Vysokozdarné kovové lisovanie v automobilovom priemysle: inžinierska a zásobovacia príručka

ZKRATKA

Výroba kovových dielov hlbokým kovania vo veľkom rozsahu je základom modernej výroby vozidiel, ktorá dokáže dodávať milióny presných komponentov takmer bez chýb. Využívaním postupná matrica smykové vysokorychlostné tvárnenie môžu výrobcovia dosiahnuť rýchlosť výroby vyššiu ako 1 500 zdvihov za minútu a pritom udržať tolerancie vo veľkosti až ± 0,001 palca. Tento proces je nevyhnutný na výrobu bezpečnostne kritických súčiastok, ako sú senzory pre airbagy, alebo nových komponentov pre elektromobily, napríklad medienej sběrnice.

Pre automobilových inžinierov a nákupných manažérov je úspech založený na výbere partnerov certifikovaných podľa IATF 16949 štandardy, ktoré dokážu zvládnuť posun materiálu smerom k vysokej pevnosti oceliam (AHSS) a hliníku pre ľahčenie konštrukcie. Až po objednávanie svoriek, držiakov alebo komplexných vodičových rámov, správna stratégia veľkoobjemového kovania optimalizuje jednotkové náklady vďaka ekonomickým efektom pri veľkých objemoch, a zároveň zabezpečuje prísne dodržiavanie globálnych automobilových noriem kvality.

Technológie veľkoobjemovej výroby

Požiadavka automobilového priemyslu na milióny identických, bezchybných dielov vyžaduje výrobné technológie, ktoré dokážu spojiť extrémnu rýchlosť s mikroskopickou presnosťou. Hlavnou metódou na dosiahnutie tohto cieľa je Progresívne razenie . V tomto procese sa nepretržitý kovový pás podáva cez lis obsahujúci sériu staníc. Každá stanica vykonáva konkrétnu operáciu – rezanie, ohýbanie, prebíjanie alebo razenie – súčasne pri každom zdvihu lisu. Keď sa pás posúva vpred, diel postupne nadobúda požadovaný tvar, až kým nie je vo finálnej stanici oddelený. Táto metóda je priemyselným štandardom pre vysoké objemy výroby, ktorá umožňuje vyrábať zložité geometrie bez manuálneho zásahu medzi jednotlivými krokmi.

Aby sme vyhoveli rastúcej poptávke po elektrických komponentoch v moderných vozidlách, Vysokorychlostné tvárnenie sa stalo nevyhnutným. Poprední výrobcovia využívajú špecializované zariadenia, ako sú lisy Bruderer, ktoré môžu pracovať pri rýchlosti až 1 500 zdvihov za minútu . Podľa Wiegel , táto schopnosť je kľúčová pre výrobu viacmiliónových sérií komplexných súčiastok, ako sú svorky a konektory, pri ktorých doba cyklu priamo ovplyvňuje komerčnú životaschopnosť. Schopnosť razenie zliatin medi a exotických kovov pri týchto rýchlostiach zabezpečuje včasné dodanie veľkých objednávok výkonových systémov pre vozidlá BEV.

Ďalším technologickým pokrokom je prijatie Servo hydraulická technológia . Na rozdiel od tradičných mechanických lisov, ktoré pracujú na pevne danom obežnom kolese, servo lisy využívajú motory s vysokým krútiacim momentom na úplnú kontrolu rýchlosti a polohy piestu počas celého zdvihu. To umožňuje „zdržiavanie“ na spodku zdvihu, čím sa zníži pruženie ťažkých materiálov, alebo úpravu rýchlosti, aby sa zabránilo praskaniu. Automation Tool & Die (ATD) uvádza, že servo lisy s nosnosťou od 330 do 700+ ton sú nevyhnutné pri tvorení komplexných geometrií a materiálov s vysokou pevnosťou, ktoré by v štandardných mechanických lisoch zlyhali.

