Краткое содержание

Штамповка теплоизоляционных экранов для автомобилей — это прецизионный производственный процесс, предназначенный для управления тепловыми нагрузками транспортного средства с использованием тонколистовых металлов, как правило 0,3 мм до 0,5 мм из алюминиевых сплавов (1050, 3003) или нержавеющую сталь (Grade 321). Производственный процесс часто использует прогрессивная штамповка или пресс-перемещение, включая важный этап тиснение до формовки.

Процесс тиснения — создание рисунков в виде полусфер или штукатурки — значительно повышает структурную жесткость тонких фольг и улучшает тепловую отражательную способность. Инженерный успех зависит от баланса между формовочными свойствами материала и управлением дефектами, в частности контролем появление морщин в процессе формовки при аварии и поддержанием жестких допусков (до ±0,075 мм), чтобы обеспечить бесшовную сборку.

Выбор материала: Сплавы, виды термообработки и толщина

Выбор правильного основного материала является базовым этапом при проектировании тепловых экранов и определяется в первую очередь местоположением компонента и уровнем тепловой нагрузки, которую он должен выдерживать. Производители должны соблюдать баланс между снижением массы и термостойкостью, что приводит к разделению областей применения алюминия и нержавеющей стали.

Алюминиевые сплавы (серии 1000 и 3000)

Для экранирования в общих областях под днищем и в моторном отсеке предпочтительным выбором является алюминий благодаря его высокой отражательной способности и малому весу. В качестве стандарта отрасли обычно используются сплавы 1050 и 3003 эти материалы часто поставляются в состоянии O-вида (отожженное/мягкое) чтобы обеспечить максимальную формуемость на начальных этапах штамповки.

• Диапазон толщины: Стандартные экраны используют листы толщиной от 0,3 мм до 0,5 мм в двухслойных конструкциях могут применяться фольги толщиной до 0.2mm создавать воздушные зазоры, которые дополнительно изолируют от теплового излучения.
• Упрочнение при деформации: Важная особенность обработки алюминия марки 1050-O — физическое изменение при тиснении. Механическое нанесение рисунка на рулон приводит к упрочнению материала, фактически изменяя его состояние с состояния O на более твёрдое, часто классифицируемое как H114 . Эта дополнительная жёсткость важна для удобства обращения, но меняет параметры последующих операций формовки.

Нержавеющая сталь (марка 321)

В зонах с высокими тепловыми нагрузками, таких как турбокомпрессоры и выпускные коллекторы, температура плавления алюминия (прибл. 660 °C) недостаточна. В таких случаях инженеры используют нержавеющая сталь 321 . Эта аустенитная нержавеющая сталь, легированная титаном, обладает отличной стойкостью к межкристаллитной коррозии и ползучести при высоких температурах.

Примеры исследований, такие как случаи с теплозащитными экранами турбокомпрессоров, демонстрируют необходимость использования нержавеющей стали для компонентов, которым требуется долговечность при экстремальных термоциклах. Эти детали часто требуют более толстых листов по сравнению с алюминиевыми аналогами и нуждаются в прочном инструменте для обработки материала с более высокой предельной прочностью на растяжение.

Производственный процесс: стратегии многоштамповой прогрессивной штамповки

Технологический процесс изготовления теплозащитных экранов отличается от стандартной штамповки листового металла из-за хрупкости исходного материала и необходимости текстурирования. Процесс, как правило, следует строгой последовательности: Подача рулона → Тиснение → Заготовка → Формовка → Обрезка/Пробивка .

Последовательность «сначала тиснение, затем формовка»

В отличие от стандартных панелей, где сохраняется отделка поверхности, теплозащитные экраны намеренно подвергаются текстурированию. Этап тиснения обычно выполняется сразу после размотки рулона. Это не просто эстетический приём; текстурирование обеспечивает два важных инженерных преимущества:

1. Конструкционная жёсткость: Оно искусственно увеличивает жесткость фольги толщиной 0,3 мм, позволяя ей сохранять форму без деформации.
2. Тепловая эффективность: Увеличивает площадь поверхности для рассеивания тепла и создаёт многогранные углы отражения.

Формовка ударом против вытяжки

Инженеры должны выбирать между формовкой ударом и вытяжкой в зависимости от бюджета и геометрии.

• Формовка ударом: Этот метод использует только пуансон и матрицу без прижима заготовки. Он экономичен по инструменту, но склонен к неконтролируемому течению материала. При производстве теплозащитных экранов это часто приводит к образованию складок. Однако, поскольку теплозащитные экраны — функциональные (невидимые) компоненты, в отраслевых стандартах мелкие складки зачастую считаются допустимыми, если они не мешают сборочным соединениям.
• Вытяжка: Для сложных геометрий, где складкообразование приводит к функциональным отказам, применяется вытяжка. В этом случае используется прижим заготовки для контроля течения материала в полость матрицы, что обеспечивает гладкую поверхность, но увеличивает стоимость оснастки.

