak standardowe obliczenia zawodzą w przypadku zaawansowanych stali o wysokiej wytrzymałości (AHSS), gdzie wyższa wytrzymałość na rozciąganie oraz umocnienie odkształceniowe mogą zwiększyć wymaganą siłę nawet o 3–5 razy w porównaniu ze stalą miękką.

W zastosowaniach formowania wtryskowego głównym wzorem jest Siła docisku = Powierzchnia rzutowana × Współczynnik docisku (zazwyczaj 2–5 ton/gał² w zależności od grubości ścianki). Zespoły inżynieryjne muszą zweryfikować nie tylko maksymalną siłę, ale także zdolność energetyczną (energię koła zamachowego), aby zapobiec zatrzymaniu się prasy podczas operacji głębokiego tłoczenia. Należy zawsze sprawdzić obliczenia przy użyciu analizy metodą elementów skończonych (FEA) przed ostatecznym opracowaniem projektu matrycy.

Zmiana paradygmatu AHSS: dlaczego stare wzory zawodzą

W sektorze motoryzacyjnym przejście od stali łagodnej do stali o zaawansowanej wytrzymałości (AHSS) uczyniło "prawo palca" z lat 80. przestarzałym. Podczas gdy tradycyjne zasady (takie jak długość × grubość × stała) działały dla ogólnych uchwytów, stwarzają one poważne zagrożenia dla bezpieczeństwa nowoczesnych komponentów konstrukcyjnych samochodów, takich jak filary B lub wzmocnienia podwozia.

Stal AHSS, takie jak stal podwójnie fazowa (DP) i stali trzeciej generacji, obecnie regularnie przekraczają wytrzymałość na rozciąganie 1180 MPa. Wprowadza to "efekt mnożnika", w którym siła wymagana do cięcia lub formowania materiału nie ma skali liniowej. AHSS Guidelines ostrzegają, że w przypadku konwencjonalnych prognoz często podlicza się wymaganą tonaż, co prowadzi do przerwy w pracy prasy lub katastrofalnego uszkodzenia ramy.

Ponadto inżynierowie muszą odpowiadać za Umocnienie plastyczne - Nie. W przeciwieństwie do stali łagodnej, która zachowuje stosunkowo spójne zachowanie, AHSS znacznie wzmacnia się w miarę deformacji. W przypadku materiału zaczynającego się od 980 MPa wytrzymałość wydajności może wzrosnąć o ponad 100 MPa podczas procesu formowania. W związku z tym prasy wybrane wyłącznie na podstawie pierwotnych właściwości materiału często nie będą miały potrzebnej krzywej energii do ukończenia uderzenia, nawet jeśli ich nominalna tonaż szczytowa wydaje się wystarczająca.

Część 1: Obliczenia tonażu pieczętowania metalu

W przypadku części konstrukcyjnych samochodów dokładny obliczenie tonażu rozpoczyna się od fizyki niewydolności cięcia i rozciągania. Obliczenie różni się w zależności od tego, czy operacja jest cięciem (przebieranie) lub formowaniem (rysunek/gięcie).

Podstawowa formuła: wycieranie i piercing

Podstawowa formuła obliczania siły wymaganej do cięcia blachy to:

T = L × t × Ss

• T = Tonnage (Wymagana siła)
• L = Całkowita długość cięcia (obwodnik)
• t = Grubość materiału
• SS = Wytrzymałość materiału na cięcie

Kluczowa zmiana materiału: W przypadku standardowej stali łagodnej wytrzymałość na ścieranie jest często szacowana na 80% wytrzymałości na rozciąganie. Jednakże w przypadku wysokowytrzymałych stopów samochodowych należy zapoznać się z certyfikatem wytwórcy. Użycie tutaj stałej jest najczęstszą przyczyną niedostatecznych rozmiarów prasy.

