Коротко

Дефекти штампування металевих виробів у автомобільній промисловості виникають переважно через три основні причини: неоптимальні параметри процесу (зокрема сила притримування заготовки), знос оснащення (зазори та стирання) або нестабільність матеріалу (особливо у сталей підвищеної міцності з низьким легуванням). Усунення цих проблем вимагає підходу «Золотий трикутник»: передбачувальне моделювання для виявлення пружного відгину та розривів до початку обробки металу, точне технічне обслуговування матриць для усунення заусенців та автоматизована оптична інспекція (AOI) для виходу продукції без дефектів. Цей посібник надає практичні інженерні рішення щодо найкритичніших дефектів: розриви, складки, пружний відгин та поверхневі недоліки.

Класифікація дефектів штампування в автомобільній промисловості

У високоточному світі автомобільного виробництва «дефект» — це не просто візуальний дефект; це структурна відмова або розмірне відхилення, яке порушує збірку транспортного засобу. Перш ніж застосовувати контрзаходи, інженери мають правильно класифікувати механізм дефекту. Дефекти штампування в автомобільній промисловості, як правило, поділяються на три окремі класи, кожен з яких вимагає різного підходу до діагностики.

• Дефекти формування: Виникають під час фази пластичної деформації. Приклади включають розділення (надмірний натяг, що призводить до розриву) та зморшкування (стискальна нестабільність, що призводить до вигину). Ці явища часто зумовлені межами текучості матеріалу та розподілом зусилля прижиму заготовки.
• Розмірні дефекти: Це геометричні відхилення від CAD-моделі. Найвідомішим є вискок , коли пружне відновлення деталі змінює її форму після виймання з матриці. Це основна проблема при формуванні сучасних високоміцних сталей (HSS) та алюмінієвих панелей.
• Дефекти різання та поверхні: Це зазвичай проблеми, пов’язані з оснасткою. Заусенці виникають через неправильний зазор при різанні або затуплені кромки, тоді як потемніння поверхні , заїдання , а також следи від шлаку є трибологічними проблемами, спричиненими тертям, виходом з ладу мастила або забрудненням.

Точна діагностика запобігає дороговживим помилкам, коли проблему процесу (наприклад, зморшкування) намагаються вирішити за допомогою інструментального рішення (наприклад, повторного фрезерування). У наступних розділах аналізується фізика цих дефектів і наведено конкретні інженерні рішення.

Усунення дефектів формування: тріщини та зморшки

Дефекти формування часто є двома сторонами одного й того ж: контроль потоку матеріалу. Якщо метал надто легко поступає в порожнину матриці, він збирається в складки (зморшки). Якщо його надто сильно обмежують, він розтягується за межі своєї межі міцності (тріщини).

Усунення зморшок при глибокому витягуванні

Зморшкування — це явище стискальної нестабільності, поширене в областях фланців деталей, отриманих глибоким витягуванням, таких як крила або масляні пани. Воно виникає, коли стискальні кільцеві напруження перевищують критичне напруження втрати стійкості листового металу.

Інженерні рішення:

• Оптимізуйте зусилля тримача заготовки (BHF): Основним заходом є збільшення тиску на тримач заготовки. Це обмежує притік матеріалу та підвищує радіальне натягнення, усуваючи стискні хвилі. Однак надмірне зусилля BHF призведе до розриву. Інженери-технологи часто використовують змінні профілі зусиль притискного листа, які регулюють тиск протягом усього ходу.
• Використовуйте протяжні виступи: Якщо збільшення зусилля BHF недостатньо, встановіть або налаштуйте протяжні виступи. Вони механічно обмежують притік матеріалу без необхідності використання надмірного зусилля. Квадратні або напівкруглі виступи можна налаштувати для забезпечення місцевого опору притоку в ділянках, схильних до ущільнення.
• Азотні циліндри: Замініть стандартні гвинтові пружини на азотні газові пружини, щоб забезпечити постійний і контрольований розподіл зусиль по всій поверхні матриці, запобігаючи локальному падінню тиску, яке призводить до утворення складок.

Запобігання розриву та розтягу

Розтріскування відбувається, коли основна деформація у листовому металі перевищує криву діаграми граничних формозмін (FLD). Це локальне звуження, яке часто спостерігається у стінках чаші або на гострих радіусах.

