Масляні картери, виготовлені методом глибокого витягування: процес, технічні характеристики та інженерний посібник

Коротко

Масляні картери з глибокого штампування — це процес прецизійного формування металу, при якому плоский лист металу, як правило Інтерстиційно-вільний (IF) або Сталь для надзвичайно глибокого витягу (EDDS) , тягнеться у складні форми, глибина яких перевищує діаметр, утворюючи безшовні, герметичні резервуари. На відміну від литих алюмінієвих аналогів, штамповані картери мають кращу пластичність, меншу вагу та нижчу вартість у виробництві великих обсягів.

До ключових показників виробництва належить досягнення глибини витяжки до 13 дюймів при збереженні допусків плоскості фланця в межах 0.1мм щоб забезпечити ідеальне ущільнення. Цей процес вимагає гідравлічних або механічних пресів потужністю від 400 до 2000+ тонн для контролю руху матеріалу та запобігання зморшкуванню чи розриванню.

Глибока штампування проти лиття: технічне обґрунтування

Для автотехніків та менеджерів з закупівель вибір між стальними картерами з глибокого штампування та литими алюмінієвими картерами часто зводиться до трьох факторів: міцність, вага та герметичність . Глибока витяжка перетворює заготовку з одного шматка металу на порожнисту, осесиметричну форму без швів, що принципово усуває можливі місця витоку, характерні для зварених конструкцій.

Конструкційна цілісність і зміцнення при деформації

Хоча литий алюміній забезпечує жорсткість, він схильний до тріщин під час удару — критичний режим виходу з ладу для низько розташованих масляних картерів, які піддані впливу дорожнього сміття. Навпаки, сталь, отримана глибокою витяжкою, має перевагу зміцнення під час обробки (або зміцнення при деформації) під час процесу формування. Під час розтягування матеріалу його кристалічна структура переорієнтовується, значно збільшуючи межу міцності при розтягуванні. Штампований стальний картер при ударі продавиться, а не розлетиться на шматки, зберігаючи систему змащення двигуна.

Ефективність вартості та обсягів виробництва

Глибока витяжка є переважним вибором для масового виробництва автомобілів. Після затвердження оснастки (матриці та пуансона) час циклу вимірюється секундами. Навпаки, лиття потребує довшого часу охолодження та більш ретельної вторинної обробки. Для важких дизельних застосувань штамповані картери, виготовлені з .071” CR IF (Cold Rolled Interstitial Free) сталі, забезпечують необхідну міцність без надмірної ваги, притаманної товстостінним виливкам.

Покроковий технологічний процес виробництва

Виробництво бездефектного картера потребує суворого багатоетапного процесу. Перехід від плоскої стрічки до готового резервуару глибиною 13 дюймів передбачає точний контроль над потоком матеріалу та тертям.

1. Вирізання заготівки та змащення

Процес починається з вирізання початкової форми, або «заготовки», з головної котушки. Розмір заготовки розраховується за об'ємом, а не за площею, щоб врахувати рух матеріалу. Застосовуються спеціальні високотискові мастила для мінімізації тертя між листом і матрицею, що критично важливо для запобігання заїданню під час сильного деформування.

2. Операція витягування

Це визначальний етап. Заготовку затискають за допомогою тримач заготовки з точним тиском — надто малий тиск призводить до зморшок, надмірний — до розриву. Механічний або гідравлічний пуансон примушує метал увійти в порожнину матриці. Для глибоких стаканів (наприклад, 8–13 дюймів) може знадобитися кілька операцій витягування (повторне витягування), щоб досягти остаточної глибини без перевищення діаграми межі формування металу (FLD).

3. Прошивання та контроль товщини стінки

Глибоке витягування за своєю природою зменшує товщину матеріалу у нижніх кутах і збільшує її на фланці. Для перерозподілу матеріалу часто використовують точні операції вирівнювання, щоб забезпечити рівномірну товщину стінок. Виробники мають підтримувати стінки в межах жорстких допусків (зазвичай ±0,005 дюйма), щоб забезпечити структурну міцність.

Для досягнення таких складних геометрій потрібні виробничі партнери з розширеним переліком обладнання. Постачальники, такі як Shaoyi Metal Technology використовують преси потужністю до 600 тонн і дотримуються стандартів IATF 16949 щоб подолати розрив між швидким прототипуванням та масовим виробництвом критичних компонентів, таких як підрамники та картери масла.

