สรุปสั้นๆ

การตีพิมพ์โล่กันความร้อนในรถยนต์คือกระบวนการผลิตความแม่นยําที่ออกแบบมาเพื่อจัดการภาระความร้อนของรถยนต์โดยใช้โลหะขนาดบาง สายสลัดอลูมิเนียม 0.3mm ถึง 0.5mm (1050, 3003) หรือ เหล็กกล้าไร้สนิม (เกรด 321) การทํางานในการผลิตมักใช้ การปั๊มแบบก้าวหน้า หรือการทํางานของเครื่องพิมพ์โอน ระยะการฉลาก ก่อนการสร้าง

กระบวนการคัดลอกนี้สร้างรูปแบบเช่นสมองโลกหรือพับเพิ่มความแข็งแกร่งทางโครงสร้างของแผ่นผนังบางและเพิ่มความสะท้อนความร้อน ความสําเร็จทางวิศวกรรมขึ้นอยู่กับการสมดุลความสามารถในการปรับปรุงวัสดุกับการจัดการความบกพร่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการควบคุม มีริ้วรอย ในการสร้างความตกลงและรักษาความอนุญาตที่แน่น (ต่ําสุด ± 0.075 มม.) เพื่อให้แน่ใจว่าการประกอบไม่มีรอยต่อ

การ เลือก วัสดุ: สายเหล็ก, ความ รุนแรง, และ ความหนา

การเลือกวัสดุพื้นฐานที่ถูกต้อง เป็นขั้นตอนพื้นฐานในการออกแบบโล่กันความร้อน โดยหลักๆ จะถูกกําหนดโดยที่ตั้งของส่วนประกอบและความแรงของความร้อนที่มันต้องทน ผู้ผลิตต้องสมดุลเป้าหมายการลดน้ําหนักกับความทนทานทางความร้อน ส่งผลให้เกิดการแยกแยกระหว่างการใช้งานอลูมิเนียมและสแตนเลส

สายสลัดอลูมิเนียม (ชุด 1000 และ 3000)

สําหรับการป้องกันส่วนล่างของรถและห้องเครื่องทั่วไป อลูมิเนียมเป็นตัวเลือกที่เด่น เนื่องจากความสะท้อนแสงสูงและน้ําหนักต่ํา มาตรฐานอุตสาหกรรมโดยทั่วไปหมุนเวียนรอบ สายสลัด 1050 และ 3003 - ไม่ สินค้าเหล่านี้มักจะจัดส่งใน O-temper (ผสมผสม/นุ่ม) สภาพเพื่อให้มีความสามารถในการปรับปรุงได้สูงสุดในช่วงช่วงการตีพิมพ์ครั้งแรก

• ช่วงความหนา: ปรางมาตรฐานใช้แผ่นระหว่าง 0.3mm และ 0.5mm - ไม่ การใช้งานแบบสองชั้นอาจใช้ฟอยล์บางเท่า 0.2mm เพื่อสร้างช่องว่างอากาศที่ช่วยเพิ่มการป้องกันความร้อนแบบแผ่รังสี
• การเพิ่มความแข็งจากการขึ้นรูป: รายละเอียดสำคัญประการหนึ่งในการแปรรูปอลูมิเนียม 1050-O คือ การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพระหว่างกระบวนการลอนผิว แรงทางกลจากการม้วนลวดลายลงบนคอยล์จะทำให้วัสดุเกิดการแข็งตัวทางกล (work-hardens) ซึ่งส่งผลให้ระดับความเหนียวของวัสดุเปลี่ยนจาก O เป็นสถานะที่แข็งกว่า มักจัดอยู่ในประเภท H114 ความแข็งที่เพิ่มขึ้นมานี้มีความสำคัญต่อการจัดการวัสดุ แต่ก็เปลี่ยนพารามิเตอร์สำหรับกระบวนการขึ้นรูปในขั้นตอนถัดไป

สแตนเลสสตีล (เกรด 321)

