Ключові етапи процесу проектування прес-форм для автомобілебудування

Коротко

Процес проектування прес-форм для автомобілебудування — це систематичний інженерний робочий процес, який перетворює концепцію деталі на надійний виробничий інструмент. Він починається з ретельного аналізу технічної можливості деталі (DFM), після чого виконується стратегічне планування процесу для створення розгортки смуги, що оптимізує використання матеріалу. Далі процес переходить до детального проектування конструкції прес-форми та її компонентів у САПР, віртуального моделювання для перевірки та компенсації пружного повернення, і завершується створенням точних виробничих креслень та специфікації матеріалів (BOM) для виготовлення інструменту.

Етап 1: Аналіз технічної можливості деталі та планування процесу

Основа будь-якої успішної операції штампування автомобілів закладається задовго до того, як буде оброблено будь-яку сталь. Цей початковий етап, спрямований на аналіз технічної можливості виготовлення деталі та планування процесу, є найважливішим для запобігання дорогим помилкам і забезпечення ефективного виробничого процесу. Він передбачає глибоке вивчення конструкції деталі, щоб визначити її придатність для штампування — практику, відому як проектування з урахуванням технологічності (DFM). Цей аналіз ретельно перевіряє такі особливості, як гострі кути, глибоке витягування та властивості матеріалу, щоб виявити потенційні точки відмови, наприклад тріщини або зморшки, ще до того, як вони перетворяться на дорогі фізичні проблеми.

Після того, як деталь визнана придатною для виробництва, наступним кроком є створення плану процесу, який візуально представляється у вигляді розташування заготівок на стрічці. Це стратегічний маршрут того, як плоска металева стрічка буде поступово перетворюватися на готовий компонент. Як детально описано в посібнику від Jeelix компонування смуги докладно відображає кожну операцію — від пробивання та нарізання вирізів до згинання та формування — у логічній послідовності. Основні цілі полягають у максимізації використання матеріалу та забезпеченні стабільності смуги під час її руху через штамп. Оптимізована компоновка може суттєво вплинути на економіку: навіть покращення використання матеріалу на 1% може призвести до значної економії у високотоннажному автомобільному виробництві.

На етапі планування конструктори уявно розбивають готову деталь на серію штампувальних операцій. Наприклад, складний кронштейн розчленовується на основні операції: пробивання орієнтирних отворів, нарізання вирізів по краях, виконання згинів і, нарешті, вирізання готової деталі зі смуги. Такий систематичний підхід гарантує виконання операцій у правильному порядку — наприклад, пробивання отворів перед згинанням, щоб уникнути деформації.

Контрольний список ключових аспектів DFM:

• Властивості матеріалів: Чи підходять товщина, твердість і напрямок зерна вибраного металу для необхідних операцій формування?
• Радіуси згину: Чи достатньо великі всі радіуси згину, щоб запобігти утворенню тріщин? Внутрішній радіус, менший за 1,5 товщини матеріалу, часто є попереджувальним сигналом.
• Розташування отворів: Чи розташовані отвори на безпечній відстані від згинів і країв, щоб уникнути розтягування або розриву?
• Складна геометрія: Чи вимагають якісь елементи, такі як вирізи або бічні отвори, складних і потенційно схильних до відмов механізмів, наприклад, бічних кулачків?
• Допуски: Чи можливо досягти вказаних допусків штампувальним процесом, не збільшуючи при цьому витрати без потреби?

Етап 2: Конструкція матриці та проектування основних компонентів

Після розробки чіткого технологічного плану основна увага зміщується на проектування фізичної матриці — прецизійного пристрою, що складається з кількох взаємопов’язаних систем. Конструкція матриці виконує роль міцного каркасу або скелета, який утримує всі активні компоненти в ідеальному положенні навіть під впливом величезних навантажень. Цей фундамент, який часто називають набором матриць, складається з верхніх і нижніх плит (колодок), точно вирівняних за допомогою направляючих штифтів і втулок. Система вирівнювання має вирішальне значення для забезпечення необхідної точності на рівні мікронів, стабільної якості деталей і запобігання катастрофічним зіткненням матриць під час високошвидкісної роботи.

Серцем матриці є її формувальна та різальна система, яка складається з пуансонів і порожнин матриці (або кнопок), що безпосередньо формують метал. Конструювання цих елементів вимагає надзвичайної точності. Важливим параметром є зазор — невеликий проміжок між пуансоном і матрицею. Згідно з Mekalite , цей зазор зазвичай становить 5-10% від товщини матеріалу. Занадто малий зазор збільшує зусилля різання та знос, тоді як надмірний може призводити до розриву металу та утворення великих заусенців. Геометрія, матеріал і термообробка цих компонентів детально визначені, щоб забезпечити їхню здатність витримувати мільйони циклів.

Вибір матеріалу для самих компонентів матриці — це стратегічне рішення, яке поєднує вартість, стійкість до зносу та міцність. Різні інструментальні сталі використовуються залежно від обсягу виробництва та абразивності матеріалу деталі.