Korekta dla bezpieczeństwa i rozbierania

Siła cięcia to tylko część równania. Musisz dodać Siła odciągająca siła potrzebna do wyciągnięcia ciosów z materiału, który mocno się trzyma z powodu sprężyny. W przypadku AHSS siła odciągania może osiągnąć 20% siły cięcia. Dlatego całkowita wymagana tonaż ($T_{total}$) powinna być ogólnie obliczana jako:

$T_{total} = T_{cutting} imes 1,20$ (czynnik bezpieczeństwa i odcięcia)

Praktyczne zastosowanie w produkcji

W przypadku przejścia od obliczeń teoretycznych do produkcji fizycznej, możliwości urządzeń stają się czynnikiem ograniczającym. Dla producentów, którzy chcą przejść od szybkiego prototypowania do produkcji seryjnej, wybór partnera o różnorodnych zdolnościach prasowych ma kluczowe znaczenie. Firmy takie jak Shaoyi Metal Technology wykorzystują prasy o masie do 600 ton w celu spełnienia wymagań dotyczących dużej siły w obrębie ramion i pod ramek sterujących samochodami, zapewniając zgodność obliczeń teoretycznych z wykonaniem certyfikowanym zgodnie z IATF 16949;

Część 2: Tonnage zacisku do formowania wtryskowego

Podczas gdy metalowe stemplowanie dominuje w dyskusji o podwoziach, znaczna część "części samochodowych" oznacza elementy wewnętrzne i estetyczne wytwarzane przez formowanie wtryskowe. W tym przypadku krytyczną miarą jest tonaż zacisku - siła wymagana do utrzymania formy zamkniętej w stosunku do ciśnienia wtrysku.

Formuła przewidywanego obszaru

Standardowa w branży formuła szacowania siły zacisku jest następująca:

F = A × CF

• F = siła zacisku (tony)
• A = Całkowita przewidywana powierzchnia (wliczając biegacze)
• Cf. = współczynnik zacisku (tony na cal kwadratowy/cm2)

Specyfika samochodowa: Cienkie ściany i wysoki przepływ

Standardowe produkty z tworzyw sztucznych mogą mieć współczynnik zacisku 23 tony na cal kwadratowy. Jednak części samochodowe, takie jak zderzaki lub cienkie panele przyrządów, zazwyczaj wymagają wyższego ciśnienia wtrysku, aby wypełnić próżnię przed zamarzaniem materiału. RJG Inc. zauważa, że w przypadku tych wymagających zastosowań współczynnik zacisku należy często zwiększać do 35 ton na cal kwadratowy - Nie. Ponadto należy dodać margines bezpieczeństwa 10% w celu zapobiegania migawieniu, zapewniając, że prasa działa w stabilnym zakresie, a nie w jej absolutnej granicach.

Zaawansowane rozmiary: energia i największa tonażowa

Powszechny błąd w wyborze prasy samochodowej jest mylący Wskaźnik tonażu z Zdolność energetyczną - Nie. 500-tonowa praska może wywołać tylko 500 ton siły w pobliżu samej dolnej części uderzenia (Bottom Dead Center). Jeśli część samochodu wymaga głębokiego pociągnięcia (np. 4 cali dużej miski olejowej), formowanie rozpoczyna się kilka cali nad dnem.

Na tej wysokości przewaga mechaniczna prasy jest mniejsza, a dostępna tonaż jest znacznie "zniżony". Co ważniejsze, głębokie rysowanie zużywa ogromną ilość energii z koła. Jeśli energia potrzebna do przemieszczania metalu przekroczy energię kinetyczną przechowywaną przez koło, prasa zatrzyma się, niezależnie od wielkości. Wykonawca wynika z tego, że ignorowanie "krzywy tonażowej" jest główną przyczyną wypalenia silnika i awarii sprzęgła w pieczarnictwie samochodowym.

