STRESZCZENIE

Obcinanie tłoczonych części samochodowych to kluczowa operacja wtórna, podczas której nadmiarowy materiał – znany jako dODATEK lub obrzutki – jest usuwany z uformowanego elementu, aby osiągnąć jego końcowy profil wymiarowy. Dzieje się to zazwyczaj po fazie głębokiego tłoczenia i przekształca surowy kształt utrzymywany przez matrycę w precyzyjny detal gotowy do montażu. Producenci wykorzystują głównie dwie metody: mechaniczne matryce obcinające do masowej produkcji (z wykorzystaniem mechanizmów sterowanych krzywkowo lub szczękowych) oraz cięcie laserowe 5-osiowe do prototypów, małoseryjnej produkcji lub dla hartowanych stali borowych. Optymalizacja tego etapu jest niezbędna, aby zapobiec wadom takim jak zadziory czy opiłki żelaza, a także kontrolować koszty odpadów.

Rola obcinania w procesie tłoczenia samochodowego

W hierarchii metalowego tłoczenia samochodowego, obcinanie pełni rolę decydującego mostu między tworzeniem formy a finalnym wykończeniem. Aby zrozumieć jego funkcję, należy najpierw poznać mechanikę rysunek proces. Gdy płaska płyta (blacha) jest formowana w kształt 3D — na przykład panel drzwi lub błotnik — wymagany jest dodatkowy materiał wzdłuż obwodu. Ten materiał, utrzymywany przez pierścień dociskowy, kontroluje przepływ metalu do wnęki matrycy, zapobiegając powstawaniu fałd i pęknięć. Po zakończeniu procesu wykrawania ten materiał utrzymujący staje się znany jako dODATEK lub obrzutki i nie pełni żadnej dodatkowej funkcjonalnej roli.

Wykrawanie usuwa ten nadmiar, ujawniając rzeczywisty kształt części. Rzadko jest wykonywane jako odrębny proces; zamiast tego, jest integrowane w szerszą matryca transferowa lub postępowa forma sekwencję. Typowy przebieg procesu jest następujący:

1. Wykrawanie: Tnienie początkowego układu blachy.
2. Wyciąganie: Formowanie złożonej geometrii 3D (tworzenie addendum).
3. Obróbki: Precyzyjne usunięcie addendum.
4. Wykrawanie/Głodowanie: Zginanie zakładek lub przebijanie otworów do montażu.

Precyzja linii wykroju jest pierwszorzędna. Odchylenie rzędu kilku mikronów może wpływać na kolejne operacje, takie jak krawietowanie lub zaginanie , gdzie krawędź jest zaginana, aby uzyskać bezpieczny, gładki wykończenie elementów takich jak maski i drzwi. Dla inżynierów wybór metody cięcia decyduje nie tylko o tolerancji elementu, ale również o budżecie na oprzyrządowanie i skalowalności produkcji.

Metoda 1: Mechaniczne cięcie matrycowe (standard dla dużych serii)

Dla produkcji seryjnej — ponad 100 000 sztuk rocznie — cięcie mechaniczne jest standardem przemysłowym. Ta metoda wykorzystuje twarde oprzyrządowanie wykonane ze stali narzędziowej lub węglików, które ścinają metal w jednym stroke'u prasy. Mechanika procesu polega na działaniu noża, który przesuwa metal poza stały trzpień matrycy, powodując pękanie materiału w kontrolowanej strefie luzu.

Inżynierowie zazwyczaj wybierają jedną z dwóch metod mechanicznych, w zależności od geometrii części i wymagań dotyczących jakości krawędzi:

• Cięcie dociskowe: Ta metoda jest często stosowana dla wykrojonych osłonek lub części w kształcie kubka. Obcinanie odbywa się poprzez "ściśnięcie" materiału przy pionowej ścianie. Mimo że jest to rozwiązanie opłacalne i prostsze w utrzymaniu, obcinanie przez ściskanie może pozostawić niewielki stopień lub cienkowanie na linii cięcia, co może być niedopuszczalne dla powierzchni zewnętrznych klasy A.
• Obcinanie drgające (cam): W przypadku komponentów samochodowych o wysokiej precyzji preferowane jest obcinanie napędzane krzywkowo. W tym rozwiązaniu bloki sterujące przekształcają ruch pionowy prasy w poziome lub ukośne skokowe ruchy tnące. Pozwala to matrycy na obcinanie złożonych, profilowanych krawędzi prostopadle do powierzchni metalu, co daje czystszy brzeg o minimalnych zadziorach. Zgodnie z Wykonawca , uzyskanie odpowiedniego luzu tnącego—zazwyczaj wynoszącego 10% grubości materiału—jest krytyczne dla zapobiegania przedwczesnemu zużyciu narzędzi.