Массовое производство основывается на прогрессивная штамповка или автоматизированные системы передачи. Например, производство более 100 000 единиц ежегодно защитного экрана турбины из нержавеющей стали требует значительных возможностей прессового оборудования. В то время как более лёгкие алюминиевые детали могут выпускаться на меньших линиях, прочные стальные компоненты зачастую требуют прессов от 200 до 600 тонн для обеспечения стабильной чёткости и точности размеров.

Производители, которым требуются масштабируемые решения, часто обращаются к партнёрам с широкими прессовыми возможностями. Например, Shaoyi Metal Technology предлагает прецизионную штамповку с усилием прессов до 600 тонн, обеспечивая переход от быстрого прототипирования к массовому производству в соответствии со стандартом IATF 16949. Такие возможности необходимы при переходе от прототипов с мягким инструментом к массовому производству со стационарным инструментом для сложных автомобильных узлов.

Инженерные вызовы: дефекты и допуски

Штамповка тонкостенных материалов с тиснением сопряжена с определёнными дефектами, которые необходимо устранять технологам.

Контроль складок и пружинения

Появление морщин является наиболее распространенным дефектом в экранирующих элементах, полученных штамповкой с нагревом, из-за низкой жесткости листа и сжимающих напряжений на фланце. Хотя функциональные складки часто допускаются в несопрягаемых зонах, неконтролируемые складки (перекрытия) могут привести к трещинам или создать угрозу безопасности при обращении.

Упругий возврат другой переменной величиной является упругое последействие, особенно при использовании наклепанного алюминия H114 или высокопрочной нержавеющей стали. Программное обеспечение для моделирования часто применяется для прогнозирования упругого последействия и корректировки геометрии матрицы (чрезмерный изгиб), чтобы достичь окончательной формы.

Точные допуски

Несмотря на грубый внешний вид тисненых экранов, точки крепления требуют высокой точности. Например, экран турбокомпрессора может требовать допусков до ±0,075 мм на критических диаметрах, чтобы обеспечить идеальную герметизацию и предотвратить дребезжание при вибрации. Достижение такого уровня точности требует жесткой оснастки и зачастую включает дополнительные операции, такие как лазерная маркировка для прослеживаемости (штрих-коды, даты производства) непосредственно в производственной линии.

Растрескивание кромок

Краевые трещины могут возникать при отбортовке штампованных листов. Процесс штамповки снижает пластичность материала, из-за чего он становится более склонным к разрыву при растяжении. Оптимизация соотношения штамповки (высота по сравнению с диаметром выступа) является ключевым параметром проектирования для предотвращения такого вида отказа.

Шаблоны штамповки и тепловые функции

Рельеф теплоэкрана — это функциональная характеристика. Выбор рисунка влияет как на формовку металла, так и на его тепловые свойства.

• Полусферический рисунок: Этот тип широко используется благодаря сбалансированной жесткости в разных направлениях и отличной отражательной способности. Он создаёт эффект ямочек, эффективно рассеивающий лучистое тепло.
• Шестиугольные/стакковые рисунки: Они обеспечивают иной внешний вид и могут обеспечить повышенную долговечность в условиях, подверженных повреждению камнями, например, в тоннелях днища.

Исследования моделирования показывают, что геометрия штамповки играет роль в образование формы хорошо продуманный рисунок позволяет материалу более равномерно растягиваться при вытяжке, снижая риск глубоких трещин, в то время как агрессивный рисунок на хрупком сплаве приведёт к немедленному разрушению.

Приложения и случаи использования в промышленности

Тепловые экраны автомобилей устанавливаются везде, где управление теплом имеет решающее значение для долговечности компонентов и комфорта пассажиров.

• Экранирование турбокомпрессора: Обычно из нержавеющей стали марки 321. Должны выдерживать быстрые термоциклы и интенсивное тепловое излучение от корпуса турбины.
• Экранирование выпускного коллектора: Часто многослойные экраны из алюминия или стали. Защищают проводку и пластиковые детали подкапотного пространства от теплового воздействия коллектора.
• Экранирование тоннелей днища: Крупные штампованные листы из алюминия (1050/3003), проходящие вдоль всей системы выпуска. Предотвращают передачу тепла на пол салона и зачастую одновременно выполняют функцию аэродинамического обтекания и снижения шума.
• Защита электронного блока управления (ECU): Небольшие экраны, изготовленные методом точной штамповки, предназначены для отвода тепла от чувствительной бортовой электроники.