Kľúčové kroky procesu návrhu automobilových nástrojov

ZKRATKA

Proces návrhu automobilových nástrojov je systematický inžiniersky pracovný postup, ktorý transformuje koncept súčiastky na robustný výrobný nástroj. Začína dôkladnou analýzou uskutočniteľnosti súčiastky (DFM), nasleduje strategické plánovanie procesu na vytvorenie rozvinutého rozmiestnenia pásu optimalizujúceho využitie materiálu. Potom proces pokračuje podrobným návrhom štruktúry a komponentov nástroja v CAD-e, virtuálnym simulovaním pre overenie a kompenzáciu pruženia, a končí vytvorením presných výrobných výkresov a zostavy materiálov (BOM) pre výrobcu nástrojov.

Fáza 1: Analýza uskutočniteľnosti súčiastky a plánovanie procesu

Základom každej úspešnej automobilovej lisy, je položený dlho predtým, než je orezaná akákoľvek oceľ. Táto počiatočná fáza, zameraná na analýzu výrobnej vhodnosti dielu a plánovanie procesu, je najdôležitejšou etapou pre prevenciu nákladných chýb a zabezpečenie efektívneho výrobného behu. Zahŕňa podrobné preskúmanie konštrukcie dielu, aby sa určila jej vhodnosť pre lisovanie, čo sa označuje ako konštrukcia s ohľadom na výrobnosť (DFM). Táto analýza skúma prvky, ako sú ostré rohy, hlboké ťahy a vlastnosti materiálu, aby identifikovala potenciálne miesta porúch, ako sú trhliny alebo vrásky, ešte predtým, než sa stanú nákladnými fyzickými problémami.

Keď je diel uznaný za vyrábateľný, ďalším krokom je vytvorenie plánu procesu, ktorý je vizuálne znázornený rozložením pásu. Toto je strategická mapa, ktorá ukazuje, ako sa z plochého kovového kotúča postupne vytvorí hotový diel. Ako je podrobne opísané v príručke od Jeelix , rozloženie pásu dôsledne mapuje každú operáciu – od vŕtania a orezávania po ohýbanie a tvárnenie – v logickej postupnosti. Hlavným cieľom je maximalizovať využitie materiálu a zabezpečiť stabilitu pásu počas prechodu cez nástroj. Optimalizované rozloženie môže mať významný ekonomický dopad; už 1% zlepšenie využitia materiálu môže v sériovej automobilovej výrobe priniesť výrazné úspory.

Počas tohto plánovacieho štádia si navrhovatelia myslene rozložia finálny diel na sériu krokov tvárnenia. Napríklad zložitý uholník sa rozdelí na základné operácie: vŕtanie vodiacich otvorov, orezávanie hrán, vykonanie ohybov a nakoniec odrezanie hotového dielu z pásu. Tento štruktúrovaný prístup zabezpečuje, že operácie budú vykonané v správnom poradí – napríklad vŕtanie otvorov pred ohýbaním, aby nedošlo ku skresleniu.

Zoznam kľúčových aspektov DFM:

• Vlastnosti materiálu: Je hrúbka, tvrdosť a smer vlákna vybraného kovu vhodná pre požadované tvárniace operácie?
• Polomery ohybov: Sú všetky ohybové polomery dostatočne veľké na zabránenie praskaniu? Vnútorný polomer menší ako 1,5-násobok hrúbky materiálu je často varovným signálom.
• Vzdialenosť otvorov: Sú otvory umiestnené vo bezpečnej vzdialenosti od ohybov a okrajov, aby sa predišlo ich natiahnutiu alebo roztrhnutiu?
• Zložitá geometria: Vyžadujú nejaké prvky, ako podrezy alebo bočné otvory, zložité a potenciálne náchylné na poruchy mechanizmy, napríklad bočné vodiace lišty?
• Tolerancie: Sú špecifikované tolerancie dosiahnuteľné kŕmenej prevádzkou bez nadmerného zvyšovania nákladov?

Fáza 2: Konštrukcia matrice a návrh základných komponentov

Keď je k dispozícii pevný plán procesu, zameriame sa na návrh fyzickej matrice – presného stroja pozostávajúceho z viacerých navzájom prepojených systémov. Štruktúra matrice slúži ako robustný rám alebo kostra, ktorá udržiava všetky aktívne komponenty v dokonalom zarovnaní aj pri obrovských silách. Tento základ, často nazývaný sadou matrice, pozostáva z hornej a dolnej dosky (topánok), ktoré sú presne zoradené pomocou vodiacich kolíkov a poucičiek. Tento systém zarovnania je kritický pre zachovanie mikrometrovej presnosti potrebnej na konzistentnú kvalitu dielov a na predchádzanie katastrofálnym kolíziám matrice počas prevádzky pri vysokých rýchlostiach.

Srdcom matrice je jej tvárniaci a strihací systém, ktorý pozostáva z piestov a dutín matrice (alebo tlačidiel), ktoré priamo tvarujú kov. Návrh týchto komponentov vyžaduje extrémnu presnosť. Kľúčovým parametrom je medzera – malá vzdialenosť medzi piestom a maticou. Podľa Mekalite , táto medzera je zvyčajne v rozmedzí 5–10 % hrúbky materiálu. Príliš malá medzera zvyšuje reznú silu a opotrebenie, zatiaľ čo príliš veľká môže spôsobiť trhliny v kovoch a vytvárať veľké buriny. Geometria, materiál a tepelné spracovanie týchto komponentov sú dôkladne špecifikované, aby sa zabezpečila ich odolnosť miliónom cyklov.

