Процес клеймення в автомобільному штампуванні: точність та контроль пружинності

Коротко

The процес клеймення у штампуванні автомобілів це високоточний метод холодного формування, при якому листовий метал стискається між пуансоном і матрицею зі зазором, що значно менший за товщину матеріалу. На відміну від стандартного гнучіння з повітряним зазором, процес клеймення змушує метал пластично текти, ефективно усуваючи внутрішні напруження та зводячи пружне повернення практично до нуля. Цей процес вимагає величезної потужності — зазвичай в 5–8 разів більшої, ніж при стандартному формуванні, — для створення структурно жорстких елементів із вузькими допусками, таких як фаски, ребра жорсткості та калібровані кути.

Що таке клеймення у штампуванні автомобілів?

У своїй основі клепання визначається певною механічною умовою: зазор між пуансоном і матрицею менший за товщину листового металу, що формується. Тоді як стандартні операції штампування згинають або розтягують метал, клепання активно стискає його. Це стискуюче зусилля достатнє для перевищення межі плинності матеріалу, викликаючи пластичний потік який змушує метал повністю повторити форму порожнини матриці, подібно до рідини.

Цей механізм відрізняє клепання від інших методів формування. При «згинанні у повітрі» пуансон заганяє метал у V-подібну матрицю, не доходячи до дна, тому кінцевий кут залежить від пружного відновлення. При клепанні кінчик пуансона проникає в метал через нейтральну вісь, зменшуючи товщину матеріалу в точці контакту. Ця дія призводить до загартування поверхні та вдосконалення зернистої структури, в результаті чого отримують деталь, яка не лише розмірно точна, але й часто структурно міцніша в зоні клепання.

Термін «закрита матриця» часто використовується для опису цього середовища. Оскільки метал утримується та перебуває під тиском, він не може вийти назовні, змушуючи його заповнювати кожну деталь інструменту. Саме тому клеймення є переважним методом створення складних елементів автомобільних компонентів, які вимагають абсолютної відтворюваності, таких як електричні контакти та точкові кронштейни сенсорів.

«Кілер-аплікація»: зменшення пружного повернення та точність

Єдине найважливіше застосування процес клеймення у штампуванні автомобілів — це контроль пружного повернення. Сталі підвищеної міцності, які використовуються в сучасних шасі автомобілів, відомі тим, що після зняття навантаження при формуванні повертаються до своєї первинної форми, що призводить до значних проблем при складанні.

Калібрування вирішує цю проблему шляхом «калібрування» згину. Коли пуансон стискає радіус зігнутої деталі (наприклад, фланець), знімаються ті розтягувальні та стискальні напруження, які природним чином накопичуються під час процесу згинання. Нейтралізуючи ці внутрішні сили, метал втрачає свою «пам'ять» плоскої форми і фіксується під кутом каліброваного згину.

Дані галузі підкреслюють ефективність цього підходу. Для складних автомобільних фланців пружне відновлення може спричиняти відхилення до 3 мм, що є неприйнятним для збірки за допомогою роботизованого зварювання. Застосування операції калібрування до радіуса згину дозволяє звести ці відхилення до ±0,5 мм ця точність робить калібрування незамінним у виробництві деталей, важливих для безпеки, де геометрична точність є обов’язковою.

Калібрування проти тиснення проти припасування

Часто виникає плутанина між обтисненням, тисненням і калібруванням, але це різні процеси з різними технічними вимогами. У таблиці нижче наведено основні відмінності для інженерів автомобілебудування:

Тоді як рельєф створює виступаючі або заглиблені елементи, головним чином для збільшення жорсткості (наприклад, на теплових екранах) або ідентифікації; не змінює внутрішню структуру матеріалу так сильно, як кування. Запресовування є чимось середнім: лист притискання до матриці, щоб задати кут, але без екстремального стискального потоку, характерного для справжнього кування.

