Proces coining v automobilovom tvárnení: Presnosť a kontrola pruženia

ZKRATKA

The raziaci proces pri automobilovom väzaní je technika vysokopresného studeného tvárnenia, pri ktorej je plech stlačený medzi záber a formu s medzerou výrazne menšou ako hrúbka materiálu. Na rozdiel od štandardného ohybu vo vzduchu raziaca metóda núti kov plasticky prúdiť, čím účinne eliminuje vnútorné napätia a zníži pruženie takmer na nulu. Tento proces vyžaduje obrovský tlak – spravidla 5 až 8-násobok oproti štandardnému tvárneniu – na vytvorenie štrukturálne tuhých prvkov s tesnou toleranciou, ako sú fazety, zosilňovače a kalibrované uhly.

Čo je raziaci proces pri automobilovom väzaní?

Základom tvárnenia je charakteristický mechanický stav: vzdialenosť medzi zarážkou a kalibrom je menšia ako hrúbka plechu, ktorý sa tvári. Zatiaľ čo bežné kovanie ohýba alebo natiahne kov, tvárnenie ho intenzívne stláča. Tento tlakový príkon je dostatočný na prekročenie medze klzu materiálu, čím vyvoláva plastické tokovanie ktoré núti kov dokonale zaplniť dutinu kalibra, podobne ako kvapalina.

Tento mechanizmus odlišuje tvárnenie od iných spôsobov tvárania. Pri „ohybe vo vzduchu“ zarážka vtlačí kov do tvaru V-kalibra bez toho, aby dosiahla dno, pričom konečný uhol závisí od elastickej relaksácie. Pri tvárnení zarážka preniká kovom za neutrálnu os, čím ztenčuje materiál v mieste kontaktu. Táto akcia zvyšuje povrchovú tvrdosť a jemnosť štruktúry zrna, čo má za následok súčiastku, ktorá nie je len rozmernostne presná, ale často aj konštrukčne lepšia v oblasti tvárnenia.

Výraz „uzavretá forma“ sa často používa na opis tohoto prostredia. Keďže kov je uväznený a pod tlakom, nemôže uniknúť, a preto vyplní každý detail nástroja. Preto je kalibrovanie uprednostňovanou metódou na vytváranie komplikovaných prvkov na automobilových komponentoch, ktoré vyžadujú absolútnu opakovateľnosť, ako sú elektrické kontakty a presné držiaky snímačov.

„Kľúčová aplikácia“: Zníženie pruženia späť a presnosť

Jediná najdôležitejšia aplikácia raziaci proces pri automobilovom väzaní je riadenie pruženia späť. Vysokopevnostné ocele používané v moderných podvozkoch vozidiel majú pověst tým, že sa po odstránení tvárniaceho zaťaženia vracajú do pôvodného tvaru, čo spôsobuje významné problémy pri montáži.

Kalenie rieši tento problém „kalibráciou“ ohybu. Keď kalibrák stlačí polomer ohnutého dielu (napríklad príruby), uvoľnia sa ťažné a tlakové napätia, ktoré sa pri fáze ohýbania prirodzene hromadia. Neutralizáciou týchto vnútorných síl kov stratí svoju „pamäť“ plochého tvaru a fixuje sa do kaleného uhla.

Údaje z priemyslu zdôrazňujú účinnosť tohto prístupu. Pri zložitých automobilových prírubách môže pruženie spôsobiť odchýlky až do 3 mm, čo je neprijateľné pre zváranie pomocou robota. Aplikáciou kalenia na ohybový polomer možno tieto odchýlky znížiť na ±0,5 mm tolerancie . Táto presnosť robí kalenie nevyhnutným pri výrobe bezpečnostne kritických súčiastok, kde je geometrická presnosť nepostrádateľná.

Kalenie vs. Reliéfne tlačovanie vs. Dno

Často vzniká zmätok medzi tváraním, reliéfnym tvarovaním a dolným ohybovaním, ide však o odlišné procesy s rôznymi technickými požiadavkami. Nasledujúca tabuľka uvádza kľúčové rozdiely pre automobilových inžinierov:

Zatiaľ čo embossing vytvára vyvýšené alebo prehĺbené prvky hlavne za účelom zvýšenia tuhosti (napr. na tepelných clonách) alebo identifikácie, no nezmenšuje vnútornú štruktúru materiálu tak výrazne ako razenie. Dolné preliezanie je kompromisom – plech je pritlačený k dielni, aby sa nastavil uhol, ale bez extrémneho tlakového toku, ktorý charakterizuje skutočné razenie.

Parametre procesu a požiadavky na nástroje

Pri realizácii razenia sú potrebné robustné zariadenia schopné dodávať obrovskú silu. Vzorec pre výpočet tonáže pri razení je agresívny: inžinieri často vypočítavajú potrebnú silu ako 5 až 8-násobok tonáže potrebnej pre ohýbanie vo vzduchu . To klade obrovský tlak na lis a nástroje. Na razenie relatívne malých plôch na hrubom oceľovom konštrukčnom plechu pre automobilový priemysel môže byť potrebný 600-tonový lis.