Kľúčové autonáhradové komponenty a prechod na elektromobilitu

Prechod od spaľovacích motorov (ICE) na elektrické vozidlá (EV) zásadne zmenil typy štampovaných komponentov požadovaných od kupujúcich Tier 1 a OEM. Kým tradičné vozidlá s ICE vyžadujú veľké množstvo spúšťadiel do vstrebávača paliva, výfukových háčikov a prevodových držiakov, krajina elektrických vozidiel dáva prednosť elektrickej vodivosti a tepelnému manažmentu. Vodičoch , terminály batérií a štíty sú teraz medzi najrozsiahlejšími štampovanými časťami. Tieto komponenty často vyžadujú špeciálne nástroje na manipuláciu s meďou a zliatinami meďu bez poškodenia povrchovej úpravy, čo je dôležité pre elektrické výkony.

Komponenty kritické pre bezpečnosť zostávajú v každom type vozidla faktorom, ktorý vedie k konstantnému objemu. Časti ako: obaly bezpečnostných pásov , airbagové nosné prvky a komponenty výroby brzd musia vydržať silné nárazové sily a prísne skúšky únavy. Xometry poznamenáva, že presné kovania sú pre tieto aplikácie životne dôležité, pretože ponúkajú opakovateľnosť, ktorú odliatky alebo obrábanie nemôžu vo veľkom merítku konkurovať. Napríklad uchytenie airbagu musí napríklad v priebehu milisekúnd vyplniť presne podľa návrhu; pri výrobe päť miliónov kusov nie je priestor na rozmerné odchýlky.

Zľahčovanie je ďalším dominantným trendom, ktorý ovplyvňuje návrh komponentov. Za účelom zlepšenia spotreby paliva vo vozidlách s ICE a predĺženia dojazdu u elektrických vozidiel (EV) inžinieri nahradzujú ťažké oceľové zostavy kovaným hliníkom alebo tenšími, no pevnejšími odrôdami ocele. Tento posun prináša výrobné výzvy, keďže hliník je počas kovacieho procesu viac náchylný na praskanie a zabraňovanie. Skúsení odborníci na kovanie to minimalizujú použitím pokročilých mazív a vysoce leštených nástrojov, čím zabezpečia hladký tok materiálu a zároveň zachovajú potrebnú štrukturálnu pevnosť pre podvozky a karosériu (body-in-white).

Vedecké poznatky o materiáloch v automobilovom kovaní

Vo výbere materiálu pri veľkosériovom kovania už nie je oceľ s nízkym obsahom uhlíka jedinou možnosťou. Požiadavka na bezpečnosť a účinnosť zvýšila obľúbenosť Pokročilé vysokopevné ocele (AHSS) . Tieto materiály ponúkajú vynikajúcu pevnosť v ťahu, čo umožňuje inžinierom používať tenšie kalibre a šetriť hmotnosťou bez toho, aby bola ohrozená bezpečnosť. Avšak AHSS vyžaduje výrazne vyššie lisovacie sily a odolnejšie nástrojové materiály, ako napríklad karbid, aby odolali extrémnému opotrebovaniu počas výroby. Efekt „pruženia späť“ – keď sa kov po ohnutí snaží vrátiť do pôvodného tvaru – je u AHSS výraznejší, čo si vyžaduje sofistikovaný návrh nástrojov pre presné predohnutie materiálu.

Pre elektrifikáciu pohonu Z medi a mostu zliatiny sú nevyhnutné vďaka ich vynikajúcej elektrickej vodivosti. Tieto mäkké kovy predstavujú inú skupinu výziev; sú vysoce tažné, ale ľahko sa poškrabú alebo deformujú. Vysokorýchlostné razenie medených kontaktov často zahŕňa monitorovacie systémy vo vnútri nástroja na detekciu odpadu alebo nečistôt, ktoré by mohli poškodiť jemné kontaktné povrchy. Okrem toho mnohé komponenty EV vyžadujú predplátované materiály (napríklad cínom alebo striebrom pokovená meď) na zvýšenie vodivosti a odolnosti voči korózii. Razenie musí byť dostatočne jemné na to, aby vytvorilo diel bez odstránenia týchto dôležitých povlakov.

