TÓM TẮT NHANH

Dập tấm chắn nhiệt ô tô là một quá trình sản xuất chính xác được thiết kế để quản lý tải nhiệt của xe bằng cách sử dụng các kim loại mỏng, thông thường là hợp kim nhôm 0,3mm đến 0,5mm (1050, 3003) hoặc thép không gỉ (Cấp 321). Quy trình sản xuất thường sử dụng dập kim loại tiến triển hoặc các thao tác ép chuyển, tích hợp một giai đoạn đóng nổi trước khi tạo hình.

Quá trình đóng nổi—tạo ra các hoa văn như bán cầu hoặc vân nhũ—làm tăng đáng kể độ cứng kết cấu của các lá mỏng và cải thiện khả năng phản xạ nhiệt. Thành công trong kỹ thuật phụ thuộc vào việc cân bằng giữa khả năng tạo hình của vật liệu với việc kiểm soát khuyết tật, cụ thể là kiểm soát bị nhăn trong quá trình tạo hình va chạm và duy trì dung sai chặt chẽ (thấp tới ±0,075mm) để đảm bảo lắp ráp liền mạch.

Lựa chọn vật liệu: Hợp kim, cấp độ tôi và độ dày

Việc lựa chọn vật liệu nền phù hợp là bước cơ bản trong thiết kế tấm chắn nhiệt, chủ yếu phụ thuộc vào vị trí của bộ phận và cường độ nhiệt mà nó phải chịu. Các nhà sản xuất phải cân bằng giữa mục tiêu giảm trọng lượng và độ bền nhiệt, dẫn đến sự phân biệt trong việc sử dụng nhôm và thép không gỉ.

Hợp kim Nhôm (dòng 1000 & 3000)

Đối với các tấm che bảo vệ chung ở gầm xe và khoang động cơ, nhôm là lựa chọn phổ biến nhờ khả năng phản xạ nhiệt cao và khối lượng nhẹ. Tiêu chuẩn công nghiệp thường tập trung vào các loại hợp kim 1050 và 3003 . Những vật liệu này thường được cung cấp ở trạng thái Ủ mềm (O-temper) để tối đa khả năng tạo hình trong giai đoạn dập ban đầu.

• Phạm vi Độ dày: Các tấm chắn tiêu chuẩn sử dụng tấm kim loại có độ dày từ 0,3mm đến 0,5mm . Các ứng dụng hai lớp có thể sử dụng lá mỏng tới mức 0.2mm tạo ra các khe không khí để cách nhiệt bức xạ thêm tốt hơn.
• Tôi cứng do biến dạng dẻo: Một điểm tinh tế quan trọng trong quá trình xử lý nhôm 1050-O là sự biến đổi vật lý trong quá trình ép họa. Hành động cơ học của việc cán các hoạ ra lên cuộn đã làm tăng độ cứng của vật liệu, hiệu quả chuyển đổi trạng thái tôi từ O sang trạng thái cứng hơn, thường được phân loại là H114 . Độ cứng thêm này rất quan trọng đối với việc xử lý, nhưng làm thay đổi các thông số cho các thao tác tạo hình tiếp theo.

Thép không gỉ (cấp 321)

Trong các vùng nhiệt chịu ứng suất cao như bộ tăng áp và ống góp xả, điểm nóng chảy của nhôm (khoảng 660°C) là không đủ. Ở đây, các kỹ sư chuyển sang thép không gỉ 321 . Thép không gỉ austenitic được ổn định bằng titan này cung cấp khả năng chống ăn mòn giữa các hạt và chống biến dạng kéo dài ở nhiệt độ cao xuất sắc.

Các nghiên cứu điển hình, chẳng hạn như những nghiên cứu liên quan đến tấm che bộ tăng áp, cho thấy nhu cầu thiết yếu của thép không gỉ đối với các chi tiết cần độ bền cao trong điều kiện thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Những bộ phận này thường yêu cầu độ dày lớn hơn so với sản phẩm bằng nhôm và đòi hỏi dụng cụ gia công chắc chắn để xử lý độ bền kéo cao hơn của vật liệu.