Етап 3: Віртуальна валідація та огляд конструкції

У сучасному проектуванні штампів для автомобілебудування епоха трудомістких і коштовних фізичних випробувань методом проб і помилок завершилася. Сьогодні конструкції ретельно перевіряються в цифровому середовищі за допомогою процесу, що називається віртуальним підтвердженням. За допомогою сучасного програмного забезпечення комп'ютерного інженерного аналізу (CAE) та методу скінченних елементів (FEA) інженери моделюють весь процес штампування, щоб передбачити поведінку листового металу під тиском. Цей віртуальний прогін дозволяє виявити потенційні дефекти, такі як зморшкуватість, розриви або надмірне зниження товщини, ще до початку будь-якого фізичного виробництва, що дає змогу вносити проактивні корективи в конструкцію.

Однією з найбільш значущих проблем при штампуванні, особливо з використанням сталей підвищеної міцності (AHSS), що застосовуються в сучасних автомобілях, є пружне відновлення форми. Це явище виникає тоді, коли оброблений метал частково повертається до своєї первісної форми після зняття зусилля штампування. Програмне забезпечення для моделювання може точно передбачити величину та напрямок такого пружного відновлення, що дозволяє конструкторам реалізовувати активну компенсацію. Наприклад, як пояснює Jeelix, якщо моделювання прогнозує, що згин під 90 градусів повернеться до 92 градусів, матрицю можна спроектувати так, щоб надмірно згнути деталь до 88 градусів. Після зняття навантаження деталь повернеться до ідеальних 90 градусів.

Процес перевірки — це систематична перевірка, яка гарантує, що конструкція є надійною, ефективною та здатною виробляти деталі високої якості. Він дає останню можливість для перегляду та удосконалення перед тим, як розпочинати дорогий процес виготовлення інструментів.

Етапи віртуального процесу перевірки:

1. Проведення аналізу формозмінності: Програмне забезпечення для моделювання аналізує потік матеріалу, щоб виявити можливі дефекти, такі як тріщини, зморшки чи недостатнє розтягування.
2. Передбачення та компенсація пружного повернення: Обчислюється ступінь пружного повернення, а формуючі поверхні конструкції штампа автоматично коригуються для компенсації цього ефекту.
3. Розрахунок зусиль: Моделювання розраховує необхідну потужність для кожної операції, забезпечуючи вибір преса з достатньою продуктивністю та запобігаючи пошкодженню преса чи штампа.
4. Проведення остаточного перегляду проекту: Тщебітний перегляд затвердженого проекту проводиться групою інженерів для виявлення будь-яких залишкових помилок або потенційних проблем перед остаточним затвердженням проекту.

Етап 4: Створення креслень та передача виробництву

Останнім етапом процесу проектування штампів для автомобілебудування є переклад затвердженої 3D-цифрової моделі на універсальну інженерну мову, яку можуть використовувати виробники інструментів для створення фізичного штампа. Це передбачає створення комплексного пакету технічної документації, включаючи детальні креслення та специфікацію матеріалів (BOM). Цей стандартизований вихідний матеріал має вирішальне значення для забезпечення виготовлення кожного компонента в точній відповідності з технічними вимогами, що критично важливо для бездоганного складання, правильного функціонування та ефективного обслуговування штампа.

Пакет документації слугує остаточним кресленням для побудови інструменту. Він має бути зрозумілим, точним і недвозначним, щоб уникнути дорогих помилок на виробничій ділянці. Таке детальне планування є характерною рисою провідних виробників у сфері автомобілебудування. Наприклад, такі компанії, як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. спеціалізуємося на перетворенні цих точних конструкторських пакетів на високоякісні штампувальні матриці та компоненти для автомобілів, використовуючи передові симуляції та глибоку експертну підготовку, щоб обслуговувати OEM-виробників і постачальників першого рівня з надзвичайною ефективністю та якістю.

Остаточний конструкторський пакет містить кілька ключових елементів, кожен з яких виконує певне призначення у технологічному процесі виготовлення та складання. Якість та повнота цієї документації безпосередньо впливає на продуктивність та термін служби остаточного інструменту.

Ключові елементи остаточного конструкторського пакету:

• Креслення зборки: Це основне креслення показує, як усі окремі компоненти з’єднуються разом у фінальній збірці матриці. Воно включає загальні розміри, висоту закриття та деталі кріплення матриці у пресі.
• Детальні креслення: Для кожного спеціального компонента, який потрібно обробити, створюється окреме дуже деталізоване креслення. Ці креслення визначають точні розміри, геометричні допуски, тип матеріалу, необхідну термічну обробку та стан поверхні.
• Специфікація матеріалів (BOM): BOM — це повний перелік усіх деталей, необхідних для виготовлення матриці. Це включає як компоненти з індивідуальним механічним обробленням, так і всі стандартні серійні деталі, такі як гвинти, пружини, направляючі штифти та втулки, часто з номерами деталей постачальників.