Visokonapetostno kovinsko žigosanje v avtomobilski industriji: inženirska in dobavnih verig priročnik

POVZETEK

Proizvodnja kovinskega žigosanja v visokih količinah je temelj sodobne proizvodnje vozil, saj omogoča dobavo milijonov natančnih komponent skoraj brez napak. Z uporabo progresivna štampa in hitro žigosanje lahko proizvajalci dosegajo hitrosti proizvodnje nad 1500 udarcev na minuto in hkrati ohranjajo tolerance tanjše od +/- 0,001 palca. Ta postopek je bistven za izdelavo varnostno kritičnih delov, kot so senzorji zračnih blazin, ter novih komponent EV, kot so bakreni zbiralniki.

Za avtomobilske inženirje in vodje nabave je uspeh odvisen od izbire partnerjev, ki imajo certifikat IATF 16949 standardi, ki znajo usmerjati prehod k naprednim jeklim z visoko trdnostjo (AHSS) in aluminiju za lajšanje konstrukcije. Pri nakupu priključkov, nosilcev ali kompleksnih vodilnih okvirjev prava strategija velikoserijskega žiganja optimizira stroške enote prek učinkovitosti obsega, hkrati pa zagotavlja strogo skladnost s globalnimi avtomobilskimi zahtevami za kakovost.

Tehnologije velikoserijske proizvodnje

Avtomobilska industrija ima zahtevo po milijonih identičnih, brezhibnih delih, kar zahteva proizvodne tehnologije, ki združujejo ekstremno hitrost z mikroskopsko natančnostjo. Glavna metoda za doseganje tega je Progresivno štampovanje . V tem procesu se neprekinjen trak iz kovine vodi skozi stiskalnico, ki vsebuje več postaj. Vsaka postaja opravi določeno operacijo – rezanje, upogibanje, perforiranje ali žigosanje – hkrati z vsakim premikom stiskalnice. Ko se trak premika naprej, se del postopoma oblikuje, dokler ni na končni postaji ločen. Ta metoda je standard v industriji za učinkovitost pri visokih količinah in omogoča izdelavo kompleksnih geometrij brez ročnega poseganja med posameznimi koraki.

Zaradi naraščajoče povpraševanja po električnih komponentah v sodobnih vozilih Hitro žigosanje je postalo nepogrešljivo. Vodilni proizvajalci uporabljajo specializirano opremo, kot so stiskalnice Bruderer, ki lahko delujejo s hitrostjo do 1.500 sunkov na minuto . Glede na Wiegel , ta zmogljivost je ključna za proizvodnjo večmilijonskih serij zapletenih delov, kot so terminali in priključki, kjer se trajanje cikla neposredno odraža na poslovni uspešnosti. Možnost žigosanja zlitin bakra in eksotičnih kovin s takšnimi hitrostmi zagotavlja, da se velike količine naročil za sisteme električnih vozil izpolnijo pravočasno.

Naslednji tehnološki napredek je uvajanje Tehnologija servopresa . V nasprotju s tradicionalnimi mehanskimi prešami, ki delujejo na fiksnem kolesu z nihanjem, prešo servo uporablja visoko navorne motorje za popoln nadzor nad hitrostjo in položajjem gibnika skozi celoten potisk. To omogoča "zadrževanje" na dnu potiska za zmanjšanje povratnega učinka pri težkih materialih ali prilagoditev hitrosti za preprečevanje razpok. Automation Tool & Die (ATD) poudarja, da so servo preše, ki segajo od 330 do 700+ ton, bistvene za oblikovanje kompleksnih geometrij in visokotrdnih materialov, ki bi sicer spodleteli v standardnih mehanskih prešah.

Ključni avtomobilski komponenti in prehod na EV

Prehod iz motorjev z notranjim zgorevanjem (ICE) na električna vozila (EV) je bistveno spremenil vrste stampiranih komponent, ki jih zahtevajo kupci Tier 1 in OEM. Medtem ko tradicionalna vozila ICE zahtevajo velike količine spon za vbrizgavanje goriva, izpušnih obesekov in prenosnih nosilcev, je v okolju električnih vozil prednostna prednost vodljivost in upravljanje toplote. Zbiralniki , baterije, končne naprave in ščiti so zdaj med največjimi količino žigovanih delov. Ti sestavni deli pogosto zahtevajo specializirana orodja za obdelavo bakra in bakrenih zlitin brez poškodbe njihove površinske obdelave, kar je ključnega pomena za električno učinkovitost.

Komponente, ki so kritične za varnost, ostajajo konstantni gonilnik obsega v vseh tipih vozil. deli, kot so obliki za varnostne pasove , pritrditve zračnih blazin in sestavni deli za proizvodnjo zavor morajo biti odporni na velike udarne sile in stroge preskuse utrujenosti. Xometrija ugotavlja, da so natančni žigovi za te aplikacije bistvenega pomena, ker zagotavljajo ponavljajočnost, ki ji lijanje ali obdelava ne morejo ustrezati v obsegu. Na primer, nosilec z zračnim blazinkom mora biti natančno razporejen, kot je bil zasnovan, v milisekundah; v proizvodnji petih milijonov enot ni prostora za razsežnost dimenzij.

