Коротко

Час виробничого циклу при автомобільному штампуванні визначається насамперед методом формування: Холодне штампування є галузевим стандартом для високошвидкісного виробництва великих обсягів і зазвичай досягає 20–60 ходів за хвилину (SPM) , або приблизно 1–3 секунди на деталь. Навпаки, Гаряче штампування (прес-загартування) значно повільніше через необхідний час загартування в матриці, в середньому 10–30 секунд на цикл , але забезпечує вищу межу міцності на розрив для елементів безпеки.

Для виробників еталоном ефективності часто є такі лідери, як Toyota, де окремі операції штампування виконуються всього за 3 секунди . Хоча холодне штампування забезпечує високу продуктивність для кузовних панелей і конструктивних елементів, гаряче штампування залишається необхідним для ключових стійок і підсилювальних елементів, незважаючи на більші витрати часу. Оптимізація цих циклів вимагає застосування сучасних сервопресів і автоматизованих систем переміщення, щоб мінімізувати час обробки, що не додає вартості.

Час циклу холодного штампування: стандарт масового виробництва

Холодне штампування залишається основою масового виробництва автомобілів, оскільки дозволяє виготовлювати деталі при кімнатній температурі надзвичайно швидко. У цьому процесі рулони сталі або алюмінію подаються в механічні або сервопреси, де послідовно вирізуються, формуються та пробиваються. Оскільки немає теплового вузького місця (очікування нагріву чи охолодження матеріалу), тривалість циклу обмежується лише механікою преса та швидкістю подачі матеріалу.

Промисловий орієнтир ефективності холодного штампування часто наводять із виробничих ліній Toyota. У ї стандартному чотириетапному процесі штампування (витяжка, обрізка, гнинання та просічення) кожен етап займає приблизно 3 секунди щоб завершити. Сучасні високошвидкісні тандемні лінії та преси з передаванням матеріалу можуть ще більше прискорити цей процес. Наприклад, штампувальний цех Toyota Motor Manufacturing France працює зі швидкістю близько 25 ходів на хвилину (SPM) для окремих деталей, що відповідає циклу тривалістю лише 2,4 секунди на хід. При виготовленні подвійних деталей (дві деталі за один хід) продуктивність ефективно подвоюється, що демонструє величезну пропускну здатність холодного формування.

Швидкість прогресивної матриці порівняно з передавальною матрицею

У процесі холодного штампування стратегія оснащення суттєво впливає на час циклу:

• Багатопозиційне штампування: Це найшвидший метод, ідеальний для менших, складних деталей, таких як кріплення та затискачі. Стрічка металу безперервно подається через одну матрицю з кількома станціями. Швидкість легко може перевищувати 60–80 SPM тому що частина залишається прикріплена до носіїй смуги, що дозволяє швидкий, точний рух без складних рук передачі.
• Штампування у переносній матриці: Використовується для більших панелей кузова і структурних компонентів, які повинні бути вільні від стрічки, щоб формуватися. Механічні переносні пальці переміщують частину між станціями. Хоча більш повільні, ніж прогресивний штампування, сучасні сервоприводяні передачі покращили швидкість до 1530 SPM діапазон, балансуючи розмір з швидкістю виробництва.

У таблиці нижче викладені типичні показники продуктивності для технологій холодної штамповки:

Час циклу гарячого штампування: компроміс міцності

Гаряче штампування, або пресове загартування, працює за принципово іншою шкалою часу. Цей процес включає нагрівання заготовок бористої сталі до приблизно 900 °C (1650 °F) у печі перед їх перенесенням у охолоджувальну матрицю. Визначальною рисою цього циклу є не швидкість формування, а час затримки необхідний для загартування час. Деталь має утримуватися в закритій матриці під тиском під час швидкого охолодження, щоб перетворити мікроструктуру на мартенсит і досягти границі міцності до 1500 МПа.

Цей етап загартування створює значний вузький місце. Типовий цикл гарячого штампування триває від 10 до 30 секунд , що в 5–10 разів повільніше, ніж холодне штампування. Розподіл стандартного циклу гарячого штампування зазвичай виглядає так:

1. Переміщення (від пічі до преса): < 3 секунди (критично для запобігання передчасному охолодженню)
2. Формування: 1–2 секунди
3. Загартування (витримка): 5–15 секунд (основна втрата часу)
4. Видалення деталі: 2–4 секунди

Щоб зменшити цю повільність, виробники часто використовують багатопорожнинні матриці (штампування 2, 4 або навіть 8 деталей одночасно), щоб збільшити кількість деталей на хвилину, навіть якщо час циклу на один хід залишається довгим. Останні досягнення в конструкції каналів охолодження та інструментальних сталях із високою теплопровідністю поступово скорочують ці терміни, і деякі сучасні лінії заявляють цикли близько 8–10 секунд, хоча це ще не стало загальноприйнятим стандартом.

Ключові фактори, що впливають на швидкість виробництва

Крім фундаментальної фізики теплого та холодного формовання, кілька технологічних факторів відіграють ключову роль у скороченні часу виробництва. Перехід від механічного до технологія сервопрессу це змінило правила гри. На відміну від механічного моторобіля, який працює з постійною швидкістю, сервопрес має програмуваний слізний рух. Інженери можуть запрограмувати прес, щоб він сповільнювався лише під час критичного моменту формування і швидко прискорювався під час непрацюючої частини ходу (приближення і повернення). Ця оптимізація може скоротити час циклу на 30-60% порівняно з традиційними механічними прессами.