Quy trình sản xuất: Chiến lược khuôn dập liên tục

Quy trình sản xuất tấm chắn nhiệt khác với dập kim loại tấm thông thường do tính dễ vỡ của vật liệu thô và yêu cầu phải tạo hoa văn. Quy trình này thường tuân theo một trình tự nghiêm ngặt: Cấp cuộn → Dập nổi → Cắt phôi → Tạo hình → Cắt viền/Đục lỗ .

Trình tự Dập nổi rồi mới Tạo hình

Khác với các tấm thông thường nơi lớp hoàn thiện bề mặt được bảo tồn, tấm chắn nhiệt chủ ý được tạo hoa văn. Bước dập nổi thường xảy ra ngay sau khi cuộn vật liệu được mở ra. Việc này không chỉ mang tính thẩm mỹ; việc tạo hoa văn mang lại hai lợi ích kỹ thuật quan trọng:

1. Độ cứng kết cấu: Nó tăng độ cứng nhân tạo cho các tấm mỏng 0,3mm, cho phép chúng giữ được hình dạng mà không bị sụp đổ.
2. Hiệu suất nhiệt: Nó làm tăng diện tích bề mặt để tản nhiệt và tạo ra các góc phản xạ đa chiều.

Dập định hình nhanh so với dập định hình kéo

Các kỹ sư phải lựa chọn giữa dập định hình nhanh và dập định hình kéo dựa trên ngân sách và hình học.

• Dập định hình nhanh: Phương pháp này chỉ sử dụng chày và cối mà không có tấm kẹp phôi. Nó tiết kiệm chi phí khuôn nhưng dễ dẫn đến dòng chảy vật liệu không kiểm soát. Trong sản xuất tấm chắn nhiệt, điều này thường gây ra nếp nhăn. Tuy nhiên, do tấm chắn nhiệt là bộ phận chức năng (không hiển thị bên ngoài), tiêu chuẩn ngành thường chấp nhận các nếp nhăn nhỏ miễn là chúng không ảnh hưởng đến các bề mặt lắp ráp.
• Dập định hình kéo: Đối với các hình dạng phức tạp nơi nếp nhăn gây lỗi chức năng, người ta sử dụng phương pháp dập định hình kéo. Phương pháp này dùng tấm kẹp phôi để kiểm soát dòng chảy vật liệu vào buồng khuôn, đảm bảo bề mặt nhẵn mịn nhưng làm tăng chi phí khuôn.

Sản xuất số lượng lớn dựa vào dập kim loại tiến triển hoặc các hệ thống chuyển đổi tự động. Ví dụ, việc sản xuất hơn 100.000 đơn vị hàng năm một tấm chắn turbo bằng thép không gỉ đòi hỏi năng lực dập lớn. Trong khi các chi tiết nhôm nhẹ hơn có thể chạy trên các dây chuyền nhỏ hơn, các bộ phận thép chắc chắn thường yêu cầu máy dập từ 200 tấn đến 600 tấn để đảm bảo độ sắc nét và độ chính xác về kích thước nhất quán.

Các nhà sản xuất cần giải pháp mở rộng quy mô thường tìm đến các đối tác có khả năng dập đa dạng. Ví dụ, Shaoyi Metal Technology cung cấp dịch vụ dập chính xác với công suất máy dập lên đến 600 tấn, tạo cầu nối từ chế tạo mẫu nhanh đến sản xuất hàng loạt theo tiêu chuẩn IATF 16949. Khả năng này rất quan trọng khi chuyển tiếp từ khuôn mềm cho mẫu thử sang sản xuất hàng loạt với khuôn cứng cho các cụm lắp ráp ô tô phức tạp.

Thách thức Kỹ thuật: Các Khuyết tật và Dung sai

Dập các vật liệu mỏng, có hoa văn nổi tạo ra những khuyết tật cụ thể mà kỹ sư quy trình phải khắc phục.

Quản lý Nếp nhăn và Hiện tượng Đàn hồi trở lại

Bị nhăn là khuyết tật phổ biến nhất ở các tấm chắn nhiệt được định hình bằng ép khuôn do độ cứng thấp của tấm kim loại và ứng suất nén tại mép viền. Mặc dù nếp nhăn chức năng thường được chấp nhận ở những khu vực không ghép nối, các nếp gấp mất kiểm soát (chồng chéo) có thể dẫn đến nứt hoặc nguy cơ an toàn trong quá trình xử lý.