Zmanjšanje teže je še en prevladujoči trend, ki vpliva na oblikovanje komponent. Inženirji za izboljšanje učinkovitosti goriva v vozilih ICE in razširitev dometa v električnih vozilih zamenjajo težke jekleni sestavine s stampiranim aluminijem ali tanjšimi, močnejšimi vrstami jekla. Ta premik predstavlja izzive pri proizvodnji, saj je aluminij v postopku tesnjenja bolj nagnjen k razpokanju in žganju. Izkušeni stamperji to zmanjšujejo z uporabo naprednih maziv in visoko poliranih matric, da zagotovijo gladek pretok materiala, obenem pa ohranjajo strukturno celovitost, ki je potrebna za podvozje in karoserijo v belem.

Materialna znanost pri avtomobilskih žigovnikih

Izbira materialov pri žaganju velikih količin ni več omejena na blagi jeklen. Potisk za varnost in učinkovitost je postal priljubljen Napredne visokotrdne jekla (AHSS) -Ne. Ti materiali so izjemno trdni pri vztrajanju, in inženirjem omogočajo, da uporabljajo tanjše merilnike, da prihranijo težo, ne da bi ogrozili varnost. Vendar AHSS zahteva precej večje tonažne stiske in robustne orodje, kot je karbid, da bi se upirali ekstremni obrabi, ki nastane med proizvodnjo. Učinek "odprtja" (springback), pri katerem se kovina po upogibanju poskuša vrniti v prvotno obliko, je v AHSS bolj izražen, kar zahteva sofisticirano strojno izdelavo, da se material natančno upogne.

Za elektrifikacijo pogonskega sklopa, Med enako in bronz zlitine so ključne zaradi svoje odlične električne prevodnosti. Te mehke kovine predstavljajo drugačno skupino izzivov; so zelo duktilne, vendar se jih lahko preprosto poškoduje ali deformira. Hiter žigos kovinskih priključkov iz bakra pogosto vključuje sisteme za nadzor v orodju, ki zaznajo odpad ali delce, ki bi lahko poškodovali občutljive stikalne površine. Poleg tega mnogi komponenti EV-ja zahtevajo predprevlečene materiale (na primer baker s kosmičnim ali srebrnim premazom), da se izboljša prevodnost in odpornost proti koroziji. Žigosni proces mora biti dovolj nežen, da oblikuje del brez odstranjevanja teh pomembnih platenih slojev.

Aluminij žigosanje še naprej raste za strukturne in kozmetične aplikacije. Čeprav ponuja odličen razmerje med trdnostjo in težo, se aluminij ob obremenitvi obnaša drugače kot jeklo. Ima nižje meje oblikovanja in zahteva določene polmere krivine, da se izognemo lomljenju. Pri žigosanju je treba skrbno nadzorovati režo med brcanjem in kalupom – praviloma tesnejšo kot pri jeklu – za proizvodnjo čistih robov brez grudic na aluminijastih delih, ki se uporabljajo za toplotne ščite, nosilce in dekorativne okrasne elemente.

Standardi kakovosti in zahtevek po nič napak

V avtomobilski industriji kakovostni certifikati niso neobvezne dodatke; gre za pogoje za opravljanje dejavnosti. IATF 16949 je globalna tehnična specifikacija in standard upravljanja kakovosti za avtomobilsko industrijo. Presega splošne zahteve ISO 9001 in zahteva strogo upravljanje tveganj, preprečevanje napak ter doslednost v dobavni verigi. Ponujavca brez te certifikacije praviloma ne more dobavljati kupcem prve ravni (Tier 1) ali proizvajalcem (OEM). Ta standard uveljavlja »nič napak« pristop, kjer cilj ni le odkrivanje slabih delov, temveč preprečevanje njihove izdelave že v začetku.

Za doseg tega cilja veliki proizvajalci uporabijo Postopek odobritve proizvodnih del (PPAP) in Napredni načrt za kakovost produkta (APQP) . PPAP potrjuje, da ima proizvodni proces potencial za dosledno izdelavo izdelkov, ki izpolnjujejo vse zahteve med dejansko proizvodnjo pri navedeni hitrosti proizvodnje. To vključuje strogo merjenje in dokumentiranje prvih nekaj sto delov, pogosto z uporabo analize Cpk (zmožnost procesa), da se statistično dokaže stabilnost.

Na proizvodnem dnu tehnologija uveljavlja te standarde. JV Manufacturing pojasnjuje, da so avtomatizirani sistemi za vid in senzorji v orodju ključni za ohranjanje kakovosti pri visokih hitrostih. Ti senzorji v realnem času spremljajo obremenitev stiskalke, izmet delov in dimenzijsko natančnost. Če se del odstopa že za del milimetra ali če kos ne zapusti orodja pravilno, sistem takoj ustavi stiskalko, da prepreči poškodbo orodja in loči sumljiv del. Možnost 100 % kontrole je edini način zagotavljanja ravni kakovosti del na milijon (PPM), ki jo zahtevajo avtomobilske sestavne linije.