Hliník plochá kovová výroba naďalej rastie pre konštrukčné a estetické aplikácie. Aj keď ponúka vynikajúci pomer pevnosti k hmotnosti, hliník sa správa inak ako oceľ pri zaťažení. Má nižšie limity tvárnosti a vyžaduje špecifické polomery ohybov, aby sa predišlo praskaniu. Výrobcom je potrebné starostlivo riadiť medzeru medzi zábečkom a matricou – zvyčajne tesnejšiu ako pri oceli – aby vyrábali čisté, bezhrotové okraje hliníkových dielov používaných pri tepelných clonách, uchyteniach a dekoratívnych lištách.

Normy kvality a požiadavka nulovej chyby

V automobilovom priemysle certifikácie kvality nie sú nepovinnými doplnkami; sú to licencie na prevádzkovanie. IATF 16949 je globálna technická špecifikácia a štandard riadenia kvality pre automobilový priemysel. Ide ďaleko za všeobecné požiadavky ISO 9001, vyžaduje prísné riadenie rizík, prevenciu chýb a konzistenciu v dodávateľskom reťazci. Prieskakovač bez tejto certifikácie nemôže bežne dodávať zákazníkom prvej úrovne (Tier 1) ani OEM odberateľom. Tento štandard uplatňuje myšlienku „nulovej chyby“, kde cieľom nie je len detekovať vadné súčiastky, ale zabrániť ich vzniku už v zárodku.

Na dosiahnutie tohto cieľa prieskakovne s vysokou kapacitou využívajú Proces schvaľovania výrobných súčastí (PPAP) smykové Pokročilé plánovanie kvality produktu (APQP) . PPAP overuje, že výrobný proces má potenciál vyrábať výrobok, ktorý trvalo spĺňa všetky požiadavky počas skutočnej výrobnej série pri deklarovanom výrobnom výkone. To zahŕňa dôsledné meranie a dokumentovanie prvých niekoľkých stoviek súčiastok, pričom sa často používa analýza Cpk (schopnosť procesu) na štatistické preukázanie stability.

Na výrobe technológia tieto štandardy zabezpečuje. JV Manufacturing vysvetľuje, že automatizované systémy videnia a snímače vo vnútri nástroja sú kľúčové pre udržiavanie kvality pri vysokých rýchlostiach. Tieto snímače sledujú zaťaženie lisy, výhod základne a rozmernú presnosť v reálnom čase. Ak sa diel odchýli už o zlomok milimetra alebo ak nie je odpadok správne vymrštený, systém okamžite zastaví lis, aby sa predišlo poškodeniu nástroja a izoloval podozrivý diel. Táto schopnosť 100 % kontroly je jedinou cestou, ako zaručiť úrovne kvality na úrovni dielov na milión (PPM), ktoré vyžadujú montážne linky automobilového priemyslu.

Hnacie motory nákladov a strategické zabezpečovanie dodávok

Ekonomika veľkosériovej tvárnenia je určená úspory z rozsahu . Aj keď počiatočná investícia do progresívnych nástrojov (tvrdé nástroje) môže dosiahnuť od desiatok tisíc až po stovky tisíc dolárov, táto cena sa postupne odpisuje počas celého obdobia trvania programu. Pre súčiastku vyrábanú v množstve 5 miliónov kusov ročne pridá nástroj za 50 000 USD k jednotkovej cene len jeden cent. Naopak, použitie lacnejšej metódy s „mäkkými nástrojmi“, vhodnej pre prototypovanie, by viedlo k neprijateľne vysokej cene za kus a pomalej dodávke. Nákupné tímy musia vyvážiť tieto faktory, pričom často uzatvárajú dlhodobé zmluvy, aby odôvodnili kapitálové výdavky na nástroje.

