Kovinsko oblikovanje za avtomobilsko industrijo: postopki, uporabe in standardi kakovosti

Kaj je kovanje kovin za avtomobilsko industrijo in zakaj je pomembno

Kovanje kovin je osnova proizvodnje avtomobilov. Vsak avtomobil na cesti vsebuje stotine kovinskih delov, izdelanih s kovanjem – od podvozja šasije, ki nosi motor, do majhnega nosilca za električno napeljavo; deli, izdelani s kovanjem, tvorijo konstrukcijsko in funkcionalno skeletno strukturo vozila.

V osnovi kovanje kovin za avtomobilsko industrijo spremeni ravne plošče iz kovine v trodimenzionalne dele z zaporedjem oblikovalnih operacij: izrezovanje, izvrtavanje, upogibanje, vlečenje in obrobljanje. Industrija se zanaša na tri glavne postopkovne poti – progresivno štampovanje ,žiganje z transferno matrico in kovanje z enostavnimi orodji – vsaka od njih je optimizirana za različne velikosti delov, proizvodne količine in stopnje zapletenosti.

To, kar ločuje te postopke, je osnovno vprašanje kako se delo premika skozi zaporedje oblikovanja . Izbor napačnega postopka za določen del lahko podvoji stroške orodij, povzroči ožine v proizvodnji ali ogrozi natančnost dimenzij.

Referenca iz industrije: Sodobna avtomobilska žigosalnica običajno obratuje z 15 do 30 žigosalnimi stroji z nosilnostjo od 40 do 1.000 ton, obdeluje več kot 50 različnih materialov – od mehkega jekla do naprednih jekel z visoko trdnostjo (AHSS) in aluminija – ter proizvede milijone delov na mesec.

Prava inženirska izziv ne leži v opredelitvi žiganja, temveč v prilagoditvi pravega postopka pravemu delu. To je tudi glavna tema ostanka tega članka – iz vidika proizvajalca, ki je že dobavil več kot 1.000 žigosalnih kalupov in mesečno proizvede 5 milijonov žigosanih delov za globalne avtomobilske dobavitelje prve stopnje (Tier 1). Za podrobnejši vpogled v zmogljivosti na ravni serijske proizvodnje glejte našo prilagojeno avtomobsko žigosanje pregledom.

Tri osnovne procesne metode za izdelavo avtomobilskih delov z udarnim oblikovanjem

Vsak avtomobilski del, izdelan z udarnim oblikovanjem, se začne z isto vprašanjem: katera pot procesa je prava? Odgovor je odvisen od štirih spremenljivk – letna proizvodnja, dimenzije dela, debelina materiala in zapletenost. Spodaj obravnavamo tri osnovne procesne metode za izdelavo delov z udarnim oblikovanjem ter logiko njihove izbire.

Napredna orodja – visoka proizvodnja, majhni do srednje veliki deli

Pri napredni orodni izdelavi delov z udarnim oblikovanjem se trak iz tuljave napreduje skozi serijo postaj znotraj enega samega orodja. Pri vsakem udaru stiskalnika vsaka postaja izvede eno operacijo – ena postaja izreže, naslednja izvrtajo, naslednja upogne – in na zadnji postaji se izvrži popoln del. Sam trak prenaša polizdelek od postaje do postaje, pri čemer pilotne sornice zagotavljajo natančno pozicioniranje z natančnostjo ±0,02 mm.

Ključni tehnični elementi:

• Načrtovanje traku določa izkoriščenost materiala, zaporedje postaj in skupno velikost orodja – pogosto največji dejavnik pri stroških na kos
• Vodilne sornice se pritrdijo v že prebite luknje na vsaki postaji, da popravijo morebitno odmikanje traku
• Dvigala dvignejo trak med udarci, da se lahko napreduje brez drgnjenja ob površinah orodja
• Senzorji v orodju zaznajo nepravilne oskrbe z materialom, izvleke ostankov (slug) in odpovedi izmetanja delov v realnem času

Napredna orodja so zelo učinkovita pri letnih količinah nad 50.000 kosov za majhne do srednje velike dele (običajno širina traku manj kot 600 mm). Pogosti avtomobilski primerni primeri vključujejo nosilce, povezovalnike, sponke, majhne strukturne okrepitev in sestavne dele sedežnih mehanizmov. Ta postopek doseže najvišje hitrosti izdelave – običajno 25 do 40 udarcev na minuto (SPM) – vendar je naložba v orodja pomembna, od umerene za preprosta orodja za izrezovanje do znatne za zapletena orodja za oblikovanje z več kot 12 postajami.