Автоматизація та ефективність переходу є однаково критичними. У виробничих середовищах з високою міксом "час циклу" - це не просто швидкість ходу; це доступність. Сучасні штампові лінії, такі як ті, що використовуються для Toyota Yaris, використовують автоматичні системи зміни штанги та сервопривідні стійки, які можуть перемикати виробництво з однієї частини на іншу за кілька хвилин. 180 секунд ця можливість однохвилинної заміни матриць (SMED) забезпечує, що прес більше часу витрачає на виготовлення деталей і менше часу простоює.

Однак досягнення цих оптимізованих циклів вимагає партнера, який розуміє весь спектр виробництва. Shaoyi Metal Technology спеціалізується на подоланні розриву між швидким прототюванням та масовим виробництвом. Використовуючи пресові можливості до 600 тонн та точність, сертифіковану за IATF 16949, вони допомагають клієнтам у сфері автопрому швидко перевіряти конструкції за допомогою прототювання, перш ніж переходити до високотоннажного виробництва. Цей інтегрований підхід дозволяє інженерам на ранній стадії проектування виявляти вузькі місця циклу, забезпечуючи, що такі компоненти, як важелі підвіски та каркаси, оптимізовані для швидкості та якості до початку повномасштабного виробництва.

Час циклу проти часу випередження (lead time) проти такт-часу

У контексті виробництва автомобілів «час» може означати різні речі для різних зацікавлених сторін. Непорозуміння щодо цих термінів часто призводить до невідповідності очікувань між інженерними та закупівельними командами. Важливо провести чітке розмежування Час циклу від інших часових показників.

• Час циклу (Темп верстата): Це час, необхідний для виконання однієї операції над одним виробом. У штампуванні, якщо прес працює з продуктивністю 20 SPM, час циклу становить 3 секунди. Цей показник є основною турботою керівників виробництва та технологічних інженерів, які зосереджені на поточній ефективності лінії.
• Час очікування (Очікування клієнта): Це загальний час від моменту розміщення замовлення до його доставки. Для нового проекту штампування час очікування включає проектування оснастки, виготовлення матриць і тестування, що зазвичай триває 8–14 тижнів для поступових матриць. Навіть для існуючих деталей час очікування включає планування сировини та логістику, які вимірюються в днях або тижнях, а не в секундах.
• Такт-час (Пульс попиту): Такт-час розраховується шляхом ділення доступного часу виробництва на попит клієнта. Якщо клієнту потрібно 1000 деталей на день, а підприємство працює 1000 хвилин, такт-час становить 1 хвилину. Час циклу завжди має бути меншим за такт-час, щоб уникнути нестач.
• Час виробничого циклу автомобіля: Це загальний час, необхідний для збирання повністю укомплектованого автомобіля. Для прикладу, якщо штампування панелі дверей триває лише кілька секунд, загальний час виробництва такого автомобіля, як Toyota Yaris, становить приблизно 15 годин , при цьому фарбування часто займає половину цього періоду.

Висновок

Для розуміння циклу виробництва штампування автомобілів необхідно дивитися далі простого вимірювання часу та аналізувати вимоги до процесу. Хоча холодне штампування забезпечує надзвичайно високу швидкість 20–60 ходів на хвилину, необхідну для масового виробництва зовнішніх панелей, гаряче штампування працює повільніше — 10–30 секунд на цикл — але дає життєво важливу міцність, необхідну для каркасів безпеки. Вибір залежить не стільки від швидкості, скільки від поєднання властивостей матеріалу, геометрії та обсягів виробництва.

Для інженерів автомобінної галузі шлях до оптимізації полягає у використанні таких технологій, як сервопреси та автоматизовані системи передачі, щоб мінімізувати час, що не додає вартості. Чітко визначаючи різницю між часом циклу та часом випередження, а також вибираючи відповідний метод штампування для конкретного застосування, виробники можуть досягнути синхронізованої ефективності, яка визначає сучасне автомобільне виробництво.

Поширені запитання

1. Скільки часу триває весь процес штампування кузова автомобіля?

Хоча окремі деталі штампуються за кілька секунд (зазвичай 1–3 секунди на кожен етап), повний кузов автомобіля складається з кількох сотень штампованих деталей. Сучасний пресовий цех виробляє ці деталі партіями. Фактичний час, який конкретний аркуш металу проводить у прес-лінії, дуже короткий — часто менше 15 секунд для повного чотириетапного процесу тандемної лінії — але логістична координація штампування всіх необхідних деталей для одного автомобіля зазвичай займає кілька змін або днів накопичення запасів.

2. Які типові етапи циклу штампування в автомобілебудуванні?

Типова лінія штампування в автомобілебудуванні зазвичай включає чотири окремі етапи: Малюнок (формування початкової 3D-форми), Обрізка (видалення зайвого металу), Гнуття/Фланжування (створення точних країв і жорсткості), і Протикання/Допрессовка (пробивання отворів і уточнення фінальної геометрії). У тандемній лінії ці операції виконуються на окремих пресах; у системі з переносом або прогресивної матриці — послідовно всередині однієї прес-системи.

3. Чому гаряче штампування набагато повільніше, ніж холодне?

Гаряче штампування вимагає нагрівання металу до ~900°C, а потім охолодження (закалювання) у замкнутій матриці для фіксації мартенситної структури сталі. Цей етап охолодження, або «час витримки», зазвичай триває 5–15 секунд, під час яких прес не може відкритися. Холодне штампування не потребує такого термічного простою, що дозволяє пресу працювати безперервно з максимально можливою швидкістю.