Zagrożenie odwróconej ilości

Wykonywane przez nas wysoce wytrzymałe operacje wypuszczają ogromną energię natychmiast po złamaniach materiału. W ten sposób powstaje "odwrócony tonaż" (lub przebicie), wysyłając fale uderzeniowe z powrotem przez strukturę prasy. Podczas gdy standardowe prasy tolerują obciążenia odwrotne wynoszące około 10% pojemności, cięcie AHSS może generować obciążenia odwrotne przekraczające 20%. Powtarzające się wstrząsy wyczerpują ramy i niszczą wrażliwe urządzenia elektroniczne. W celu ograniczenia tego ryzyka często wymagane są amortyzatory hydrauliczne lub specjalistyczne serwo-prasy.

Rola symulacji (AutoForm/FEA)

Biorąc pod uwagę zmienne dotyczące twardzenia, współczynników tarcia i złożonych geometrii, ręczne obliczenia należy traktować jako szacunki, a nie ostateczne specyfikacje. Wiodący dostawcy samochodowi wymagają obecnie stosowania oprogramowania do analizy elementów skończonych (FEA), takiego jak AutoForm, do ostatecznego wyboru prasy.

Symulacja zapewnia wgląd, którego formuły nie zawierają, np.:

• Aktywne siły wiązające: Siła zmienna potrzebna do utrzymania arkusza na miejscu podczas rysowania.
• Lokalne mapy twardnienia: Wizualizując dokładnie, gdzie materiał wzmocnienie wydajności szczyty podczas formowania.
• Ewolucja tarcia: W jaki sposób uszkodzenie smaru wpływa na wymagania dotyczące tonażu w trakcie jazdy.

Według Symulacja pieczętowania , weryfikacja procesu cyfrowo zapobiega nieprzewidywalnym kosztom "wypadków" podczas fizycznych prób. W celu cytowania zawsze należy użyć górnej granicy wyników symulacji w celu uwzględnienia zmian partii materiału.

Integralność inżynieryjna w obliczaniu tonażu

Zniknął margines błędu w obliczaniu tonażu prasy dla części samochodowych. Wprowadzenie stopów o wysokiej wytrzymałości oznacza, że niewystarczające rozmiary prasy nie są już problemem nieistotnym w zakresie wydajności, lecz katastrofalnym zagrożeniem dla maszyn i bezpieczeństwa. Inżynierowie muszą wykraczać poza formuły statyczne i zrozumieć dynamicznie zachowanie materiału, krzywe energii i dane symulacyjne.

Dokonując rygorystycznego rozróżnienia między szczytowym obciążeniem a pojemnością energetyczną oraz weryfikując wyniki z FEA, producenci mogą chronić swoje aktywa i zapewnić dostawę komponentów wolnych od wad. W tym środowisku, w którym istnieje duża ryzyko, precyzja nie jest tylko celem, ale jedynym standardem operacyjnym.

Często zadawane pytania

1. Jaka jest różnica między tonażem prasy hydraulicznej a mechanicznej?

Prasy hydrauliczne mogą dostarczać pełną tonaż w dowolnym momencie uderzenia, co czyni je idealnymi do głębokiego ciągnięcia, gdzie potrzebna jest siła na początku. Prasy mechaniczne mogą dostarczać pełną tonaż tylko w pobliżu dolnej części uderzenia (dolne martwe centrum) i są ograniczone energią koła pędzącego na wyższych pozycjach.

2. Wykorzystanie W jaki sposób grubość materiału wpływa na obliczenie tonażu?

W przypadku operacji wycierania ton jest bezpośrednio proporcjonalny do grubości materiału. Podwojenie grubości podwaja siłę. Jednakże podczas gięcia i formowania grubość zwiększa siłę wykładniczo, często wymagając dostosowania szerokości otwierania matricy do zarządzania obciążeniem.

3. Wykorzystanie Dlaczego dla tonażu prasy konieczny jest margines bezpieczeństwa?

Zalecane jest zapewnienie marginesu bezpieczeństwa na poziomie 20%, aby uwzględnić różnice materiałowe (np. grubsze partie materiału z huty), zużycie narzędzi (tępe wykrojniki wymagają większego усилия) oraz zapobiec pracy prasy na maksymalnej pojemności, co przyspiesza zużycie ramy i układu napędowego.