Sklic na proizvajalca: Program za izdelavo naprednih kalupov s polnim servisom – od načrtovanja trakastega izvleka do CAE simulacije oblikovanja, izbire jekla za kalupe, obdelave, preskusnega izdelovanja in predložitve PPAP – običajno traja 5–7 tednov za standardne avtomobilsko industrijske projekte, pri čemer stopnja odobritve v prvem poskusu presega 93 %, kadar je CAE simulacija vključena v fazo načrtovanja.

Kalup za prenašanje – veliki strukturni deli, srednje do visoke količine

Prenašalni kalup za žigosanje odpravi osnovno omejitev naprednih kalupov: del mora ostati povezan z nosilnim trakom. Pri velikih delih – podlage za okvirje, prečne nosilce, vzdolžne nosilce, vzmetne roke – to fizično ni mogoče, saj dimenzije izrezka presegajo razpoložljive širine trakov in teža dela naredi prenašanje z uporabo traka nepraktično.

V sistemu prenosnih orodij ima vsaka postaja samostojen zgornji in spodnji orodni komplet. Mehanski sistem za prenašanje – običajno servo-pogonjene klešče ali robotske roke – na vsaki postaji zajame polizdelka ali delno oblikovan del in ga premakne na naslednjo postajo. Ker se del med postajami sprosti in ponovno zajame, ni nosilne traku, ni omejitve širine in vsako postajo je mogoče neodvisno zasnovati, optimizirati in vzdrževati.

Prenosna orodja delujejo v obsegu 20.000 do 200.000 kosov na leto na stiskalnicah z zmogljivostjo od 630 do 1.000 ton z 3–6 postajami. Ključna prednost je prilagodljivost: ena prenosna stiskalnica lahko obdeluje različne družine delov z menjavo orodnih kompletov, posamezna orodja na postajah pa je mogoče zamenjati ali predelati brez vpliva na celoten sistem.

Kdaj izbrati prenosno orodje namesto naprednega orodja:

• Zagotovitev dela presega 600 mm v kateri koli smeri
• Del zahteva globoko vlečenje, ki bi deformiralo nosilni trak
• Proizvodna količina ne upravičuje višjih stroškov orodja za veliko napredno orodje
• Del je strukturni varnostni element, ki zahteva 100-odstotno medprocesno pregledovanje na vsaki postanki

Primer uporabe prenosnega orodja v večjem obsegu je naveden v primeru študije podlage v razdelku 3 spodaj.

Enostavno orodje – prava izbira za nizke količine, prevelike dele in prototipe

Za enostavno orodje se uporablja najbolj fleksibilen in najcenejši način vstopa v kovinsko žigosanje. Vsak udarec stiskalnika izvede natanko eno operacijo – izrezovanje, izvrtavanje, upogibanje ali oblikovanje – z uporabo posebnega orodja. Za izdelavo zapletenega dela je morda potrebnih 3–8 enostavnih orodij, da se izvedejo vse operacije oblikovanja, pri čemer se deli med stiskalniki premikajo ročno ali z enostavno avtomatizacijo.

Enostavna orodja niso manj kakovostna rešitev – so optimalna izbira v določenih primerih, ko bi bila napredna ali prenosna orodja ekonomsko ali fizično neizvedljiva:

• Dimenzije dela presegajo 600 mm – kar presega običajne meje širine trakov za napredno žigosanje
• Letna količina je manj kot 20.000 kosov — prednost enote po ceni pri naprednih orodjih ne nadomesti višjih začetnih stroškov za orodja
• Debelina materiala presega 6 mm — oblikovanje debelih plošč zahteva sile stiskanja in razmere za orodja, ki jih je težko doseči pri večstopenjskih naprednih postavkah
• Izdelava prototipov in preizkušanje pred serijsko proizvodnjo — enostavna orodja omogočajo preverjanje procesa po nizkih stroških (vodilni čas 2–4 tedna), preden se naredi končna naložba v napredna ali prenosna orodja

Referenčna vrednost za industrijo: Stroški enostavnih orodij običajno znašajo med 10 % in 25 % primerljivega kompleta naprednih orodij. Če se to kombinira s strategijo postopnega izboljšanja – pri kateri so podatki o potrjenem procesu z enostavnimi orodji neposredno uporabljeni za oblikovanje naslednjega naprednega ali prenosnega orodja – lahko ta kombinirani pristop zmanjša skupne stroške orodij za program in hkrati zmanjša tveganje pri vzpostavljanju serijske proizvodnje.

Primerjava izbire postopka

Opomba: Vrednosti so referenčni industrijski obsegi. Dejanski podatki za posamezne projekte se razlikujejo glede na geometrijo dela, kakovost materiala in zmogljivost stiskalnice.

Za podrobnejšo razpravo o usklajevanju zahtev za delo z izdelovalnimi procesi si oglejte naš vodnik o kako uskladiti zahteve glede delov z ustrezno proizvodno metodo .