Інженерні рішення:

• Зменшити тиск прижиму: На відміну від зморшкування, якщо матеріал надто щільно обмежений, він не може рухатися в матрицю. Зниження сили прижиму або зменшення висоти протягування дозволяє більшій кількості матеріалу надходити до штампу.
• Трибологія та змащення: Високі коефіцієнти тертя перешкоджають ковзанню матеріалу по радіусу матриці. Переконайтеся, що міцність плівки змащувача достатня для температури та тиску під час операції. У деяких випадках нанесення локального змащення на конкретні ділянки із високими деформаціями може вирішити проблему.
• Оптимізація радіусів: Занадто малий радіус матриці концентрує напруження. Полірування радіусів матриці або збільшення розміру радіуса (якщо дозволяє геометрія деталі) рівномірніше розподіляє деформацію.

Усунення розмірних дефектів: проблема пружного повернення

Пружне відновлення — це пружне повернення матеріалу після зняття навантаження формування. Оскільки автовиробники переходять на високоміцні сталі (AHSS) та алюміній для зменшення ваги автомобілів, пружне відновлення стало найважчим дефектом для прогнозування та контролю. На відміну від низьковуглецевої сталі, AHSS має більшу межу текучості та більший потенціал пружного відновлення.

Стратегії компенсації пружного відновлення

Усунення пружного відновлення вимагає поєднання стратегії компенсації матриці та контролю процесу. Це рідко вдається вирішити шляхом «сильнішого удару».

• Надмірне згинання: Конструкція матриці має враховувати кут пружного відновлення. Якщо потрібно згин під 90 градусів, інструмент може згинати метал на 92 або 93 градуси, щоб після пружного відновлення отримати правильний розмір.
• Повторне штампування та фіксація (Coin-Setting): Можна додати вторинну операцію, щоб «зафіксувати» геометрію. Повторне штампування радіусу стискає матеріал у місці згину, створюючи стискальні напруження, які компенсують пружне розтягування.
• Компенсація на основі моделювання: Вищі інженерні команди тепер використовують програмне забезпечення для моделювання, таке як AutoForm або PAM-STAMP, для прогнозування величини відскоку під час етапу проектування. Ці інструменти генерують "компенсовану обличчя" геометрію, яка навмисно спотворюється для отримання геометрично правильної кінцевої частини.

Примітка про змінність матеріалів: Навіть при ідеальному штанзі, зміни в механічних властивостях катушки (різноманітність сили видобутку) можуть викликати непослідовний прорив. Виробники великих обсягів часто впроваджують системи внутрішнього контролю для динамічної регуляції параметрів прессу на основі властивостей партії.

Вилучення дефектів різання і поверхні

Хоча дефекти формування є складними проблемами фізики, дефекти різання та поверхні часто є проблемами технічного обслуговування та дисципліни. Вони безпосередньо впливають на косметичну якість поверхнь класу А (гапотів, дверей) та безпеку конструкційних компонентів.

Управління зниженням і розчисткою бур

Заусенець — це підняте ребро на металі, спричинене тим, що пуансон і матриця не змогли чітко переламати метал. Заусенці можуть пошкоджувати обладнання на наступних етапах складання та створювати небезпеку для безпеки.

• Оптимізація зазору матриці: Зазор між пуансоном і матрицею має важливе значення. Якщо зазор занадто малий, вторинне зрізання призводить до утворення заусенця. Якщо він надто великий, метал закочується перед тим, як переламатися. Для стандартної сталі зазор зазвичай встановлюють на рівні 10–15% від товщини матеріалу. Для алюмінію це значення може збільшуватися до 12–18%.
• Обслуговування інструменту: Найпоширенішою причиною утворення заусенців є затуплення різальної кромки. Рекомендується суворо дотримуватися графіку загострювання на основі кількості ходів, а не чекати виявлення дефектів.

Недоліки поверхні: задири та сліди витягування

Заїдання (адгезійний знос) виникає, коли листовий метал мікроскопічно сполучається з інструментальною сталью, відриваючи матеріал. Це поширено при штампуванні алюмінію і може бути зменшено за рахунок використання PVD (фізичне осадження з парової фази) або CVD (хімічне осадження з парової фази) покриттів, таких як титанкарбонітрид (TiCN), на поверхнях інструменту.

Следи від шлаку виникають, коли уламок шлаку затягується назад на робочу поверхню матриці (затягування шлаку) і відбивається на наступній деталі. Рішення включають використання ежекторних голок із пружинним навантаженням у пуансонах, додавання скошених кромок типу "дах" на робочу поверхню пуансона для зменшення вакууму або використання вакуумних систем для виведення шлаку крізь підшипникову плиту матриці.

