Jak działa formowanie metali w motoryzacji

  • Peter Tucker
  • 0
  • 1650
  • 157
Kowale od tysięcy lat wbijają metal w użyteczne przedmioty. Zobacz zdjęcia elektronarzędzi. © iStockphoto.com/Stacey Bates

Zawód kowala sięga wielu tysięcy lat wstecz. W starożytności kowal wbijał młotkiem metal w użyteczne przedmioty, często najpierw podgrzewając metal w kuźni. (Słowo „Smith” pochodzi z tego samego rdzenia, co „smite”, więc kowal był kimś, kto zajmuje się robieniem metalu poczerniałego w ogniu).

Kowale są dziś stosunkowo rzadcy - choć nadal istnieją i używają narzędzi znacznie nowocześniejszych niż te używane w starożytności. Praca polegająca na obróbce metalu w przedmioty użytkowe jest obecnie wykonywana głównie za pomocą maszyn. Nigdzie ta sztuka formowania metalu nie jest ważniejsza niż w przemyśle motoryzacyjnym, gdzie każda metalowa część, od karoserii samochodu po najmniejszą nakrętkę na kole, powstaje w wyniku przemysłowych procesów formowania metalu. Procesy te istnieją w czołówce nowoczesnej produkcji, gdzie komputery łączą się z maszynami mechanicznymi i hydraulicznymi fabryki samochodów.

Formowanie metali w motoryzacji jest jednym z najważniejszych aspektów produkcji samochodów. Gdyby nie można było obrobić metalu w użyteczne kształty, samochody nie mogłyby istnieć. A zdolność maszyn - często sterowanych komputerowo - do szybkiej i niezawodnej produkcji części samochodowych to jedna z rzeczy, dzięki której można kupić samochód za nieco mniej niż kosztowałoby kupno domu.

Ale jak działa formowanie metalu? Łatwo jest zrozumieć, jak nowoczesny kowal może kształtować metal za pomocą młotka elektrycznego i palnika acetylenowo-tlenowego, ale jak maszyna może to robić? Na następnych kilku stronach omówimy, w jaki sposób ten proces formowania metalu można zmechanizować i przeprowadzić na dużą skalę przemysłową. Przyjrzymy się niektórym konkretnym technikom i procesom, które są używane w produkcji samochodowej. Spojrzymy również w przyszłość i zobaczymy, jak rozwijane dziś technologie obróbki metalu pomogą nam budować samochody jutra.

Jedną z najważniejszych rzeczy w metalu jest to, że może on ulec odkształcenia plastyczne. Nie oznacza to, że metal jest zrobiony z plastiku, ale może zrobić jedną z rzeczy, które potrafią tworzywa sztuczne: dosłownie może przybrać prawie każdy kształt, jaki możemy sobie wyobrazić.

Proces deformacji zaczyna się od a pusty, ilość metalu w jakiejś podstawowej postaci, która ulegnie zmianie w kształcie. Puste miejsce staje się przedmiot obrabiany -- kawałek metalu do przekształcenia - w procesie formowania metalu. W przypadku formowania metalu w samochodach, półwyrób jest często wykonany z blachy, którą można tłoczyć, ciąć lub wyginać do kształtu potrzebnego do nadwozia samochodu. Alternatywnie może to być solidny blok metalu o kształcie sześciennym lub soczewkowym. Oto kilka sposobów, w jakie metalowy przedmiot obrabiany może zostać zdeformowany podczas procesu produkcji samochodów:

Pochylenie się: Podczas gięcia, siła jest przykładana do obrabianego elementu z blachy w celu wytworzenia krzywizny powierzchni. Gięcie jest zwykle używane do wytwarzania prostych zakrzywionych powierzchni, a nie złożonych. Mechanicznie obsługiwana prasa wbija stempel w blachę, wciskając go w prostą matrycę z wystarczającym naciskiem, aby spowodować trwałą zmianę kształtu metalu. Wielkość ciśnienia jest ważna. Jeśli nie zostanie przyłożony wystarczający nacisk, metal może po prostu odskoczyć do swojego pierwotnego kształtu. Jeśli zastosuje się za dużo, może się złamać.