4. Обрізка та формування фланця

Після формування деталі зайвий матеріал обрізають. Потім фланець — поверхня ущільнення, яка стикається з блоком двигуна — вирівнюють. Це найважливіша характеристика якості; деформований фланець гарантовано призведе до витоку масла. Лідерські виробники зазвичай прагнуть досягти допуску плоскості 0,1 мм на 250 мм щоб забезпечити ідеальне ущільнення з прокладкою.

Матеріальні специфікації для глибокого витягування

Вибір правильного сорту сталі є обов'язковим для картерів, які підлягають сильній деформації. Стандартна вуглецева сталь часто не має необхідних властивостей подовження.

Для більшості важких застосувань виробники вказують матеріали, такі як .071" (1,8 мм) CR IF або .055" (1,4 мм) EDDS ці марки дозволяють коефіцієнти «розтягування», при яких стандартні сталі рвуться.

Критичні аспекти проектування та якості

Проектування масляного піддону виходить за межі просто його форми. Складова повинна інтегрувати кілька функцій і проходити суворі перевірочні випробування.

Перевірка та валідація на герметичність

Нуль дефектів — це стандарт. Готові картери проходять 100% перевірку на герметичність, як правило, за допомогою тесту зниження тиску повітря 1,5 бар або занурення у воду на 30 секунд для виявлення мікроскопічних проколів. Випробування сольовим туманом (часто понад 480 годин) також є обов’язковим для стальних картерів, щоб підтвердити стійкість електрофоретичного покриття або порошкового покриття до дорожньої солі.

Інтеграція функцій

Сучасні масляні картери — це складові вузли, а не просто оболонки. Їм потрібні:

• Розбризкувачі: Точково зварені всередині піддону, щоб запобігти недостатньому рівню мастила під час руху з високим навантаженням при проходженні поворотів або гальмуванні.
• Гнізда сливних пробок: Посилені ділянки, які мають витримувати крутний момент понад 80 Н·м без деформації.
• Направляючі щупа: Точні штамповані трубки, інтегровані в бічну стінку.

Кути і радіуси укосин

Для полегшення виймання деталі з матриці вертикальні стіни зазвичай мають кут укосини. Проте глибоке витягування дозволяє отримати пряміші стіни, ніж при литті. Кутові радіуси мають бути достатньо великими — зазвичай 6-8х товщина матеріалу — щоб забезпечити плавний рух матеріалу та зменшити концентрацію напружень, яка призводить до тріщин.

Створення ідеального ущільнення

Глибоке витягування залишається еталоном виробництва масляних картерів, які поєднують вигідну ціну, невелику вагу та надійність. Використовуючи передові матеріали, такі як IF-сталь, та точний контроль процесу — від тиску прижиму заготовки до випрямлення фланця — виробники можуть виготовляти компоненти, термін служби яких перевищує термін служби двигунів, які вони захищають. Для інженерів успіх полягає у чіткому визначенні специфікацій глибини витягування, подовження матеріалу та допусків ущільнення на ранніх етапах проектування.

Поширені запитання

1. У чому різниця між глибоким витягуванням та звичайним штампуванням?

Основна відмінність полягає у співвідношенні глибини до діаметра. Глибока витяжка чітко визначається як процес, при якому глибина деталі перевищує половину її діаметра. Цей процес передбачає значний рух матеріалу та його розтягнення, тоді як звичайна штампування (або поверхнева витяжка) більше зосереджена на різанні, гнутті та формуванні поверхневих деталей із мінімальним утоншенням стінок.

2. Яка найкраща сталь для глибокого штампування масляних картерів?

Сталь без внутрішньокристалічних включень (IF-сталь) та Сталь для надзвичайно глибокого витягу (EDDS) є найкращим варіантом. Ці марки мають наднизький вміст вуглецю та стабілізуються титаном або ниобієм, що забезпечує екстремальну пластичність, необхідну для розтягування в глибокі форми (8–13 дюймів) без розривів або тріщин.

3. Чому використовувати штамповану сталь замість литого алюмінію?

Штампова сталь, як правило, легша, більш пластична та значно дешевша у виробництві великих обсягів порівняно з литим алюмінієм. Хоча литий алюміній є жорсткішим, він може потріскатися при ударі з дорожнім сміттям. Штампова сталь схильна до вм’ятин, а не розтріскування, забезпечуючи кращий захист системи мащення двигуна.