Účinná stratégiu zabezpečovania zdrojov berie tiež do úvahy schopnosť dodávateľa škálovať výrobu. Mnohé automobilové programy sa začínajú fázou prototypovania, ktorá vyžaduje rýchle spracovanie, skôr než prejdú na hromadnú výrobu. U programov, ktoré vyžadujú bezproblémový prechod od počiatočnej validácie ku hromadnej výrobe, dodávatelia ako Shaoyi Metal Technology ponúkajú integrované riešenia využívajúce lisy až do 600 ton a presnosť certifikovanú podľa IATF 16949, čo umožňuje škálovať od 50 prototypov až po milióny kritických komponentov. Overenie kompletného sortimentu automobilového tvárnenia zabezpečuje, že dodávateľ dokáže zvládnuť nielen agilnosť potrebnú počas vývoja, ale aj robustnú kapacitu vyžadovanú pre spustenie výroby.

Konečné náklady zahŕňajú využitie materiálu a čas cyklu. Dobre navrhnutá postupná výstrešná forma maximalizuje počet dielov na páske (výnos materiálu) a minimalizuje odpad. Tvárnenie „takmer na konečný tvar“ zníži potrebu sekundárnych operácií ako je obrábanie, čím ďalej šetrí náklady. Pri žiadosti cenovej ponuky poskytnutie úplných dát CAD, predpovedí ročného objemu a špecifických značiek zliatin umožňuje dodávateľovi navrhnúť najnákladovo efektívnejšiu rozloženie pásu, čo priamo ovplyvňuje konečnú cenu za kus.

Inžinierstvo budúcnosti mobility

Keďže sa automobilový priemysel posúva smerom k elektrifikácii a autonómnym systémom, stáva sa ešte dôležitejšou rola vysokorýchlostného kovového tvárnenia. Priemysel prekračuje jednoduché tvorenie kovov a vstupuje do oblasti komplexného integrovaného výrobného procesu, kde sa pretínajú presnosť, materiálová veda a rýchlosť. Obchodní partneri, ktorí spájajú prísne požiadavky IATF 16949 s pokročilými servotechnológiami a vysokorýchlostnými technológiami, budú tými, ktorí úspešne podporia ďalšiu generáciu architektúr vozidiel. Pre nákupcov a inžinierov musí zostať zameranie na overenie technickej hĺbky – zabezpečenie, že vybraný dodávateľ má nielen kapacitu, ale aj schopnosť dodávať výkon bez chýb miliónkrát za sebou.

Často kladené otázky

1. Aký je rozdiel medzi postupným a transferovým výstrelom?

Postupné razenie v dieske podáva nepretržitý pás kovu cez viacero staníc v rámci jednej diesky, čo je rýchlejšie a nákladovo efektívnejšie pre menšie diely s vysokou výrobnou sériou. Razenie s prenosom znamená skoré oddelenie dielu od pásu a mechanický prenos medzi samostatnými dieskovými stanicami. Diesky s prenosom sa zvyčajne používajú pre väčšie diely (ako rámy alebo plášte), ktoré vyžadujú komplexnejšie tvárnenie, ktoré nie je možné vykonať, keď je diel pripevnený na pásiku.

2. Prečo je pre kovové razenie dôležitá certifikácia IATF 16949?

IATF 16949 je špecifický štandard riadenia kvality pre automobilový priemysel, ktorý zdôrazňuje prevenciu chýb, konzistenciu dodávateľského reťazca a neustále zlepšovanie. Pre spoločnosť zaoberajúcu sa kovovým razením preukazuje držanie tohto certifikátu, že má prísné procesné kontroly, dokumentáciu (PPAP) a systémy riadenia rizík potrebné na predchádzanie zlyhániam bezpečnostne kritických automobilových komponentov.

3. Aké materiály sú najbežnejšie pri tvárnení súčiastok pre elektromobily?

Pri tvárnení súčiastok pre Elektromobil (EV) sa intenzívne využívajú meď a meďové zliatiny (napr. C11000 alebo meď s prímesou berýlia) na zberné lišty, svorky a konektory v dôsledku ich vysokého elektrického vodivosti. Hliník sa tiež široko používa na pouzdrá batérií, tepelné clony a konštrukčné konzoly, aby sa znížila celková hmotnosť vozidla a kompenzovala veľká hmotnosť batériových balíkov. Pokročilé ocele vysoké pevnosti (AHSS) zostávajú bežné pre konštrukčné prvky na ochranu pri nárazoch.