Uporaba v avtomobilski industriji: Kateri proces za kateri del

Izbira procesa izdelave z izvlekom je končno odvisna od samega dela – njegove velikosti, materiala, strukturne funkcije in količine proizvodnje. Spodaj preučujemo, kako ti dejavniki vplivajo na tri glavne kategorije avtomobilskih uporab, pri čemer uporabljamo prave primere iz proizvodnje.

Podvozje in strukturni sestavni deli

Strukturni deli podvozja – podlage, prečne nosilke, vzdolžne nosilke in vzmetni rokavi – predstavljajo najzahtevnejšo nalogo pri izdelavi z izvlekom v avtomobilski proizvodnji. To so veliki, debele jekleni deli (1,5–4,0 mm), izdelani iz visoko trdnih jekel, kot so DP600, DP800 in QSTE500TM, pri katerih sta ključna inženirsko-tehnična vprašanja nadzor povratnega izvleka in natančnost sestavljanja z varjenjem.

Standardna pot izdelave je izdelava z izvlekom s prenosnim orodjem, ki ji sledi sestavljanje z robotiziranim varjenjem . Prenos orodja je bistven, ker dimenzije plošč za tipični sprednji podokvir presegajo 800 mm v več smerih – kar je daleč izven omejitev širine trakov za napredne kalupne procese. Po izdelavi z izrezovanjem se posamezni deli zavarujejo v celotno sestavo, pogosto z 15–20 varilnimi spoji, katerih položaj mora biti natančen znotraj tolerance ±0,5 mm.

Primer proizvodnje – sestava sprednjega podokvira:

Evropska luksuzna SUV-platforma je zahtevala sestavo sprednjega podokvira, sestavljeno iz 7 posameznih izrezanih delov, ki so bili povezani z 17 varilnimi spoji MIG. Podokvir – ki nosi motor, menjalnik in sprednjo obešalno napravo – je komponenta, po kateri se pri trčenju prenašajo obremenitve; zato neposredno vpliva na varnost pri trčenju natančnost njegovih dimenzij. Letna proizvodnja: 80.000 kompletov vozil.

Pred rezanjem katerekoli orodne jeklene plošče je inženirski tim CAE izvedel simulacijo oblikovanja za vseh 7 delov. Simulacija je odkrila: kot okrepitvenega nosilca z zadebelitvijo, ki presega 25 % (meja oblikovanja za QSTE500TM znaša približno 28 %) – odpravljeno z povečanjem kota zakrivljenosti iz R3,0 na R4,5; območje povlečnega robu z nabiranjem materiala (tveganje gubanja) – odpravljeno z dodajanjem enega povlečnega grebena in prilagoditvijo višine grebena; ter rob stranske stene z napovedano povratno deformacijo 2,3 stopinje – kompenzirano z obratno premikom površine kalupa.

Vseh 7 kalupov za žigosanje je bilo izdelanih na podlagi popravljenih orodnih podatkov iz CAE. Prvi izdelani deli so uspešno opravili dimenzionalni pregled brez enega samega ponovnega izdelovanja kalupa. Celotni proces – 7 žigosanih delov + 17 varjenj – je bil potrjen v okviru predvidenega časovnega okvira programa in podprtljivka je vstopila v serijsko proizvodnjo v skladu z urnikom.

"CAE-simulacija ni le napovedala težav – popolnoma je odpravila fazo poskušanja in napak. Sedem orodij, prva izdelava, vse znotraj toleranc."

Karoserija brez opreme in varnostni sestavni deli

Deli karoserije – okrepitev stebrov B, vodila za streho, nosilci za bočni trk in prečne nosilce sedežev – so varnostno kritični sestavni deli, ki jih običajno izdelujejo iz borskega jekla za vroče oblikovanje (22MnB5) ali iz ultra-visoko trdnih hladno oblikovanih jekel. Glavni inženirski izzivi so nadzor tanjšanja (za preprečitev razpoke med oblikovanjem) in kompenzacija povratnega upogiba po vročem kaljenju.

Ti deli se običajno izdelujejo na sistemi prenosnih orodij , pri čemer je vroče kaljenje integrirano v presovno linijo za razrede borskega jekla. Ker lahko ena okrepitev stebra B vključuje izrezovanje, vroče oblikovanje, obrezovanje in vrtanje na 4–5 postajah, arhitektura prenosnega orodja zagotavlja potrebno neodvisnost posameznih postaj.

Primer izdelave – okrepitev stebra B:

Japonski dobavitelj prve stopnje je razvijal okrepitev stolpca B iz materiala 22MnB5 (debelina 1,8 mm) za globalno platformo srednjega razreda limuzin. Del je že vstopil v fazo izdelave orodja pri drugem proizvajalcu orodij – brez predhodne CAE simulacije. Vzorci iz prve preskusne serije (T1) so pokazali tri težave: mikroprhljanje v voglih na dveh mestih, gubanje na območju robu in odskoke pod koti 2,1, 1,8 in 2,5 stopinje na treh kritičnih presekih – kar je znatno več kot dovoljena toleranca ±0,5 stopinje. Po treh krogih ponovne obdelave orodja v šestih tednih so se težave ohranile in je bila ogrožena rok za SOP (začetek proizvodnje).