ในบริเวณที่มีความร้อนและความเครียดสูง เช่น เทอร์โบชาร์จเจอร์และท่อไอเสีย จุดหลอมเหลวของอลูมิเนียม (ประมาณ 660°C) ไม่เพียงพอ วิศวกรจึงหันมาใช้ เหล็กสแตนเลส 321 สแตนเลสสตีลชนิดออสเทนนิติกที่เสริมด้วยไทเทเนียมชนิดนี้ มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนตามแนวเกรนและการหย่อนตัวที่อุณหภูมิสูงได้อย่างดีเยี่ยม

ตัวอย่างกรณีศึกษา เช่น ชิ้นส่วนป้องกันเทอร์โบชาร์จเจอร์ แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นในการใช้เหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูงอย่างรุนแรง ชิ้นส่วนเหล่านี้มักต้องการความหนาของแผ่นโลหะมากกว่าชิ้นส่วนอลูมิเนียม และต้องใช้อุปกรณ์ขึ้นรูปที่แข็งแรงเพื่อจัดการกับความต้านทานแรงดึงที่สูงกว่าของวัสดุ

กระบวนการผลิต: กลยุทธ์แม่พิมพ์โปรเกรสซีฟ

ขั้นตอนการผลิตชิลด์กันความร้อนแตกต่างจากกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่นทั่วไป เนื่องมาจากความเปราะบางของวัตถุดิบและข้อจำเป็นในการทำผิวสัมผัส พื้นผิว ขั้นตอนโดยทั่วไปจะดำเนินตามลำดับที่เข้มงวดดังนี้: ป้อนคอยล์ → ปั๊มลายนูน → ตัดชิ้น blanks → ขึ้นรูป → ตัดแต่ง/เจาะรู .

ลำดับการปั๊มลายนูนก่อนแล้วค่อยขึ้นรูป

ต่างจากแผ่นมาตรฐานที่ต้องคงสภาพผิวสัมผัสเดิม ชิลด์กันความร้อนจะถูกทำให้มีพื้นผิวหยาบหรือลวดลายโดยเจตนา ขั้นตอนการปั๊มลายนูนมักเกิดขึ้นทันทีหลังจากคลี่คอยล์ออก ซึ่งไม่ใช่เพื่อความสวยงามเท่านั้น แต่การสร้างพื้นผิวนี้ให้ประโยชน์ทางวิศวกรรมที่สำคัญสองประการคือ

1. ความแข็งแรงเชิงโครงสร้าง: ช่วยเพิ่มความแข็งตัวของแผ่นฟอยล์หนา 0.3 มม. อย่างเทียม เพื่อให้สามารถคงรูปร่างได้โดยไม่ยุบตัว
2. ประสิทธิภาพความร้อน: เพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับการกระจายความร้อน และสร้างมุมสะท้อนที่หลากหลาย

การขึ้นรูปชนกับการขึ้นรูปดึง

วิศวกรต้องตัดสินใจเลือกระหว่าง crash forming และ draw forming ตามงบประมาณและรูปร่างทางเรขาคณิต

• Crash Forming: วิธีนี้ใช้เพียงลูกสูบและแม่พิมพ์ โดยไม่มีอุปกรณ์ยึดแผ่นวัสดุ เป็นวิธีที่ประหยัดต้นทุนด้านเครื่องมือ แต่เสี่ยงต่อการไหลของวัสดุที่ควบคุมไม่ได้ ในการผลิตฉนวนกันความร้อน มักเกิดรอยย่น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฉนวนกันความร้อนเป็นชิ้นส่วนที่ใช้งาน (ไม่ปรากฏให้เห็นภายนอก) มาตรฐานอุตสาหกรรมจึงมักยอมรับรอยย่นเล็กน้อยได้ หากไม่รบกวนการติดตั้งหรือการประกอบ
• Draw Forming: สำหรับรูปร่างที่ซับซ้อน ซึ่งการเกิดรอยย่นทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการทำงาน จะใช้วิธี draw forming วิธีนี้ใช้อุปกรณ์ยึดแผ่นวัสดุเพื่อควบคุมการไหลของวัสดุเข้าสู่โพรงแม่พิมพ์ ทำให้ได้ผิวเรียบเนียน แต่เพิ่มต้นทุนด้านเครื่องมือ

