Ključni koraki procesa oblikovanja avtomobilskega orodja

POVZETEK

Proces oblikovanja orodij za avtomobilsko industrijo je sistematični inženirski delovni tok, ki koncept dela pretvori v robustno proizvodno orodje. Začne se s temeljito analizo izvedljivosti dela (DFM), ki ji sledi strateško načrtovanje procesa za ustvarjanje postavitve traku, ki optimizira uporabo materiala. Nato proces preide na podroben dizajn strukture orodja in komponent v CAD-u, virtualno simulacijo za validacijo in kompenzacijo povratka, ter se zaključi z ustvarjanjem natančnih proizvodnih risb in seznamom materialov (BOM) za izdelovalca orodij.

Faza 1: Analiza izvedljivosti dela in načrtovanje procesa

Temelj vsake uspešne avtomobilske žigosalne operacije se zasnuje že dolgo preden se prereže katerikoli jekleni list. Ta začetna faza, osredotočena na analizo izvedljivosti dela in načrtovanje procesa, je najpomembnejša stopnja za preprečevanje dragih napak in zagotavljanje učinkovite proizvodnje. Vključuje podrobno analizo konstrukcije dela, da se določi njena primernost za žigosanje, kar se imenuje oblikovanje za izdelavo (DFM). Ta analiza preučuje lastnosti, kot so ostre robovi, globoki vlečeni deli in lastnosti materiala, da bi prepoznala morebitne točke okvare, kot so razpoke ali gube, še preden postanejo dragocenimi fizičnimi težavami.

Ko se del oceni za izdelavo primeren, je naslednji korak ustvarjenje načrta procesa, ki je grafično prikazan s trakom postopkov. To je strateška pot, po kateri se ravni kovinski trak postopoma pretvori v končni sestavni del. Kot je podrobno opisano v priročniku od Jeelix , postopek v traku natančno določa vsako operacijo – od prebadanja in izrezovanja do upogibanja in oblikovanja – v logičnem zaporedju. Glavni cilji so čim boljša izraba materiala in zagotavljanje stabilnosti traku med premikanjem skozi orodje. Optimiziran postopek lahko ima pomemben gospodarski učinek; že izboljšava izrabe materiala za 1 % se lahko pri proizvodnji velikih količin avtomobilov izkaže v znatnih prihrankih.

Med to fazo načrtovanja načrtovalec mentalno razbije končni del na niz žigosnih dejanj. Na primer, pri sestavljenem nosilcu se izvedejo osnovne operacije: probadanje vodilnih lukenj, izrezovanje robov, izvajanje upogibov in končno odrezovanje dokončanega dela iz traku. Takšen strukturiran pristop zagotovi, da se operacije izvajajo v pravilnem zaporedju – na primer najprej probadanje lukenj, nato šele upogibanje, da se izognemo deformacijam.

Ključni DFM vidiki – kontrolni seznam:

• Lastnosti materiala: Ali so debelina, trdota in smer zrna izbranega kovina primerna za potrebne postopke oblikovanja?
• Polmeri ukrivljenosti: Ali so vsi polmerji ukrivljenosti dovolj velikodušni, da preprečijo razpoke? Notranji polmer manj kot 1,5 krat debelina materiala je pogosto rdeča zastava.
• Bližina luknje: Ali so luknje na varni razdalji od krivulj in robov, da se ne bi raztegnila ali raztrgala?
• Kompleksna geometrija: Ali so kakšne značilnosti, kot so podrezanje ali bočne luknje, zahtevajo zapletene in potencialno nagnjene k okvaram mehanizmov, kot so bočne kam?
• Tolerance: Ali je mogoče z postopkom tesnjenja doseči določene odstopanja brez nepotrebnega povečanja stroškov?

Faza 2: Struktura obloge in zasnova jedrskega komponenta

Ko je trdno načrtovan proces, se osredotočimo na oblikovanje fizične orodne opreme – natančnega stroja, sestavljenega iz več medsebojno odvisnih sistemov. Konstrukcija orodja predstavlja trdno podlago oziroma skelet, ki vse aktivne komponente obdrži v popolnem poravnavanju tudi pod ogromno silo. Ta podlaga, pogosto imenovana orodna seta, sestoji iz zgornjih in spodnjih plošč (čevljev), ki so natančno poravnane s pomočjo vodilnih palic in bušingov. Ta sistem poravnavanja je ključen za ohranjanje natančnosti na ravni mikronov, potrebne za dosledno kakovost delov, ter za preprečevanje katastrofalnih trkov orodij med hitrim obratovanjem.

Srce orodja predstavlja njegov oblikovalni in rezalni sistem, ki sestoji iz batirov in orodnih votlin (ali gumbkov), ki neposredno oblikujejo kovino. Oblikovanje teh komponent je zadeva ekstremne natančnosti. Ključni parameter je reža – majhen razmik med batirjem in orodno votlino. Glede na Mekalite , ta reža je ponavadi med 5–10 % debeline materiala. Premajhna reža poveča rezno silo in obrabo, medtem ko prevelika lahko povzroči raztrganje kovine in nastanek velikih žlebov. Geometrija, material in toplotna obdelava teh komponent so natančno določeni, da zagotovijo vzdržnost milijonov ciklov.

Izbira materiala za same orodne komponente je strateška odločitev, ki uravnoveša stroške, odpornost proti obrabi in žilavost. Uporabljajo se različne orodne jekla, odvisno od serije proizvodnje in abrazivnosti materiala izdelka.