Izvedena je bila neodvisna CAE analiza na isti geometriji dela. Znotraj treh delovnih dni je simulacija identificirala: tanjšanje vogalov v razmerju 32 % in 29 % – kar presega mejo oblikovanja 28 % za material 22MnB5 v hladnem stanju in natančno ustreza lokacijam razpok; nakupljanje materiala (povečanje debeline za 15 %) v območju obroba – nestabilnost pri stiskanju med oblikovanjem obroba, kar ustreza vzorcu gub; ter kotov povratnega odskoka, ki so se ujemali z izmerjenimi vrednostmi znotraj 0,2 stopinje, kar potrjuje natančnost simulacije.

Korektivne ukrepe – povečanje radijev vogalov (potrjeno s strukturnim inženirskim timom, da se zagotovi, da ne bodo vplivali na trdnost pri trku), dodajanje predoblikovalnega koraka za razdelitev 90-stopinjskega obroba na dva 45-stopinjska koraka ter uporaba obratne kompenzacije na površini orodja – so izvedli pred tem, da bi bilo katero koli dodatno jeklo prerezano. Spremenjeno orodje je pri prvem poskusu proizvedlo skladne dele.

Sistemi za obešanje, krmiljenje in pogonski sklop

Ta kategorija zajema natančne dele -- cevi za absorberje udarcev, gredi, štipendi za krmiljenje, rokavi za volan in nosilce za vgradnjo motorja. Za razliko od strukturnih delov podvozja, kjer prevladujejo velikost in trdnost, zahtevajo odtegnitve in pogonski sklop natančnost (notranji premeri do stopnje IT7, površinske obdelave do Ra 0,4 um) in v mnogih primerih odpornost na utrujenost pod cikličnim obremenitvijo.

Proizvodni primer -- cevi za absorpcijo udarcev (avtomatska linija za velik volumen):

Pet najboljših dobaviteljev strelskih absorberjev na svetu, ki služijo Volkswagen MQB in BMW CLAR platformam, je potrebovalo azijsko-pacifiškega strateškega partnerja za proizvodnjo dušnikov. Letna količina: 2,4 milijona vozil, kar ustreza 7,2 milijona posameznih cevi na leto (vsaka skupina = 1 zunanja cev + 1 notranja cev + 1 zgornji montažni omarici).

Proizvodna linija za izdelavo cevi deluje kot popolnoma avtomatiziran sedemkorakoven proces brez poseganja operaterja med vnos surovin in izhodom končanega izdelka: (1) Avtomatsko rezanje na dolžino – 9 strojev, natančnost reza ±0,1 mm; (2) Zaobljena obdelava obeh koncev – 17 strojev, hkrati na obeh koncih; (3) Laserno rezanje cevi za posebne geometrije; (4) Vlečenje (knurling) za prileganje pod tlakom; (5) Ultrazvočno čiščenje – odstranitev vse tekočine za rezanje in vseh delcev ostanka; (6) 100-odstotna vgrajena avtomatska dimenzionalna kontrola – 9 kontrolnih enot z infrardečim merjenjem, ki preverjajo notranji/zeljni premer, okroglost in debelino stene vsake posamezne cevi; (7) Pakiranje in pošiljanje.

100-odstotna vnosna kontrola je bila odločilni dejavnik pri izbiri dobavitelja. Prejšnji dobavitelj je uporabljal statistično vzorčenje z ročnim merjenjem – model, ki vsebuje notranjo tveganje za spregled napak. Avtomatizirana proizvodna linija to tveganje odpravi: če cev ne uspe pri kateri koli dimenziji, se fizično preusmeri iz izhodnega toka, preden doseže prevozno embalažo.

Primer proizvodnje – osrednji del zavesnega ročaja (hladno oblikovanje namesto obdelave):

Kitajski dobavitelj sistema podvozja prve stopnje, ki oskrbuje BYD in NIO, je potreboval 320 000 osrednjih delov zavesnih ročajev na leto za štiri modele vozil. Osnovni del je natančna sornica – debelina stebra 16 mm, ploščata glava s premerom 22 mm in sferični konec – izdelana iz zlitine jekla 42CrMo, ki zahteva kaljenje in otemnjevanje do trdnosti na razteg nad 900 MPa na stebru ter trdote HRC 58–62 na glavi.

Izvirni postopek je izdelal os za obrabo iz palice Ø25 mm s pomočjo CNC vrtanja – pri tem je bilo kot stružki odstranjeno 59 % materiala. Pri 320.000 kosih na leto je to pomenilo več kot 90 ton jekla, ki se je letno izgubilo, pri čemer je bila stroškovna cena obdelave na kus določena s ciklusnim časom 4,5 minute.