Zalety: Niezrównane czasy cyklu (sekundy na sztukę); ekstremalnie spójne wymiary; niższy koszt zmienny na jednostkę.
Wady: Wysokie wydatki kapitałowe (CapEx) na oprzyrządowanie; drogie i powolne modyfikacje w przypadku zmian projektu.

Metoda 2: Obcinanie laserowe 5-osiowe (elastyczność i prototypowanie)

Gdy projekty samochodów zmierzają ku materiałom o wysokiej wytrzymałości i lekkiej konstrukcji, tradycyjne obcinanie mechaniczne napotyka ograniczenia. Stale o ultra-wysokiej wytrzymałości (UHSS) oraz hartowane boronem części stalowe są często zbyt twarde, aby można je było ekonomicznie obcinać za pomocą tradycyjnych matryc, ponieważ prowadzi to do szybkiego uszkodzenia narzędzi. Wkracza obcinanie laserowe 5-osiowe .

Obcinanie laserowe wykorzystuje skoncentrowaną wiązkę światła do stopienia i przecięcia materiału. Wieloosiowy manipulator robotyczny prowadzi głowicę tnącą po złożonych konturach 3D bez kontaktu fizycznego. Ta metoda eliminuje potrzebę stosowania twardych narzędzi, umożliwiając natychmiastowe wprowadzanie zmian konstrukcyjnych (ECO) poprzez po prostu aktualizację programu CNC.

Ta technologia odgrywa kluczową rolę w dwóch konkretnych sytuacjach:

1. Szybkie tworzenie prototypów: Zanim zostaną poniesione koszty drogich twardych matryc, inżynierowie używają obcinania laserowego do weryfikacji geometrii części i ich dopasowania.
2. Termowypalanie: W przypadku elementów krytycznych dla bezpieczeństwa, takich jak słupki B formowane w wysokich temperaturach, materiał natychmiast twardnieje. Cięcie laserowe jest jedyną możliwą opcją cięcia tych utwardzonych komponentów bez niszczenia konwencjonalnych narzędzi tnących.

Chociaż cięcie laserowe nie wymaga kosztów narzędzi, ma znacznie wyższy koszt operacyjny (OpEx) ze względu na wolniejsze czasy cyklu. Mechaniczna prasa może wykonać cięcie błotnika w 4 sekundy; laser może zająć nawet 90 sekund. Jednak dla producentów przejściowych między prototypem a produkcją seryjną, ta elastyczność jest nieoceniona. Partnerzy tacy jak Shaoyi Metal Technology wykorzystują tę dwoistość, oferując rozwiązania skalowalne od serii 50 sztuk prototypowych (przy użyciu elastycznego cięcia) po miliony seryjnych części certyfikowanych zgodnie z IATF 16949, produkowanych na prasach 600 ton.

Typowe wady cięcia i ich rozwiązywanie

Kontrola jakości w procesie obcinania dominowana jest walką z wadami krawędzi. Nawet niewielkie niedoskonałości mogą prowadzić do problemów podczas montażu lub stanowić zagrożenie dla pracowników linii produkcyjnej. Rozwiązywanie problemów koncentruje się zazwyczaj na trzech głównych przyczynach: zadziorach, opiłkach żelaznych i odkształceniach.

1. Zadziory i załamane krawędzie

A nożownica to ostra, podniesiona krawędź, podczas gdy zafalowanie krawędzi to zaokrąglona krawędź po przeciwnej stronie. Są to naturalne skutki uboczne procesu cięcia nożycowego, jednak muszą być utrzymywane w granicach dopuszczalnych. Zbyt duża wysokość zadziory jest niemal zawsze spowodowana nieprawidłową szczeliną cięcia . Jeżeli luz między tłokiem a matrycą jest zbyt duży, metal nie tnie się, lecz rozerwie, tworząc duże zadziory. Jeżeli szczelina jest zbyt mała, narzędzia ulegają przedwczesnemu zużyciu. Regularne ostrzenie oraz regulacja płytek dystansowych to standardowe rozwiązanie.

2. Opiłki żelazne (drobinki)

Luźne cząstki metalu, tzw. "drobinki", mogą oderwać się podczas obcinania i wpadać do matrycy. Jeżeli te opiłki znajdą się na kolejnej części podczas operacji kształtowania, powodują wybrzuszenia lub wgniecenia na powierzchni – katastrofa w przypadku elementów estetycznych Płyty klasy A . Rozwiązania obejmują stosowanie odsysaczy odpadów próżniowych w konstrukcji matrycy oraz zapewnienie ostrości krawędzi tnących, aby zapobiec kruszeniu materiału.