Návrh nástrojov a hydrostatické uzatvorenie

Náradie na koinovanie musí byť vyrobené z vysokokvalitnej kalenej nástrojovej ocele, aby odolalo praskaniu pri tlakovom zaťažení. Kľúčovým hľadiskom konštrukcie je mazanie. hydromechanické zaseknutie pretože koinovanie je proces uzavretého nástenia, nadmerné mazanie môže spôsobiť hydromechanické zaseknutie. Keďže kvapaliny nie sú stlačiteľné, uväznený olej môže zabrániť úplnému zatvoreniu nástenia alebo dokonca spôsobiť jeho rozbitie pod tlakom. Je nevyhnutné použiť kontrolované, minimálne mazanie.

Dôležitosť tuhosti lisu

Samotný lis musí byť mimoriadne tuhý. Akýkoľvek ohyb lôžka lisu alebo piestu má za následok nerovnomerné koinovanie, čo vedie k nekonzistentnej hrúbke dielcov. Pre výrobcov, ktorí prechádzajú od prototypovania k hromadnej výrobe, je overenie kapacity lisu kľúčovým krokom. Spoločnosti ako Shaoyi Metal Technology túto medzeru prekonávajú tým, že ponúkajú presné tvárnicové služby s lisovacími schopnosťami až do 600 ton, čím zabezpečujú, že aj koinovacie operácie s vysokou tonážou sú vykonané s Presnosťou certifikovanou podľa IATF 16949 pre kritické komponenty, ako sú riadiace ramená a rámiky.

Bežné automobilové aplikácie

Okrem jednoduchých „mincí“ alebo medailónov je proces tvárnenia neoddeliteľnou súčasťou funkcionality mnohých systémov vozidiel. Bežné aplikácie zahŕňajú:

• Nosné konštrukcie: Tvárnenie ohybových polomerov hrubých montážnych konzôl zabezpečuje, že uhly presne zostanú 90 stupňov, čo umožňuje dokonalé zarovnanie skrutiek počas montáže.
• Elektrické kontakty: V batériách BEV a snímačoch tvárnenie vytvára dokonale rovné, tvrdené povrchy kontaktov, ktoré zlepšujú vodivosť a odolnosť proti opotrebeniu.
• Presné podložky: Tvárnenie sa používa na vytváranie zaoblených hrán na podložkách a vzdialnikoch, čím sa odstraňujú ostré hrany a vzniká záber pre spojovacie prvky.
• Zaploštenie hrán: Po strihacej operácii možno hrany tvárniť za účelom zaploštenia lomovej zóny, čím sa súčiastka stane bezpečnou na manipuláciu bez potreby sekundárneho procesu kalenia.

Presnosť je štandard

Coining zostáva zlatým štandardom pre dosiahnutie geometrií s vysokou presnosťou pri tvárnení automobilových dielov. Hoci vyžaduje vyššiu tonáž a drahšie nástroje ako jednoduché tvárnenie, kompenzácia v podobe eliminovanej pružnosti po pretvárnaní a presnosti pripravenej na montáž je nevydarená. Pre inžinierov navrhujúcich ďalšiu generáciu rámových a bezpečnostných komponentov je ovládnutie procesu coiningu nie len možnosťou – je to nutnosťou pre splnenie moderných noriem kvality.

Často kladené otázky

1. Aký je hlavný rozdiel medzi coinigom a reliéfnym tlačením?

Hlavný rozdiel spočíva v toku materiálu a hrúbke. Coining stláča kov a tým znižuje jeho hrúbku a spôsobuje plastický tok pre vysokú presnosť, zatiaľ čo embossing (reliéfne tlačenie) materiál predlžuje, aby vytvoril vyvýšené alebo prehĺbené motívy bez výraznej zmeny objemovej hustoty alebo vnútornej štruktúry materiálu.

2. Koľko tonáže je potrebné pre coinig?

Kovanie vyžaduje veľmi vysoké sily, typicky 5 až 8-násobok potrebného počtu ton oproti bežnému vzduchovému ohýbaniu. Presná sila závisí od medze pevnosti materiálu a plochy, ktorá sa ková, no bežne tlak výrazne presahuje medzu klzu materiálu, aby sa zabezpečila trvalá deformácia.

3. Eliminuje kovanie pruženie späť?

Áno, kovanie je jednou z najúčinnejších metód na elimináciu pruženia späť. Tým, že materiál stlačíme za jeho medzu klzu, sa uvoľnia zvyškové vnútorné napätia, ktoré spôsobujú, že sa kov vráti do pôvodného tvaru. To umožňuje výrobu súčiastok s veľmi úzkymi uhlovými toleranciami, často v rozmedzí ±0,25 stupňa.