Alternativni predlog: hladno oblikovanje iz žice Ø18 mm. Geometrija dela – tanek vrat (razmerje dolžine in premera približno 5:1), glava z urobnico in sferični konec – je zelo primerna za večstanično hladno oblikovanje. Štiristanična hladno oblikovalna orodja proizvedejo skoraj končno obliko v manj kot 3 sekundah, pri čemer se izkoriščanje materiala poveča z 41 % na 94 % (material se odstrani le pri končni obdelavi glave in brušenju vrata).

Tri začetne skrbi – višja investicija v orodje, utrujenostna odpornost hladno oblikovanih nasproti obdelanih delov ter natančnost sfernega konca – so bile razrešene z podatki: Investicija v orodje se je amortizirala do zanemarljive cene na kos v primerjavi z zmanjšanjem stroškov obdelave; neprekinjen tok zrna v hladno oblikovanih delih (materialni vlakni sledijo konturi glave namesto, da bi bili prerezani) zagotavlja izjemno utrujenostno odpornost – kar je ključnega pomena za suspenzijski del, ki je izpostavljen cikličnim upogibnim obremenitvam; geometrija sfernega konca se doseže z votlino za hladno oblikovanje in nato natančno izboljša z dodatnim brušenjem, pri čemer se izpolnijo določene tolerance profila.

Pretvorba je stranki vsako leto prihranila več kot 90 ton jekla in znatno zmanjšala strošek na kos. Več o tehnologiji hladnega oblikovanja najdete v naši avtomobilski kapaciteti za hladno oblikovanje . Sorodne aplikacije natančnih bušingov so obravnavane v našem avtomobilskih kovinskih bušingih pregledom.

Referenčnem priročniku za ujemanje aplikacije in procesa

Kontrola kakovosti: Celoten nadzorni verižni sistem za ploščato stiskanje v avtomobilski industriji

Večina člankov o avtomobilskem izdelovanju s pomočjo kalupov omenja nadzor kakovosti le v eni povedi – običajno »sledimo standardom IATF 16949« – in nato nadaljuje. V praksi zagotavljanje kakovosti za izdelane avtomobilske dele ni en sam kontrolni točka, temveč šestodimenzionalni sistem, ki zajema celoten življenjski cikel proizvodnje, od vstopa surovin do končne dostave.

Standardi in certifikati kakovosti

IATF 16949 je mednarodni standard za upravljanje kakovosti pri serijski proizvodnji avtomobilskih delov in rezervnih delov. Za razliko od splošnega standarda ISO 9001 IATF 16949 določa zahtevane specifične zahteve za avtomobilsko industrijo: preprečevanje napak, stalno izboljševanje in zmanjševanje odpadkov po celotnem dobavnem verigu. Za dobavitelja prvega (Tier 1) ali drugega (Tier 2) nivoja v avtomobilski industriji je certifikat IATF 16949 najmanjša zahteva za vključitev v postopek izbire dobaviteljev.

Certificiran po IATF 16949 (št. certifikata 0532672)

Poleg certifikacije je postopek odobritve proizvodnega dela (PPAP) ključna prepreka med dokončanjem orodij in serijsko proizvodnjo. PPAP zahteva, da dobavitelj dokaže – z izmerjenimi podatki, ne z obljubami –, da se proizvodni proces lahko dosledno ponavlja in proizvaja dele, ki izpolnjujejo vse dimenzionalne, materialne in funkcionalne specifikacije pri navedeni proizvodni hitrosti. Pri kovinskim delom posebej vključuje predložitev PPAP naslednje dokumentacije: poročila o dimenzionalni razporeditvi (podatki CMM za vse dimenzije na risbah), potrdila o materialih, študije zmogljivosti procesa (podatki CPK za kritične značilnosti) ter obseg akreditirane laboratorije.

Dimenzionalni pregled – merjenje s koordinatnim merilnim strojem (CMM) in medprocesno merjenje

Koordinatni merilni stroji (CMM) so zlati standard za dimenzionalno preverjanje kovinskih delov. CMM dotakne površino dela na stotinah programiranih točk in primerja izmerjene koordinate z 3D CAD modelom. Pri avtomobilskem kovinanju ima CMM pregled tri ločene namene:

• Pregled prvega izdelka (FAI): Popolna dimenzijska preverjanja prvih delov iz novega ali spremenjenega orodja. Vsaka dimenzija na risbi je izmerjena in zabeležena. FAI je obvezna dostava PPAP.
• Vzorčenje med postopkom: Obdobjna dimenzijska preverjanja med proizvodnjo – običajno vsakih 2–4 ur – za zaznavo odmika procesa, preden začne proizvajati neustrezna dela
• Spremljanje obrabe orodja: Sledenje dimenzijskim trendom v življenjski dobi orodja za napovedovanje časa, ko je treba zamenjati ali zaostriti komponente orodja

Referenčna vrednost za industrijo: Sodobni sistemi CMM dosežejo prostorsko natančnost 1,5 + L/350 µm (kjer je L izmerjena dolžina v mm). Pri tipični dimenziji izdelka iz valjane pločevine 200 mm to pomeni negotovost meritve približno 2,1 µm – kar je znotraj tolerančnega pasu natančnih avtomobilskih izdelkov iz valjane pločevine.