Gonilniki stroškov in strategično nabavljanje

Gospodarstvo visokoserijskega žigosanja določajo ekonomija obsega . Čeprav se začetni stroški naprednih matrič (trde opreme) gibljejo od deset tisoč do več sto tisoč dolarjev, se ti stroški poravnajo v času trajanja programa. Za del, ki se proizvaja v petih milijonih enot na leto, dodaja matrika vrednost 50.000 dolarjev le en cent na enoto. Nasprotno bi uporaba manj stroškovne metode »mehke opreme«, primernega za izdelavo prototipov, povzročila zelo visoko ceno na kos in počasno dobavo. Ekipa za nabavo mora uravnotežiti te dejavnike in pogosto sklene dolgoročne pogodbe, da upraviči kapitalske stroške opreme.

Učinkovita strategija izvajanja tudi upošteva sposobnost dobavitelja za povečanje zmogljivosti. Mnogi avtomobilski programi se začnejo s fazo izdelave prototipov, ki zahteva hitro izvedbo, preden se prehiti na masovno proizvodnjo. Za programe, ki zahtevajo brezšev prehod iz začetne validacije na masovno proizvodnjo, so dobavitelji kot Shaoyi Metal Technology nudijo integrirane rešitve, ki uporabljajo tiskarne do 600 ton in IATF 16949 certificirano natančnost za povečanje velikosti od 50 prototipov do milijonov kritičnih komponent. Preverjanje celotnega nabora zmogljivosti za stampiranje v avtomobilskih proizvodih zagotavlja, da lahko obvladajo tako agilnost, ki je potrebna za razvoj, kot tudi robustno zmogljivost, ki je potrebna za začetek.

Končni dejavniki stroškov vključujejo uporabo materiala in čas cikla. Dobro zasnovan progresiven stroj za stiskanje maksimira število delov na trak (izhod materiala) in zmanjša odpad. Stampiranje "skoraj neto oblike" zmanjšuje potrebo po sekundarnih operacijah, kot je obdelava, kar dodatno zmanjšuje stroške. Pri zahtevanju ponudbe, zagotavljanje popolnih CAD podatkov, letnih napovedi količine in specifičnih razredov zlitine omogoča, da stampir inženir najcenejše stroškovno učinkovito postavitev trakov, neposredno vpliva na spodnjo linijo cene na del.

Inženiring mobilnosti v prihodnosti

Ko se avtomobilska panoga premika proti elektrifikaciji in avtonomnim sistemom, postaja vloga visokokapacitetnega kovinskega žiganja še pomembnejša. Industrija prehaja iz enostavnega oblikovanja kovin v področje kompleksne, integrirane proizvodnje, kjer se srečujejo natančnost, znanost o materialih in hitrost. Partnerji pri nabavi, ki združujejo strogo skladnost z IATF 16949 z naprednimi servo in visokohitrostnimi tehnologijami, bodo tisti, ki uspešno podprejo naslednjo generacijo arhitekture vozil. Za kupce in inženirje mora biti osredotočenost nadalje usmerjena v overjanje tehnične globine – zagotavljanje, da izbrani dobavitelj razpolaga ne le z zmogljivostmi, temveč tudi z zmožnostmi za brezhibno delovanje milijonekrat zapored.

Pogosta vprašanja

1. Kakšna je razlika med postopnim žaganjem ostankov in prenosnim žaganjem?

Progresivno žaganje s pleme iztiska neprekinjen trak kovine skozi več postaj v enem samem orodju, kar omogoča hitrejše in cenovno učinkovitejše izdelovanje manjših delov velike serije. Pri žaganju z prenosom se kos že zgodaj prereže iz traku in mehansko prenese med ločenimi postajami orodij. Prenosna orodja se običajno uporabljajo za večje dele (kot so okviri ali lupine), ki zahtevajo bolj zapletene operacije oblikovanja, ki jih ni mogoče izvesti, dokler je kos pripet na trak.

2. Zakaj je certifikat IATF 16949 pomemben za žaganje kovin?

IATF 16949 je specifični standard kakovosti za avtomobilsko panogo, ki poudarja preprečevanje napak, doslednost dobavne verige in stalno izboljševanje. Za podjetje, ki se ukvarja z žaganjem kovin, pomeni ta certifikat dokaz, da razpolaga z močnimi kontrolnimi procesi, dokumentacijo (PPAP) in sistemi za upravljanje tveganj, ki so nujni za preprečevanje napak v varnostno kritičnih avtomobilskih komponentah.

3. Kateri materiali so najpogostejši pri žigosanju EV?

Pri žigosanju električnih vozil (EV) se intenzivno uporabljajo baker in bakerjeve zlitine (kot so C11000 ali baker z berilijem) za zbiralnike, priključke in konektorje zaradi njihove visoke električne prevodnosti. Aluminij se uporablja tudi za ohišja baterij, toplotne ščite in strukturne nosilce, da se zmanjša skupna teža vozila in izravna težka masa paketov baterij. Napredna jekla z visoko trdnostjo (AHSS) ostajajo pogosta za strukturne komponente za zaščito ob trčenju.