การผลิตจำนวนมากจะอาศัย การปั๊มแบบก้าวหน้า หรือระบบการถ่ายโอนอัตโนมัติ ตัวตัวการผลิตชิ้นส่วนป้องกันเทอร์โบสแตนเลสจำนวนมากกว่า 100,000 หน่วยต่อปี จำเป็นต้องมีความจุของเครื่องกดในระดับสูง แม้ว่าชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่เบากว่าอาจสามารถผลิตบนสายการผลิตขนาดเล็ก แต่อนาชิ้นส่วนเหล็กที่แข็งแรงมักจะต้องการ 200 ตัน ถึง 600 ตัน เพื่อรับประกันความชัดเจนของรายละเอียดและความแม่นยำของมิติอย่างต่อเนื่อง

ผู้ผลิตที่ต้องการโซลูชั่นที่สามารถปรับขนาดมักมองหาพันธมิตรที่มีความสามารถในเครื่องกดที่หลากหลาย ตัวตัว เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ ให้บริการการตัดขึ้นรูปด้วยความแม่นยำ โดยมีความจุของเครื่องกดสูงถึง 600 ตัน ซึ่งช่วยเชื่อมช่องว่างตั้งแต่การต้นแบบอย่างรวดเร็วไปจนถึงการผลิตจำนวนมากภายใต้มาตรฐาน IATF 16949 ความสามารถเช่นนี้เป็นสิ่งจำเป็นเมื่อเปลี่ยนจากการผลิตต้นแบบด้วยแม่พิมพ์อ่อนไปสู่การผลิตจำนวนมากด้วยแม่พิมพ์แข็งสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ที่ซับซ้อน

ความท้าทายทางวิศวกรรม: ข้อบกพร่องและความทนอด

การตัดขึ้นรูปวัสดุที่บางและมีลวดลายนูน ทำให้เกิดข้อบกพร่องเฉพาะที่วิศวกรกระบวนการต้องหาทางลดผลกระทบ

การจัดการรอยย่นและการเด้งกลับ

มีริ้วรอย เป็นความบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในเครื่องป้องกันความร้อนที่เกิดจากการชน เนื่องจากความแข็งแรงของแผ่นที่ต่ํา และความเครียดในการกดที่แหลม ขณะที่การเกิดรอยขนที่ใช้งานได้มักถูกอนุญาตในพื้นที่ที่ไม่เกิดพันธุ์ การพับที่ไม่ควบคุม (การซ้อนกัน) อาจทําให้เกิดรอยแตกหรืออันตรายต่อความปลอดภัยระหว่างการจัดการ

การยืดกลับ (Springback) เป็นตัวแปรอีกตัวหนึ่ง โดยเฉพาะกับอะลูมิเนียม H114 ที่แข็งแรงจากการทํางาน หรือเหล็กไร้ขัดแรงสูง โปรแกรมจําลองมักจะใช้ในการคาดการณ์การกลับสปริงแบ็ค และชําระค่าชําระของเจอเมตรี (การบิดเกิน) เพื่อบรรลุรูปแบบสุดท้าย

ความแม่นยำสูง

แม้ว่าจะมีลักษณะค่อนข้างหยาบคายของโล่ที่คัดลอกไว้ แต่จุดติดตั้งต้องมีความละเอียดสูง ตัวอย่างเช่น ปรางเครื่องชาร์จทอร์โบ อาจต้องมีความพอรับกันอย่างแน่น ±0.075 มม. ในเส้นผ่าตัดที่สําคัญ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการปิดที่สมบูรณ์แบบ และป้องกันการสั่นสะเทือน การบรรลุระดับความแม่นยํานี้ต้องใช้เครื่องมือที่แข็งแรง และมักจะรวมการปฏิบัติการที่สอง เช่น การเลเซอร์เจาะเพื่อการติดตาม (บาร์โค้ด, วันที่ผลิต) โดยตรงภายในสายการผลิต