Системне запобігання: моделювання та вибір партнерів

Сучасне автомобільне штампування переходить від реактивного усунення несправностей до проактивного запобігання. Вартість дефекту експоненційно зростає з тим, як він просувається далі по виробничій лінії — від кількох доларів на пресі до тисяч доларів, якщо дефектне транспортний засіб потрапить на ринок.

Роль симуляції та контролю

Сучасні виробничі потужності для штампування зараз використовують прогностичні інструменти симуляції для візуалізації дефектів, таких як мікропрогини та розриви, у віртуальному середовищі. «Цифрова шліфування» моделює процес перевірки панелі каменем для виявлення мікроскопічних відхилень поверхні, які невидимі неозброєним оком, але стають помітними після фарбування.

Крім того, системи автоматичного оптичного контролю (AOI), такі як системи від Cognex , використовують машинний зір для перевірки 100% деталей прямо в лінії виробництва. Ці системи можуть вимірювати положення отворів, виявляти розриви та перевіряти точність геометричних розмірів, не уповільнюючи роботу прес-лінії, забезпечуючи тим самим, що на етап зварювання надходять лише придатні деталі.

Місток від прототипу до виробництва

У автомобільному виробництві перехід від інженерної валідації до масового виробництва — це етап, на якому часто виникають багато дефектів. Важливо обрати партнера з інтегрованими можливостями. Shaoyi Metal Technology є прикладом такого комплексного підходу, забезпечуючи перехід від швидкого прототипування до виробництва великих обсягів. Використовуючи прецизійне обладнання з сертифікацією IATF 16949 та преси потужністю до 600 тонн, вони допомагають OEM-виробникам на ранніх етапах перевіряти процеси та масштабувати виробництво критичних компонентів, таких як важелі підвіски та підрамники, суворо дотримуючись глобальних стандартів.

Виробництво з нульовими дефектами

Усунення дефектів при штампуванні металевих деталей у автомобільній промисловості рідко полягає у пошуку єдиного «чарівного куліна». Потрібен системний інженерний підхід, який враховує фізику течії матеріалу, точність геометрії оснащення та дотримання режимів технічного обслуговування процесу. Незалежно від того, чи йдеться про зменшення пружного відгину у високоміцних сталей (AHSS) за допомогою компенсаційних стратегій, чи про усунення заусенців через точне регулювання зазорів, мета залишається незмінною: стабільність.

Шляхом інтеграції передбачувального моделювання на етапі проектування та надійного оптичного контролю під час виробництва виробники можуть перейти від ліквідації наслідків до підтримання здатності процесу. Результатом є не просто деталь без дефектів, а передбачуваний, прибутковий та масштабований виробничий процес.

ЧаП

1. Який найпоширеніший дефект у процесі штампування металевих автомобільних деталей?

Хоча частота виникнення залежить від конкретного застосування, вискок на даний час є найскладнішим дефектом через масове використання високоміцних сталей (AHSS) для зменшення ваги конструкцій. Зморшкування та розриви залишаються поширеними при складних операціях формування, проте пружне відновлення (springback) створює найбільші труднощі для забезпечення розмірної точності.

2. Як пов'язана сила прижиму заготовки з утворенням зморшок?

Зморшкуватість у зоні фланця безпосередньо викликається недостатньою силою притримувача заготовки (BHF). Якщо сила BHF занадто низька, металевий лист недостатньо обмежується, щоб запобігти стискальній нестабільності (випинанню) під час втягування в матрицю. Збільшення сили BHF придушує зморшки, але збільшує ризик розриву, якщо вона встановлена надто високою.

3. У чому різниця між заїданням і задиранням?

Заїдання це форма адгезійного зносу, при якій матеріал із листового металу переноситься та приєднується до інструментальної сталі, що часто призводить до сильного розривання наступних деталей. Нанесення подовжніх рисок зазвичай означає подряпини, спричинені абразивними частинками або брухтом (наприклад, заусенцями чи обрізками), які потрапили між листом і поверхнею матриці.

4. Як програмне забезпечення для моделювання може запобігти дефектам штампування?

Програмне забезпечення для моделювання (метод скінченних елементів) передбачає поведінку матеріалу ще до того, як буде оброблено будь-яку сталь. Воно дозволяє інженерам візуалізувати зменшення товщини, ризики розриву та величину пружного повернення в умовах віртуального середовища. Це дає змогу змінювати геометрію матриці — наприклад, додавати протяги або компенсувати пружне повернення — на етапі проектування, значно скорочуючи кількість фізичних перевірок та витрат.