Faza 3: Vitrualna validacija in pregled konstrukcije

V sodobnem načrtovanju orodij za avtomobilsko industrijo je obdobje dragih in časovno zahtevnih fizičnih poskusov z napakami končano. Danes se načrti temeljito preizkušajo v digitalnem okolju s postopkom, imenovanim virtualna validacija. S pomočjo naprednih programov za računalniško podprto inženirstvo (CAE) in metode končnih elementov (FEA) inženirji simulirajo celoten proces žigosanja, da napovejo, kako se bo pločevina obnašala pod tlakom. Ta virtualna preizkušnja odkrije morebitne napake, kot so gubanje, raztrganja ali prekomerno tanjenje, še preden se začne katera koli fizična izdelava, kar omogoča proaktivne popravke na načrtu.

Ena najpomembnejših izzivov pri žiganju, še posebej pri uporabi naprednih jekel z visoko trdnostjo (AHSS), ki se uporabljajo v sodobnih vozilih, je povratna deformacija. Ta pojav nastane, ko se oblikovani kovinski del povrne nazaj v prvotno obliko, potem ko se odstrani sila pri žiganju. Programska oprema za simulacijo lahko natančno napove velikost in smer te povratne deformacije. To omogoča načrtovalcem, da uvedejo aktivno kompenzacijo. Na primer, kot razloži Jeelix, če simulacija napove, da se bo 90-stopinjski krivljenje povrnilo na 92 stopinj, se orodje lahko zasnuje tako, da se del prekrivi na 88 stopinj. Ko se del sprosti, se povrne nazaj na ciljnih 90 stopinj.

Postopek overitve je sistematična preveritev, s katero se zagotovi, da je konstrukcija robustna, učinkovita in sposobna proizvajati kakovostne dele. Zagotavlja zadnjo priložnost za pregled in izboljšave, preden se začne s stroškovno intenzivnim postopkom izdelave orodij.

Koraki virtualnega postopka overitve:

1. Zaženi analizo oblikovanja: Programska oprema za simulacijo analizira tok materiala, da preveri morebitne napake, kot so razpoke, gube ali nezadostno raztezanje.
2. Napoved in kompenzacija povratnega upogiba: Stopnja povratnega upogiba se izračuna, oblike orodja pa se samodejno prilagodijo, da se kompenzira ta pojav.
3. Izračun sil: Simulacija izračuna potrebno zmogljivost (v tonah) za vsako operacijo, s čimer zagotovi, da ima izbrana stiskalna naprava dovolj kapacitete ter prepreči poškodbe stiskalne naprave ali orodja.
4. Izvedba končnega pregleda načrta: Temeljit pregled ovrednotenega načrta izvede ekipa inženirjev, da odkrije morebitne preostale napake ali potencialne težave, preden se načrt dokonča.

Faza 4: Ustvarjanje risb in predaja proizvodnji

Zadnja faza procesa oblikovanja orodij za avtomobilsko industrijo je pretvorba preverjenega 3D digitalnega modela v univerzalni inženirski jezik, ki ga lahko orodarski izdelovalci uporabijo za izdelavo fizičnega orodja. Vključuje ustvarjanje celovitega paketa tehnične dokumentacije, vključno s podrobnimi risbami in seznamom sestavnih delov (BOM). Ta standardizirani izhod je nujen za zagotavljanje, da je vsak sestavni del izdelan točno po specifikacijah, kar je ključno za gladko sestavljanje, pravilno delovanje in učinkovito vzdrževanje orodja.

Paket dokumentacije služi kot končni načrt za gradnjo orodja. Mora biti jasen, natančen in nedvoumen, da se na proizvodnem traku izognemo dragim napakam. To podrobno načrtovanje je značilnost izkušenih proizvajalcev v avtomobilski industriji. Na primer podjetja kot Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specializirani za pretvarjanje teh natančnih projektantskih paketov v visoko kakovostne avtomobilske orodja za žigosanje in komponente, pri čemer uporabljamo napredne simulacije in obsežna strokovna znanja za izjemno učinkovito in kakovostno podporo proizvajalcem originalne opreme ter dobaviteljem prve ravni.

Končni projektantski paket vsebuje več ključnih elementov, od katerih ima vsak določeno funkcijo v proizvodnem in sestavnem delovnem toku. Kakovost in popolnost te dokumentacije neposredno vplivata na zmogljivost in življenjsko dobo končnega orodja.

Ključni elementi končnega projektantskega paketa:

• Sestavni risba: Ta glavni risba prikazuje, kako se vse posamezne komponente skupaj ujemajo v končni sestavi orodja. Vključuje skupne mere, višino zapiranja ter podrobnosti za montažo orodja v stiskalnico.
• Detajlni risbi: Za vsako prilagojeno komponento, ki jo je treba obdelati, se ustvari ločen, zelo podroben risba. Ti risbi določajo točne mere, geometrijske tolerance, vrsto materiala, zahtevano toplotno obdelavo in površinsko obdelavo.
• Seznam materialov (BOM): Seznam sestavnih delov (BOM) je celovit seznam vseh posameznih delov, potrebnih za izdelavo orodja. Vključuje tako strojno obdelane komponente po meri kot tudi vse standardne dele, ki so na voljo v trgovini, kot so vijaki, vzmeti, vodilni tički in bušinge, pogosto z referenčnimi številkami dobavitelja.