Параметри процесу та вимоги до інструменту

Для реалізації кування потрібне міцне обладнання, здатне забезпечити величезне зусилля. Формула розрахунку потужності при куванні досить агресивна: інженери часто розраховують необхідне зусилля як від 5 до 8 разів більше за зусилля, необхідне для гнучки повітрям . Це створює надзвичайне навантаження на прес та інструмент. Для кування відносно невеликих ділянок на товстій структурній сталі автомобілів може знадобитися прес потужністю 600 тонн.

Конструювання інструменту та гідростатичне блокування

Інструменти для клеймення повинні виготовлятися з високоякісної загартованої інструментальної сталі, щоб витримувати розтріскування під стискальним навантаженням. Важливим аспектом проектування є мащення. гідростатичне блокування . Оскільки рідини нестисливі, залишене масло може перешкоджати повному закриттю матриці або навіть призвести до її руйнування під тиском. Тому має бути забезпечене контрольоване, мінімальне змащування.

Важливість жорсткості преса

Сам прес повинен бути надзвичайно жорстким. Будь-яке прогинання станини преса або повзунка призведе до неоднорідного клеймення і, як наслідок, до нестабільної товщини деталей. Для виробників, які переходять від прототипування до масового виробництва, перевірка можливостей преса є важливим кроком. Компанії, такі як Shaoyi Metal Technology заповнюють цю прогалину, пропонуючи послуги прецизійної штампування з можливостями пресів до 600 тонн, забезпечуючи виконання навіть операцій клеймення з високим зусиллям із Точністю, сертифікованою за IATF 16949 для критичних компонентів, таких як важелі кермового керування та підрамники.

Поширені автомобільні застосування

За межами простих «монет» або медальйонів, процес клеймення є невід’ємною частиною функціональності багатьох систем транспортних засобів. Поширені застосування включають:

• Конструкційні кронштейни: Клеймення радіусів згину товстих монтажних кронштейнів забезпечує ідеальні кути 90 градусів, що дозволяє бездоганне болтове узгодження під час складання.
• Електричні контакти: У системах акумуляторів електромобілів та сенсорах клеймення створює ідеально рівні, загартовані поверхні контактів, що покращують провідність та стійкість до зносу.
• Точні шайби: Клеймення використовується для створення фасок на краях шайб та прокладок, усуваючи гострі заусенці та забезпечуючи плавне входження кріпильних елементів.
• Зняття заусенців: Після операції вирубки краї можна проклеїти, щоб сплющити зону розриву, зробивши деталь безпечною для обробки без додаткового процесу обробки в барабані.

Точність — це стандарт

Штампування залишається золотим стандартом для досягнення високоточних геометрій у автомобільному штампуванні. Хоча воно вимагає більшої потужності та дорожчого інструменту, ніж просте формування, ефект у вигляді усунутого пружного відгину та прецизійної готовності до складання не має собі рівних. Для інженерів, які проектують наступне покоління шасі та елементів безпеки, опанування процесу штампування — це не просто варіант, а необхідність для відповідності сучасним стандартам якості.

Поширені запитання

1. У чому полягає основна різниця між штампуванням та тисненням?

Основна відмінність полягає у потоці матеріалу та його товщині. Штампування стискає метал щоб зменшити його товщину та спричинити пластичний потік для досягнення високої точності, тоді як тиснення розтягує метал, щоб створити виступи або заглиблення, не змінюючи значно об'ємну густину чи внутрішню структуру матеріалу.

2. Яка кількість потужності потрібна для штампування?

Тиснення вимагає надзвичайно великих зусиль, як правило, у 5–8 разів більших, ніж для стандартного повітряного гнучіння. Точне зусилля залежить від межі міцності матеріалу та площі поверхні, що піддається тисненню, проте часто тиск значно перевищує межу текучості матеріалу, щоб забезпечити постійну деформацію.

3. Чи усуває тиснення пружиніння?

Так, тиснення є одним із найефективніших методів усунення пружиніння. Шляхом стискання матеріалу за межі його межі текучості тиснення знімає залишкові внутрішні напруження, які спричиняють повернення металу до початкової форми. Це дозволяє виготовляти деталі з дуже вузькими кутовими допусками, часто в межах ±0,25 градуса.