3. Odkształcenia i odbicie sprężyste

Zwalnianie naprężeń w wygniecionym elemencie podczas obcinania może spowodować odbicie sprężyste metalu lub jego skręcanie, co prowadzi do utraty dokładności wymiarowej. Zjawisko to występuje szczególnie często w stalach wysokowytrzymałych. W celu przeciwdziałania temu inżynierowie stosują pady ciśnieniowe aby mocno przytrzymywać detal podczas cięcia oraz mogą zaprojektować linię obcinania celowo „przesuniętą” o dokładnie obliczoną wartość, by uwzględnić efekt odbicia sprężystego.

Zarządzanie odpadami i ekonomika procesu

Aspekt biznesowy obcinania wiąże się z zarządzaniem odpadami . Ponieważ materiał usunięty podczas obcinania stanowi odpad, reprezentuje utraconą wartość. Jednak inteligentne inżynierii procesu mogą zminimalizować te straty. Tasowanie oprogramowanie jest wykorzystywane w fazie blankowania do rozmieszczenia elementów na taśmie blachy w taki sposób, aby zminimalizować niezbędną nadmiarową powierzchnię, skutecznie zmniejszając ilość materiału, który trzeba będzie obciąć później.

Fizyczne usuwanie odpadów stanowi również wyzwanie logistyczne. W szybkobieżnych matrycach progresywnych kanały odpadowe i przenośniki wibracyjne muszą skutecznie usuwać uboczny materiał, aby zapobiec tzw. "podwójnym uderzeniom"—gdy odpady blokują matrycę, powodując katastrofalne uszkodzenie narzędzi. W przypadku tłoczonych części samochodowych koszt matrycy tnącej jest często uzasadniany nie tylko jakością wyrobu, ale również niezawodnością systemu wyrzutu odpadów, który gwarantuje ciągłą gotowość urządzenia.

Podsumowanie

Obcinanie to coś więcej niż tylko operacja cięcia; to decydujący moment, w którym arkusz metalu staje się precyzyjnym komponentem samochodowym o dokładnych wymiarach. Niezależnie od tego, czy wykorzystuje się ogromną siłę i szybkość mechanicznych narzędzi obcinających do produkcji dużoseryjnych paneli karoseryjnych, czy też chirurgiczną precyzję pięcioosiowych laserów do struktur bezpieczeństwa ze wzmocnionego materiału, cel pozostaje ten sam: czyste, bez zadziorów krawędzie w ściśle określonych tolerancjach. W miarę jak materiały stosowane w motoryzacji ewoluują w kierunku twardszych i lżejszych stopów, technologie obcinania również się rozwijają, łącząc tradycyjne zasady mechaniczne z nowoczesną elastycznością cyfrową.

Często zadawane pytania

1. Jakie są 7 kroków w metodzie wykrawania?

Chociaż istnieją różnice, standardowy proces tłoczenia w 7 krokach zwykle obejmuje: Wycinka (wycinanie początkowego kształtu), Przebijania (przeciskanie otworów), Rysunek (formowanie trójwymiarowego kształtu) Zgięcie (tworzenie kątów), Gięcie powietrzne (formowanie bez dociskania do dna), Bottoming/koining (tłoczenie dla precyzji i wytrzymałości), a na końcu Obcinanie szczypcowe (usunięcie nadmiaru materiału z uformowanej części).

2. Jaka jest różnica między ścinaniem a obcinaniem?

Obcięcie to ogólny termin opisujący cięcie metalu wzdłuż prostej linii, często używany do tworzenia początkowego blanku z taśmy. Przycinanie to specyficzny rodzaj operacji cięcia wykonywanej na trójwymiarowej formie, której celem jest usunięcie nieregularnych krawędzi (dodatku) i uzyskanie końcowego profilu obwodu. Operacja przycinania wymaga zazwyczaj złożonych, profilowanych matryc zamiast prostych noży.

3. Po co jest potrzebny materiał dodatku, skoro i tak zostanie przycięty?

The dODATEK pełni rolę uchwytu, za który może chwycić pierścień dociskowy podczas procesu tłoczenia. Bez tego dodatkowego materiału metal wpadałby niekontrolowanie do wnęki matrycy, co powodowałoby poważne fałdy, pęknięcia i cienienie. Dodatek zapewnia równomierne rozciąganie się blachy nad tłokiem, poświęcając się, by zagwarantować jakość końcowej części.