Rysunek: Na rysunku blacha jest dociskana do matrycy, która została wycięta w trójwymiarowy, często zakrzywiony kształt, który ma przyjąć blacha. W efekcie matryca służy jako forma do metalu. Ta technika może tworzyć stosunkowo złożone kształty. Ponownie docisk jest do przedmiotu obrabianego za pomocą hydraulicznego lub mechanicznego stempla. Istnieje wiele zagrożeń, nie tyle dla ludzi (ponieważ proces jest w dużej mierze zmechanizowany), ale dla samego metalu. Może pękać od zbyt dużego nacisku lub marszczyć się w wyniku interakcji z matrycą. Można użyć środka smarnego, aby metal ślizgał się bardziej płynnie po matrycy, unikając możliwości marszczenia. Alternatywnie pomarszczone krawędzie można wyciąć z metalu w oddzielnej operacji. Ta metoda jest powszechnie stosowana do wykonywania części karoserii i zbiorników paliwa.

Cechowanie: Podczas tłoczenia urządzenie zwane prasą tłoczącą jest używane z szeregiem matryc do cięcia i formowania metalu w różne kształty. Jest to powszechnie używane do produkcji części samochodowych, takich jak kołpaki i błotniki.

Wyrzucenie: Wytłaczanie można wykorzystać do produkcji długich metalowych przedmiotów, takich jak pręty i rury. Metalowy przedmiot jest wciskany w matrycę z otworem na przeciwległym końcu. Metal jest wytłaczany przez otwór, aby uformować kształt. Wytłaczanie można wykorzystać do produkcji ważnych części układu napędowego samochodu lub kotew utrzymujących pasy bezpieczeństwa na miejscu.

Kucie: Proces kucia wykorzystuje młotek lub prasę, która jest zasadniczo zmechanizowaną wersją młotów używanych przez starożytnych kowali. Metal jest wbijany w powierzchnię, która służy jako kowadło. Można go wielokrotnie wbijać, aby uzyskać skomplikowane kształty. Można to wykorzystać jako alternatywę dla procesu rysowania.

Powyższe procesy są zwykle stosowane w przypadku zimnego metalu. Można również użyć gorącego metalu, czasami w wystarczająco wysokich temperaturach, aby stopiony metal można było wlać do matrycy. Wymaga to bardzo drogich matryc, które mogą wytrzymać ciepło i muszą być wykonane szybko, aby zminimalizować narażenie matrycy na stopiony metal.

Na następnej stronie przyjrzymy się, jak nowoczesne technologie formowania metalu przenoszą produkcję samochodową w przyszłość.

Pracownicy fabryki samochodów Hyundaia ustawiają w kolejce wytłoczone metalowe części używane na linii montażowej samochodów w Pekinie w Chinach. AP Photo / Ng Han Guan

Najważniejszą rzeczą, jaka wydarzyła się w przemyśle motoryzacyjnym i obróbce metali w ciągu ostatniego półwiecza, jest komputer. Komputery są ważne dla formowania metalu na dwa sposoby:

Kierują procesem. Komputer może być używany do podejmowania w ułamku sekundy decyzji, aby kierować operacjami formowania metalu przez złożone sekwencje - na przykład używając młotka kuźniczego do przedmiotu obrabianego w taki sam sposób, jak robiłby to starożytny kowal, ale przy zwiększonej sile fizycznej maszyn hydraulicznych . Działanie młotka można zaprogramować z wyprzedzeniem, aby uzyskać kształty tak złożone, jak te tworzone przez ludzkie ręce rzemieślników. Podobnie komputery mogą kontrolować przepływ przedmiotu obrabianego między wieloma etapami operacji, aby uzyskać gotowy kształt.

Symulują proces. Komputer można wykorzystać do symulacji sił fizycznych występujących w formowaniu metalu, tak aby można było wymyślać nowe operacje formowania metalu bez konieczności używania drogich maszyn do eksperymentowania z nowymi pomysłami. Dostępne jest zaawansowane oprogramowanie do symulacji, które umożliwia odtworzenie operacji formowania metalu na komputerze, dzięki czemu naukowcy mogą zobaczyć wynik zastosowania ciepła i siły do ​​różnych rodzajów metalu. Błędy popełnione na komputerze są znacznie mniej kosztowne niż te popełnione w prawdziwym świecie i pozwalają na próbę i błąd, który byłby stratą czasu na rzeczywistych maszynach.