Voľba materiálu pre samotné dielenské komponenty je strategické rozhodnutie, ktoré vyvažuje náklady, odolnosť voči opotrebeniu a húževnatosť. Rôzne nástrojové ocele sa používajú v závislosti od objemu výroby a abrazívnosti materiálu súčiastky.

Fáza 3: Virtuálna validácia a kontrola návrhu

V modernom automobilovom konštrukčnom dizajne je doba nákladného a časovo náročného skúšania a chyby za sebou. Dnes sa návrhy rigorosne testujú v digitálnej sfére prostredníctvom procesu nazývaného virtuálne overenie. Inžinieri pomocou pokročilého softvéru pre počítačové inžinierstvo (CAE) a analýzu konečných prvkov (FEA) simulujú celý proces lisovania, aby predpovedali, ako sa bude kovová listňa správať pod tlakom. Tento virtuálny test identifikuje potenciálne chyby, ako sú vrásky, trhanie alebo nadmerné riedenie, predtým, ako začne fyzická výroba, čo umožňuje proaktívnu korekciu dizajnu.

Jednou z najvýznamnejších výziev pri tvárnení, najmä pri použití ocelí s vysokou pevnosťou (AHSS) používaných v moderných vozidlách, je pružné spätné vyrovnanie – tzv. springback. Tento jav nastáva, keď sa tvárnený kov po odstránení tlaku pri tvárnení čiastočne vráti do pôvodného tvaru. Simulačný softvér dokáže presne predpovedať veľkosť a smer tohto pružného návratu. To umožňuje dizajnérom implementovať aktívnu kompenzáciu. Napríklad, ako vysvetľuje Jeelix, ak simulácia predpovie, že ohyb o 90 stupňov sa vráti na 92 stupňov, môže byť nástroj navrhnutý tak, aby súčiastku preohol o 88 stupňov. Po uvoľnení sa potom súčiastka vráti do ideálneho cieľového uhla 90 stupňov.

Proces validácie je systematická kontrola, ktorá zabezpečuje, že návrh je robustný, efektívny a schopný produkovať kvalitné diely. Poskytuje poslednú možnosť na kontrolu a doladenie predtým, než sa prejdzie k náročnému a drahému procesu výroby nástrojov.

Kroky virtuálneho procesu validácie:

1. Spustiť analýzu tvárnosti: Simulačný softvér analyzuje tok materiálu, aby zistil možné chyby, ako sú trhliny, vrásy alebo nedostatočné natiahnutie.
2. Predpovedať a kompenzovať odrážanie: Stupeň odrážania je vypočítaný a tvárnicové plochy návrhu nástroja sú automaticky upravené, aby sa kompenzovalo.
3. Vypočítať sily: Simulácia vypočíta potrebný tonáž na každú operáciu, čím zabezpečí, že vybratý lis má dostatočnú kapacitu a predchádza poškodeniu lisu alebo nástroja.
4. Vykonajte záverečnú kontrolu návrhu: Dôkladná kontrola overeného návrhu sa uskutočňuje tímom inžinierov, aby boli zachytené všetky zostávajúce chyby alebo potenciálne problémy pred definitívnym uzatvorením návrhu.

Fáza 4: Vytvorenie výkresov a odovzdanie do výroby

Poslednou fázou procesu návrhu automobilových foriem je preklad overeného 3D digitálneho modelu do univerzálneho technického jazyka, ktorý môžu použiť výrobcovia nástrojov na zostavenie fyzickej formy. Tento krok zahŕňa vytvorenie komplexného balíka technickej dokumentácie vrátane podrobných výkresov a materiálovej kalkulácie (BOM). Tento štandardizovaný výstup je nevyhnutný na zabezpečenie presnej výroby každej súčasti podľa špecifikácií, čo je kritické pre hladkú montáž, správne fungovanie a efektívnu údržbu formy.

Dokumentačný balík slúži ako definitívny plán pre výrobu nástroja. Musí byť jasný, presný a jednoznačný, aby sa predišlo nákladným chybám v dielni. Toto podrobné plánovanie je znakom odborných výrobcov v automobilovom priemysle. Napríklad spoločnosti ako Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. sa špecializujú na premenu týchto presných návrhových balíkov na vysokej kvality automobilové tvárniace nástroje a komponenty, pričom využívajú pokročilé simulácie a hlboké odborné znalosti na efektívne a kvalitné obsluhovanie OEM zákazníkov a dodávateľov prvej úrovne.

Konečný návrhový balík obsahuje niekoľko kľúčových prvkov, z ktorých každý plní konkrétny účel v procese výroby a montáže. Kvalita a úplnosť tejto dokumentácie priamo ovplyvňuje výkon a životnosť konečného nástroja.

Kľúčové prvky konečného návrhového balíka:

• Montážny výkres: Tento hlavný výkres ukazuje, ako sa všetky jednotlivé komponenty skladajú do finálnej zostavy nástroja. Obsahuje celkové rozmery, výšku uzatvorenia a podrobnosti o upevnení nástroja do lisu.
• Detailné výkresy: Pre každú vlastnú súčiastku, ktorá musí byť obrábaná, je vytvorený samostatný, veľmi podrobný výkres. Tieto výkresy určujú presné rozmery, geometrické tolerance, druh materiálu, požadované tepelné spracovanie a povrchovú úpravu.
• Zoznam materiálu (BOM): BOM je komplexný zoznam všetkých jednotlivých súčastí potrebných na výrobu nástroja. Zahŕňa to súčiastky vyrobené na mieru, ako aj všetky štandardné komponenty dostupné v obchode, ako sú skrutky, pružiny, vodiace kolíky a ložiská, často vrátane výrobkových čísel dodávateľov.