SPC – statistična kontrola procesa pri visokozmernem valjanju

SPC premakne zagotavljanje kakovosti iz odkrivanja (»najdi slabše dele«) v preprečevanje (»prepreči, da bi proces ustvarjal slabše dele«). Namesto merjenja vsakega dela ali zanašanja na vzorčenje na koncu proizvodne linije SPC spremlja sam procesni odziv z uporabo kontrolnih kart in kazalcev zmogljivosti.

Najpogosteje poročani kazalec zmogljivosti pri avtomobilskem žigosanju je CPK – kazalec zmogljivosti procesa, ki upošteva tako razpršenost procesa kot tudi njegovo srednjo lego glede na meje specifikacij:

• CPK ≥ 1,33: Proces je zmogljiv – pričakovana stopnja napak je pod 63 delov na milijon (ppm). Tipična najmanjša zahteva za avtomobilsko proizvodnjo.
• CPK ≥ 1,67: Proces je dobro centriran in stabilen – pričakovana stopnja napak je pod 0,6 ppm. Zahtevano za varnostno kritične značilnosti.
• Cpk < 1,00: Proces ni zmogljiv – stopnja napak presega 2700 ppm. Zahteva takojšnje korektivne ukrepe.

Pri operaciji kovanja, ki proizvaja 100.000 delov na mesec, razlika med CPK 1,00 in CPK 1,33 znaša približno 257 potencialno neustreznih delov na mesec, ki jih bodisi zaznajo (stroški pregleda) bodisi pošljejo (tveganje kakovosti).

Uvedba statističnega procesnega nadzora (SPC) se običajno osredotoča na 3–8 ključnih za kakovost (CTQ) značilnosti na del – mere, ki neposredno vplivajo na prileganje, funkcionalnost ali nadaljnjo sestavo. zakaj bi tolerančne vrednosti pri proizvodnji morale biti določene že zgodaj .

NDT in funkcionalno testiranje – nad mere

Ustreznost mer je nujna, a ni dovolj. Zavarovani kovani sklopi – še posebej varjeni podvozji, elementi suspenzije in sedežne konstrukcije – za preverjanje notranje celovitosti zahtevajo nedestruktivno preskušanje (NDT).

• Ultrazvočno preskušanje (UT): Zaznava notranjih napak pri varjenju – poroznosti, pomanjkanja zvarjenosti, razpok – z analizo odsevov visokofrekvenčnih zvočnih valov. Uporablja se na strukturnih varjenih spojih v sestavah podvozij.
• Magnetnoprahni pregled (MPI): Odkriva površinske in podpovršinske razpoke v feromagnetnih materialih. Uporablja se na robovih izrezkov za udarjanje, oblikovanih vogalih in območjih, ki so bila ogreta pri varjenju.
• Preverjanje z barvilnim penetrantom (DPI): Zaznava površinske napake v nefromagnetnih materialih (aluminij, nerjavna jekla). Uporablja se pri aluminijastih izdelkih za udarjanje in estetsko kakovostnih površinah razreda A.

Statistično in dinamično testiranje dopolnita sliko o kakovosti. Statično testiranje preverja lastnosti materiala (trdnost na natezno obremenitev, trdota, kemična sestava) na vzorcih surovin in končanih delih. Dinamično testiranje potrjuje funkcionalno zmogljivost pod cikličnim obremenitvijo in odgovarja na vprašanje, ki ga sama dimenzija ne more: »Ali bo del opravil svojo predvideno funkcijo v celotni življenjski dobi vozila?«

Za praktične smernice pri oblikovanju delov, ki so že po naravi lažje za pregled, glejte kaj naredi izdelano delo enostavno za pregled .

Za podrobnejši pregled našega sistema kakovosti obiščite našo IATF 16949 zagotavljanje kakovosti stran.

Inženirsko načrtovanje orodij: CAE simulacija pred obdelavo kovine

Najdražja napaka pri vlečenju je odkrivanje težav s oblikovanjem po orodje je že obdelano. Tradicionalni razvoj orodij – načrtovanje, obdelava, preskus, odkrivanje težav, popravki in ponovni preskus – lahko zahteva tedne časa in pomembna sredstva zaradi ponavljajočih se ciklov popravkov. Sodobni pristop obrne ta zaporedje: najprej se vse simulira, šele nato se karkoli reže.