การแตกร้าวที่ขอบ

รอยแตกที่ขอบสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างกระบวนการดัดขอบแผ่นที่มีลวดลายนูน โดยกระบวนการปั๊มนูนจะทำให้ความสามารถในการยืดตัวของวัสดุลดลง ส่งผลให้วัสดุมีแนวโน้มที่จะฉีกขาดเมื่อถูกดึงอย่างมาก การปรับแต่ง อัตราส่วนการนูน (ความสูงเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลางของตุ่มนูน) เป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบเพื่อป้องกันโหมดการเกิดข้อบกพร่องนี้

รูปแบบการนูนและหน้าที่ด้านความร้อน

พื้นผิวของแผ่นกันความร้อนถือเป็นข้อกำหนดเชิงหน้าที่ การเลือกรูปแบบลวดลายนั้นมีผลต่อทั้งความสามารถในการขึ้นรูปโลหะและการกระจายความร้อน

• รูปแบบครึ่งทรงกลม: นิยมใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความแข็งแรงสมดุลในทุกทิศทางและมีคุณสมบัติสะท้อนความร้อนได้ดีเยี่ยม ซึ่งสร้างเอฟเฟกต์แบบผิวหยักที่มีประสิทธิภาพสูงในการกระจายความร้อนแบบรังสี
• รูปแบบหกเหลี่ยม/สเต็กโค: รูปแบบเหล่านี้ให้ลักษณะภายนอกที่แตกต่างกัน และอาจมีความทนทานที่ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงจากการกระแทกของก้อนหิน เช่น ใต้ท่อตัวรถ

การศึกษาโดยการจำลองชี้ให้เห็นว่าเรขาคณิตของตุ่มนูนมีบทบาทสำคัญใน ความสามารถในการขึ้นรูป ลวดลายที่ออกแบบมาอย่างดีช่วยให้วัสดุไหลอย่างสม่ำเสมอมากขึ้นในระหว่างกระบวนการดึง ลดความเสี่ยงของการแตกร้าวอย่างรุนแรง ในขณะที่ลวดลายที่มีความรุนแรงบนโลหะผสมเปราะจะทำให้เกิดการล้มเหลวทันที

การนำไปใช้งานและการใช้งานจริงในอุตสาหกรรม

แผ่นกันความร้อนสำหรับยานยนต์ถูกนำมาใช้ในจุดที่การจัดการความร้อนมีความสำคัญต่ออายุการใช้งานของชิ้นส่วนและเพื่อความสะดวกสบายของผู้โดยสาร

• แผ่นกันความร้อนเทอร์โบชาร์จเจอร์: โดยทั่วไปทำจากสแตนเลสสตีล 321 ซึ่งต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วและความร้อนจากรังสีที่เข้มข้นจากตัวเรือนเทอร์ไบน์
• แผ่นกันความร้อนท่อไอเสีย: มักทำจากอลูมิเนียมหรือเหล็กหลายชั้น เพื่อป้องกันสายไฟและชิ้นส่วนพลาสติกในห้องเครื่องยนต์จากการสะสมความร้อนจากท่อไอเสีย
• ช่องใต้ตัวถัง: แผ่นอลูมิเนียมขึ้นรูปขนาดใหญ่ (1050/3003) ที่ติดตามความยาวของระบบไอเสีย ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้ความร้อนถ่ายเทไปยังพื้นห้องโดยสาร และมักทำหน้าที่เพิ่มเติมในการปรับพื้นผิวให้เรียบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์และลดเสียงรบกวน
• การป้องกันหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU): แผ่นกันความร้อนขนาดเล็กที่ขึ้นรูปอย่างแม่นยำ ออกแบบมาเพื่อเบี่ยงเบนอนุภาคความร้อนออกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความร้อน