Hiệu ứng hồi phục là một yếu tố khác, đặc biệt với nhôm H114 đã tôi cứng qua gia công hoặc thép không gỉ độ bền cao. Phần mềm mô phỏng thường được sử dụng để dự đoán hiện tượng bật hồi và hiệu chỉnh hình dạng cối dập (uốn dư) nhằm đạt được hình dạng cuối cùng.

Độ chính xác dung sai

Mặc dù bề mặt tấm chắn đục dập có vẻ thô, các điểm lắp ráp đòi hỏi độ chính xác cao. Ví dụ, một tấm chắn tuabin tăng áp có thể yêu cầu dung sai chặt tới mức ±0,075mm trên các đường kính quan trọng để đảm bảo kín khít hoàn hảo và ngăn ngừa tiếng kêu do rung động. Đạt được mức độ chính xác này đòi hỏi dụng cụ cứng vững và thường bao gồm các công đoạn phụ trợ như khắc laser để truy xuất nguồn gốc (mã vạch, ngày sản xuất) ngay trên dây chuyền sản xuất.

Nứt mép

Các vết nứt viền có thể xảy ra trong quá trình gờ biên các tấm dập nổi. Quá trình dập nổi làm giảm độ dẻo của vật liệu, khiến vật liệu dễ bị rách khi kéo giãn. Tối ưu hóa tỷ lệ dập nổi (chiều cao so với đường kính của gờ) là một yếu tố thiết kế quan trọng để ngăn ngừa hiện tượng hỏng hóc này.

Các kiểu dập nổi và chức năng nhiệt

Kết cấu của tấm chắn nhiệt là một thông số kỹ thuật chức năng. Việc lựa chọn kiểu họa tiết ảnh hưởng đến cả khả năng tạo hình của kim loại lẫn tính chất nhiệt của nó.

• Họa tiết bán cầu: Loại này được sử dụng phổ biến nhờ độ cứng hướng đa chiều cân bằng và khả năng phản xạ tuyệt vời. Nó tạo hiệu ứng lõm nhỏ, rất hiệu quả trong việc phân tán nhiệt bức xạ.
• Các họa tiết Lục giác/Stucco: Những họa tiết này mang lại vẻ ngoài khác biệt và có thể cung cấp độ bền vượt trội hơn trong các môi trường dễ bị đá bắn trúng, ví dụ như các hầm gầm xe.

Các nghiên cứu mô phỏng cho thấy hình học của phần dập nổi đóng một vai trò trong khả năng uốn dẻo . Một họa tiết được thiết kế tốt cho phép vật liệu chảy đều hơn trong quá trình dập sâu, giảm nguy cơ nứt vỡ sâu, trong khi một họa tiết mạnh mẽ trên hợp kim giòn sẽ dẫn đến hỏng hóc ngay lập tức.

Ứng dụng và Trường hợp Sử dụng Ngành

Các tấm chắn nhiệt ô tô được sử dụng ở bất cứ đâu mà việc quản lý nhiệt độ là yếu tố then chốt đối với tuổi thọ linh kiện và sự thoải mái của hành khách.

• Tấm chắn bộ tăng áp: Thường làm bằng thép không gỉ 321. Những tấm này phải chịu được sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng và nhiệt bức xạ dữ dội từ thân tuabin.
• Tấm chắn ống góp xả: Thường là nhôm hoặc thép nhiều lớp. Chúng bảo vệ hệ thống dây điện và các chi tiết nhựa trong khoang động cơ khỏi nhiệt tích tụ từ ống góp.
• Ống dẫn gầm xe: Các tấm nhôm định hình lớn (1050/3003) chạy dọc theo toàn bộ hệ thống xả. Chúng ngăn ngừa truyền nhiệt lên sàn khoang hành khách và thường có thêm chức năng giảm lực cản khí động học cũng như giảm tiếng ồn.
• Bảo vệ Bộ điều khiển điện tử (ECU): Các tấm chắn nhỏ, được dập chính xác nhằm hướng nhiệt ra xa các linh kiện điện tử nhạy cảm trên xe.