Zakaj se inženirsko načrtovanje orodij izvede pred prvo rezko

CAE (računalniško podprto inženirstvo) simulacija oblikovanja se je zaradi preprostega ekonomskega razloga uveljavila kot standardna začetna faza pri razvoju orodij za avtomobilsko vlečenje: strošek odprave napake v simulaciji je skoraj nič; strošek odprave napake na trdih orodnih jeklenih delih pa se meri v tednih prostega časa in pomembnih stroških popravkov pri vsaki iteraciji.

Delovni proces simulacije običajno poteka v treh fazah: (1) Analiza oblikovalnosti – ali se dano geometrijsko obliko dela lahko oblikuje iz določenega materiala brez razpoke ali gube? (2) Napoved povratnega upogiba -- po oblikovanju in razbremenitvi: koliko se bo del elastično povrnil in katero obratno kompenzacijo je treba uporabiti na površinah orodja? (3) Optimizacija procesov -- ali lahko spremenimo obliko izhodnega materiala za izboljšanje izkoriščenja materiala? Ali lahko prilagodimo razpored omejevalcev tokov za uravnotežitev pretoka materiala?

Izhod je tehnično poročilo (TR) – običajno 40–60 strani, ki pokriva oblikljivost, povratno deformacijo, razvoj izhodnega materiala in priporočila za postopek – ki ga inženirski tim pregleda pred odobritvijo izdelave orodja.

Kaj dejansko zagotavlja CAE-simulacija

Vrnimo se k primeru okrepitev stebra B: CAE-simulacija je identificirala točne lokacije kjer bi prišlo do razpoke in gubanja, kvantificirali kot springback na vsakem kritičnem odseku ter določili posebne korektivne ukrepe, ki so v eni sami iteraciji odpravili vsa tri težava. Natančnost simulacije – napovedi springbacka znotraj 0,2 stopinje merjenih vrednosti – je tisto, kar CAE naredi za zanesljivo inženirsko orodje namesto za vizualizacijsko učinkovitost.

V primeru sprednjega podvozja je bila CAE-simulacija izvedena na vseh sedmih ploščah pred tem, ko je bil naročen kateri koli orodni jekleni del. Vsi sedem orodij so uspešno opravili prvo dimenzionalno pregledovanje – rezultat, ki bi brez simulacijsko vodene oblikovne konstrukcije orodij bil statistično malo verjeten. Več o poenostavitvi oblikovanja najdete v kako poenostaviti zapletene strukture kovinskih delov .

Od prototipnega enojnega orodja do proizvodnje s postopnim orodjem

Ena izmed najmanj izkoriščenih strategij pri inženirstvu kalupov za kovinsko oblikovanje je zaporedna pot orodja: preverite postopek oblikovanja z nizko stroškovnimi enojnimi kalupi, nato pa uporabite preverjene podatke o postopku – sile oblikovanja, vzorce pretoka materiala in meritve povratnega odskoka – za načrtovanje celotnega naprednega ali prenosnega kalupnega sistema.

Ta pristop je še posebej koristen, kadar oblika dela še ni končana, letni volumen proizvodnje postopoma narašča ali pa vedenje materiala še ni popolnoma karakterizirano. Ključni omogočalec je neprekinjenost podatkov: parametri oblikovanja, meritve povratnega odskoka in razvoj rezalnih črt iz faze enojnega kalupa se ne zavrnejo ob prehodu na proizvodne kalupe – postanejo inženirski temelj za načrtovanje naprednega ali prenosnega kalupa. Za sposobnosti na področju načrtovanja in izdelave kalupov obiščite našo proizvodnjo avtomobilskih kalupov za kovinsko oblikovanje stran.

"Zanka povratne informacije od simulacije do orodja loči razvoj orodij, ki temelji na inženirskih načelih, od empiričnega pristopa z izkušnjo in napakami. Ko podatki o posameznem orodju neposredno vstopajo v oblikovanje naprednega orodja, odpravite učno krivuljo – in proračun za ponovno obdelavo – pri vsakem novem programu."

Pogosto zastavljena vprašanja

Kaj je avtomobilsko kovinsko žigosanje?

Avtomobilski kovinski udarni proces je hladni oblikovni proizvodni postopek, ki ravnino kovinske plošče pretvori v tridimenzionalne avtomobilske komponente s pomočjo udarnega stiska in posebej zasnovanih orodij (kalupov). Postopek zajema več operacij – izrezovanje, izvrtavanje, upogibanje, vlečenje, oblikovanje robov in kovanje – ki se izvajajo zaporedno za izdelavo delov, ki segajo od majhnih nosilcev do velikih podkonstrukcij okvirjev. To je prevladujoča metoda oblikovanja kovin v avtomobilski proizvodnji zaradi njene hitrosti, ponovljivosti in učinkovitosti uporabe materiala pri serijski proizvodnji.