Symulacja komputerowa otwiera nowe perspektywy w obróbce metali. Wiele nowych technologii formowania metali opiera się na dogłębnym zrozumieniu mikrostruktury różnych rodzajów metali oraz procesów fizycznych zachodzących wewnątrz metalu poddawanego ciśnieniu i ciepłu. Niektóre z nowych procesów są hybrydami starych procesów. Nastąpił również ruch w kierunku procesów gorącego metalu, które pozwalają na stosowanie metali, które nie nadają się dobrze do procesów na zimno.

Te nowe technologie pozwalają na takie innowacje, jak stosowanie lżejszych metali, które nadal zachowują wytrzymałość tradycyjnych części samochodowych. Jest to przydatne, powiedzmy, przy wytwarzaniu pojazdów o niskim zużyciu paliwa lub pojazdów o napędzie elektrycznym z baterią, w których nadwozie samochodu musi być jak najlżejsze, aby zrównoważyć znaczną wagę układu akumulatorów. Technologie te pozwalają również na tańszą produkcję części samochodowych bez spadku jakości. Na przykład, techniki formowania elektromagnetycznego, w których metalowy przedmiot poddawany jest działaniu pola magnetycznego, które wywołuje przepływ elektryczny w samym metalu, można zastosować do przyspieszenia procesu formowania bez wynikającego z tego rozdzierania i marszczenia, które normalnie występowałoby. Pozwala to na zastosowanie procesów, które wcześniej nie były możliwe w automatycznym formowaniu metali.

W latach, kiedy Henry Ford zademonstrował wykonalność niedrogiej produkcji samochodów i części samochodowych na linii montażowej, nauka i technologia formowania metalu przeszły długą drogę, pokazując przemysłowi samochodowemu, jak produkować niezwykłe samochody bez nadzwyczajnej ceny..

Aby uzyskać więcej informacji na temat motoryzacyjnego kształtowania metalu i innych powiązanych tematów, skorzystaj z łączy na następnej stronie.

Powiązane artykuły

  • 10 najlepszych technologii samochodów codziennego użytku pochodzących z wyścigów
  • Jak działają Hypercars
  • Jak działa transport samochodowy
  • Jak działają komputery samochodowe
  • Jak będą działać samochody bez kierowcy
  • Jak działają linie produkcyjne w branży motoryzacyjnej
  • Czy możesz złożyć własny samochód?
  • Co sprawia, że ​​cyfrowy samochód jest cyfrowy?
  • Co nowego w technologii olejów syntetycznych?
  • Czy naprawy samochodów w przyszłości okaleczą Cię finansowo??

Źródła

  • Avitzur, Betzalel. "Formowanie metalu." Metal Forming Inc. (21 stycznia 2010) http://www.metalforming-inc.com/Publications/Papers/ref133/ref133.htm
  • eFunda. „Procesy inżynieryjne”. (21 stycznia 2010) http://www.efunda.com/processes/processes_home/process.cfm
  • Gallagher, Helen. „Tłoczenie metali i formowanie elektromagnetyczne: nowy proces poprawia odkształcalność materiału, zmniejsza marszczenie się”. Fabrykator. 25 października 2001. (21 stycznia 2010) http://www.thefabricator.com/presstechnology/PressTechnology_Article.cfm?ID=115
  • Grieve, David J. „Procesy produkcyjne - 3 formowanie metali”. 17 marca 2009. (21 stycznia 2010) http://www.tech.plym.ac.uk/sme/mfrg315/metform1.htm
  • Siegert, Klaus. „TALAT Wykład 3705: Rysowanie samochodowych części blaszanych”. SlideShare. (21 stycznia 2010) http://www.slideshare.net/corematerials/talat-lecture-3705-drawing-of-automotive-sheet-metal-parts



Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa