Краткое содержание

Время производственного цикла при автомобильной штамповке в первую очередь определяется методом формования: Холодная штамповка является отраслевым стандартом для высокоскоростного производства большого объема, обычно достигая 20–60 ходов в минуту (SPM) , или примерно 1–3 секунды на деталь. Напротив, Горячая штамповка (прессовое упрочнение) значительно медленнее из-за необходимого времени закалки в матрице и в среднем составляет 10–30 секунд за цикл , но обеспечивает повышенную прочность на растяжение для элементов безопасности.

Для производителей эталоном эффективности часто служат компании-лидеры, такие как Toyota, где отдельные операции штамповки выполняются всего за 3 секунды . Хотя холодная штамповка обеспечивает высокую производительность для панелей кузова и конструкционных деталей, горячая штамповка остается необходимой для критически важных стоек и усиливающих элементов, несмотря на увеличение времени цикла. Оптимизация этих циклов требует использования передовых технологий сервопрессов и автоматизированных систем перемещения для сведения к минимуму времени обработки, не добавляющей ценности.

Циклы холодной штамповки: стандарт высокотехнологичного производства

Холодная штамповка остается основой массового производства автомобилей, поскольку ценится за возможность изготовления деталей при комнатной температуре с исключительной скоростью. В этом процессе рулоны стали или алюминия подаются в механические или сервопрессы, где они последовательно разрезаются, формуются и пробиваются. Поскольку отсутствует тепловой узкий участок (ожидание нагрева или охлаждения материалов), время цикла ограничивается только механикой пресса и скоростью подачи материала.

Эталоном отрасли по эффективности холодного штампования часто считается производство компании Toyota. В их стандартном четырёхэтапном процессе штамповки (вытяжка, обрезка, гибка и пробивка) каждый этап занимает приблизительно 3 секунды для завершения. Современные высокоскоростные тандемные линии и прессы с переносом могут ещё больше увеличить скорость. Например, цех прессов на предприятии Toyota Motor Manufacturing France работает со скоростью около 25 ходов в минуту (SPM) для отдельных деталей, что соответствует времени цикла всего 2,4 секунды на ход. При производстве двойных деталей (две детали за один ход) выходная мощность эффективно удваивается, что демонстрирует огромную пропускную способность процесса холодного формообразования.

Скорость многоработной штамп-формы против скорости формы с переносом

В технологии холодного штампования стратегия оснастки существенно влияет на время цикла:

• Прогрессивная штамповка: Это самый быстрый метод, идеально подходящий для небольших сложных деталей, таких как кронштейны и крепежи. Металлическая лента непрерывно подаётся через одну матрицу с несколькими позициями. Скорость легко может превышать 60–80 ходов в минуту поскольку деталь остается прикрепленной к ленте подачи, что позволяет быстро и точно перемещать её без использования сложных механизмов переноса.
• Штамповка с передачей детали: Используется для крупных панелей кузова и конструктивных элементов, которые необходимо отделить от ленты для формовки. Механические пальцы переноса перемещают деталь между станциями. Хотя этот метод медленнее прогрессивной штамповки, современные трансферные линии с сервоприводом достигли скоростей, сокращающих время цикла до 15–30 SPM диапазона, обеспечивая баланс между возможностями по размеру и скоростью производства.

В приведенной ниже таблице указаны типичные показатели производительности технологий холодной штамповки:

Циклы горячей штамповки: компромисс высокой прочности

Горячая штамповка, или прессовое упрочнение, осуществляется по принципиально иному временному графику. Этот процесс включает нагрев заготовок из бористой стали до температуры около 900 °C (1650 °F) в печи перед их перемещением в охлаждаемую матрицу. Определяющей характеристикой этого цикла является не скорость формовки, а время задержки время, необходимое для закалки. Деталь должна удерживаться под давлением в закрытой матрице в процессе быстрого охлаждения, чтобы трансформировать микроструктуру в мартенсит и достичь предела прочности на растяжение до 1500 МПа.

Этот этап закалки создает значительное узкое место. Типичный цикл горячей штамповки составляет от 20 до 30 секунд 10 и 30 секунд , что в 5–10 раз медленнее, чем холодная штамповка. Структура стандартного цикла горячей штамповки обычно выглядит следующим образом:

1. Перемещение (из печи в пресс): < 3 секунды (критически важно для предотвращения преждевременного охлаждения)
2. Формование: 1–2 секунды
3. Закалка (выдержка): 5–15 секунд (основная статья временных затрат)
4. Выталкивание и извлечение детали: 2–4 секунды

Для компенсации этой медлительности производители часто используют многополостные матрицы (одновременная штамповка 2, 4 или даже 8 деталей), чтобы увеличить количество выпускаемых деталей в минуту, даже если длительность цикла на один ход остаётся большой. Последние достижения в конструкции каналов охлаждения и инструментальных сталях с высокой теплопроводностью постепенно сокращают эти временные показатели; некоторые передовые линии заявляют циклы около 8–10 секунд, хотя это пока не стало повсеместным стандартом.

Ключевые факторы, влияющие на скорость производства

Помимо фундаментальной физики горячей и холодной формовки, ряд технологических факторов играет важнейшую роль в сокращении времени производственного цикла. Переход от механических прессов к технология сервопрессов стал настоящим прорывом. В отличие от механического маховика, работающего с постоянной скоростью, сервопресс оснащён программируемым движением ползуна. Инженеры могут запрограммировать пресс так, чтобы он замедлялся только в критический момент формовки и быстро ускорялся на нерабочих участках хода (подвод и возврат). Такая оптимизация позволяет сократить цикл на 30–60% по сравнению с традиционными механическими прессами.

Автоматизация и эффективность переналадки одинаково важны. В условиях производства с высокой номенклатурой «время цикла» определяется не только скоростью хода; ключевым фактором является готовность оборудования. Современные штамповочные линии, такие как те, что используются для Toyota Yaris, оснащены автоматическими системами смены штампов и сервоприводными захватами, которые позволяют переключаться с изготовления одной детали на другую менее чем за 180 секунд . Возможность однominутной смены штампа (SMED) гарантирует, что пресс проводит больше времени в производстве деталей и меньше — в простое.

Однако для достижения этих оптимизированных циклов времени требуется партнер, который понимает весь спектр производства. Shaoyi Metal Technology специализируется на преодолении разрыва между быстрым созданием прототипов и массовым производством. Используя возможности прессы до 600 тонн и точность, сертифицированную IATF 16949, они помогают клиентам автомобильной промышленности быстро проверять конструкции с прототипами перед масштабированием на большое производство. Этот комплексный подход позволяет инженерам выявлять узкие места в цикле времени на ранней стадии проектирования, обеспечивая, чтобы такие компоненты, как ручки управления и подкадра, были оптимизированы для скорости и качества до начала полномасштабного производства.

Время цикла против времени предварительного действия против времени такта

В контексте автомобильного производства "время" может означать разные вещи для разных заинтересованных сторон. Смешение этих терминов часто приводит к несовместимым ожиданиям между инженерными и закупочными командами. Необходимо различать Время цикла из других временных показателей.

• Время цикла (раздел машины): Это время, необходимое для завершения одной операции на одном устройстве. При штамповке, если пресс работает со скоростью 20 SPM, время цикла составляет 3 секунды. Эта метрика является основной заботой руководителей заводов и инженеров процессов, сосредоточенных на эффективности непосредственной линии.
• Время выполнения (заказчик ждет): Это общее время от размещения заказа до доставки. Для нового проекта штампования время выполнения включает в себя проектирование инструментов, изготовление штампов и испытания, которые обычно охватывают 8–14 недель для прогрессирующих смертей. Даже для существующих деталей, время выполнения включает в себя планирование сырья и логистику, измеряемые в дни или недели, а не в секунды.
• Время такта (импульс спроса): Время такта рассчитывается путем деления доступного времени производства на спрос клиента. Если клиенту требуется 1000 деталей в день, а установка работает 1000 минут, тактовое время составляет 1 минуту. Время цикла всегда должно быть быстрее, чем время такта, чтобы избежать дефицита.
• Время пропускания транспортного средства: Это общее время сборки полной машины. Для контекста, в то время как штамп дверной панели занимает всего несколько секунд, общее время производства для автомобиля, как Toyota Yaris приблизительно 15 часов , а живопись часто составляет половину этого времени.

Заключение

Понимание времени цикла производства автомобильной штамповки требует смотреть за рамки хронометра и анализировать требования процесса. В то время как холодное штампование обеспечивает скорость пузыря 2060 SPM, необходимую для больших объемных наружных панелей, горячее штампование принимает более медленный цикл 1030 секунд для обеспечения жизненно важной прочности, необходимой для безопасных клеток. Выбор редко зависит только от скорости, а от баланса свойств материала, геометрии и объема.

Для инженеров-автомобильщиков путь к оптимизации заключается в использовании таких технологий, как сервопрессы и автоматизированные системы передачи, чтобы минимизировать время, не приносящее добавленной стоимости. Ясно определяя различия между временем цикла и временем предварительного производства и выбирая подходящий метод штампования для применения, производители могут достичь синхронизированной эффективности, которая определяет современное автомобильное производство.

Часто задаваемые вопросы

1. - Посмотрите. Сколько времени занимает весь процесс штамповки для кузова автомобиля?

В то время как отдельные детали штампуются за секунды (обычно 1 3 секунды на шаг), полный кузов автомобиля состоит из сотен штампованных частей. Современный пресс-магазин производит эти детали в партии. Фактическое время, которое конкретный листовой металл проводит на линейке прессования, очень короткое, часто менее 15 секунд для полного четырёхступенчатого процесса тандемной линии, но логистическая координация для штамповки всех необходимых деталей для транспортного средства обычно охватывает несколько смен или дней

2. Посмотрите. Какие типичные этапы в автомобильном цикле штамповки?

Стандартная автомобильная штамповая линия обычно включает в себя четыре отдельных этапа: Рисунок (образуя начальную трехмерную форму), Обрезка (отрезание лишнего металла), Сгибание/Фланцевание (создавая точные края и жесткость), и Прокол/ограничение (пробивание отверстий и уточнение конечной геометрии). В тандемной линии они происходят в отдельных прессах; в перемещении или прогрессивной штампе они происходят последовательно в рамках одной прессовой системы.

3. Посмотрите. Почему горячее штампование намного медленнее, чем холодное штампование?

Горячая штамповка требует нагревания металла до ~ 900 °C, а затем охлаждения (угасновения), когда он удерживается внутри штамповки, чтобы закрепиться в мартенситной стальной структуре. Эта фаза охлаждения, или "время задержки", обычно длится 515 секунд, в течение которых пресс не может открываться. Холодный штамп не требует этого термочастотного периода ожидания, что позволяет пресс непрерывно циклировать так быстро, как позволяет механизм.