Kateri so različni tipi udarnih procesov, ki se uporabljajo v avtomobilski proizvodnji?

Tri glavne vrste udarnih procesov so progresivna štampa (z vrečkastim dovodom, večstanični v enem orodju, najprimernejši za visokovolumenske majhne do srednje velike dele), prenosna matrica (posamezne stanice z robotiziranim prenašanjem delov, najprimernejši za velike strukturne dele srednjega do visokega volumena) in enostanično orodje (ena operacija na udarec stiskalnika, najprimernejše za nizkovolumenske, prevelike dele in prototipe). Vsak postopek je optimiziran za drugačno kombinacijo velikosti dela, letnega volumena in investicij v orodja.

Napredno orodje za izdelavo delov proti prenosnemu orodju za izdelavo delov – katero je bolj primerno za avtomobilsko industrijo?

Noben od obeh procesov ni splošno boljši – izbira je odvisna od dela. Napredne matrice zagotavljajo najvišje hitrosti izdelave (25–40 ciklov na minuto) in najtesnejše tolerance (±0,05 mm) za dele, ki se ujemajo z omejitvami širine trakaste plošče (običajno pod 600 mm). Matrice za prenašanje obravnavajo dele, ki so preveliki za orodja za obdelavo iz traku – npr. podvozja, prečne nosilce in krmilne roke – ter omogočajo fleksibilnost pri neodvisnem vzdrževanju ali zamenjavi posameznih stacionarnih matric. Proizvajalec, ki ponuja oba procesa, lahko za vsak del izbere optimalno pot namesto da bi vsak del prisilil skozi en sam tip procesa.

Kateri materiali se najpogosteje uporabljajo pri avtomobilski izdelavi s ploščami?

Avtomobilske kovinske oblikovne procese obdelujejo širok spekter materialov, od nizkoogljenih jekel (razredi DC01–DC06) za splošne podporne elemente in ohišja do naprednih jekel z visoko trdnostjo (DP600/DP800, QP980, MS1500, TRIP-jekla) za strukturne in varnostne komponente. Za varnostne dele kabine za potnike se uporablja toplotno oblikovano borovo jeklo (22MnB5). Ocinkana jekla (pokritja GI, GA) zagotavljajo zaščito pred korozijo za karoserijske plošče. Aluminijaste zlitine (serije 5000 in 6000) se vse pogosteje določajo za zmanjševanje mase električnih vozil. Polnopravni dobavitelj kovinskih oblikovnih storitev običajno ohranja sposobnosti za več kot 50 različnih razredov materialov.

Kakšne tolerance lahko doseže avtomobilska kovinska oblikovanja?

Tipične dimenzijske tolerance za avtomobilska kovinska oblikovana dela segajo od +–0,05 mm za delovne predmete s postopnim orodjem (majhni podporni elementi, priključki) do +–0,15 mm za delovne predmete z enojnim orodjem (veliki ploščati deli, konstrukcijski elementi z debelo ohišno ploščo). Natančnost delov za prenosni orodji običajno znaša ±0,10 mm. Te vrednosti predpostavljajo ustrezno stanje orodja, enotne lastnosti materiala in stabilne parametre stiskalnika. Še natančnejše tolerance so dosegljive, vendar povečajo stroške orodij in zahteve za nadzor procesa.

Kako izbrati dobavitelja kovinskih žigosanih delov za avtomobilsko industrijo?

Ocenite potencialne dobavitelje po petih merilih: (1) Obseg procesov – ali ponujajo napredne, prenosne in enostavne žigosne orodja, da izberejo najprimernejšo proizvodno pot za vsak posamezen del? (2) Inženirski kapaciteti – ali sami izvajajo simulacije oblikovanja s pomočjo računalniške analize (CAE)? (3) Infrastruktura za zagotavljanje kakovosti – ali imajo certifikat IATF 16949 in upravljajo celotno verigo za nadzor kakovosti (koordinatni merilni stroj – CMM, statistični nadzor procesov – SPC, nedestruktivno preskušanje – NDT, funkcionalno testiranje)? (4) Merljivost za velike količine – Ali lahko podpirajo vaš program od prototipa do serijske proizvodnje? (5) Pokritost materialov – Ali imajo dokumentirano izkušnjo z določenimi razredi materialov, ki jih zahtevajo vaše komponente? Dobavitelj, ki lahko na vsa pet vprašanj odgovori s podatki – ne le z zagotovili – je opremljen za podporo avtomobilskim proizvodnim programom. Več o posebnih zmogljivostih podjetja Shaoyi najdete v našem prilagojeno avtomobsko žigosanje pregledom.