Jak działa formowanie metalu w motoryzacji

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

Kowale są dziś stosunkowo rzadko spotykani – choć nadal istnieją i używają narzędzi znacznie nowocześniejszych niż te używane w czasach starożytnych. Obróbka metalu w przedmioty użytkowe jest obecnie wykonywana głównie przez maszyny. Nigdzie ta sztuka formowania metalu nie jest ważniejsza niż w przemyśle motoryzacyjnym, w którym każda metalowa część, od karoserii po najmniejszą nakrętkę na kole, powstaje w przemysłowych procesach formowania metalu. Procesy te istnieją w czołówce nowoczesnej produkcji, w której komputery spotykają się z maszynami mechanicznymi i hydraulicznymi fabryki samochodów.

Formowanie metali w motoryzacji jest jednym z najważniejszych aspektów produkcji samochodów. Gdyby nie można było przerabiać metalu na użyteczne kształty, samochody nie mogłyby istnieć. A zdolność maszyn - często sterowanych komputerowo - do szybkiego i niezawodnego wytwarzania części samochodowych jest jedną z rzeczy, które pozwalają kupić samochód za nieco mniej, niż kosztowałby zakup domu.

Ale jak działa formowanie metalu? Łatwo zrozumieć, jak współczesny kowal może kształtować metal za pomocą młota mechanicznego i palnika tlenowo-acetylenowego, ale jak maszyna może robić te rzeczy? Na następnych kilku stronach omówimy, w jaki sposób ten proces formowania metali można zmechanizować i przeprowadzić na skalę przemysłową na dużą skalę. Przyjrzymy się niektórym konkretnym technikom i procesom stosowanym w produkcji samochodów. Przyjrzymy się również przyszłości i zobaczymy, jak rozwijane dziś technologie formowania metalu pomogą nam budować samochody jutra.

Jedną z najważniejszych cech metalu jest to, że może ulegać odkształceniom plastycznym . Nie oznacza to, że metal jest zrobiony z plastiku, ale może robić jedną z rzeczy, które potrafi plastik: dosłownie może przybrać prawie każdy kształt, jaki możemy sobie wyobrazić.

Proces deformacji rozpoczyna się od wykroju , pewnej ilości metalu w jakiejś podstawowej postaci, która ulegnie zmianie kształtu. Półfabrykat staje się przedmiotem obrabianym – kawałkiem metalu, który ma zostać przekształcony – w procesie formowania metalu. W przypadku samochodowego formowania metalu, półfabrykat jest często wykonywany z blachy, którą można tłoczyć, ciąć lub wyginać do kształtu potrzebnego do wykonania karoserii samochodu. Alternatywnie może to być solidny blok metalu w kształcie sześciennym lub soczewkowym. Oto kilka sposobów, w jakie metalowy przedmiot może zostać odkształcony podczas procesu produkcji samochodów:

Gięcie: Podczas gięcia do przedmiotu obrabianego z blachy przykłada się siłę, aby wytworzyć krzywiznę powierzchni. Gięcie jest zwykle używane do wytwarzania prostych zakrzywionych powierzchni, a nie skomplikowanych. Prasa z napędem mechanicznym wbija stempel w blachę, wtłaczając go w prostą matrycę z wystarczającym naciskiem, aby wywołać trwałą zmianę kształtu metalu. Ważna jest siła nacisku. Jeśli nie zostanie przyłożony wystarczający nacisk, metal może po prostu powrócić do swojego pierwotnego kształtu. Jeśli nałoży się zbyt dużo, może pęknąć.

Rysunek:Podczas rysowania blacha jest dociskana do matrycy, która została wycięta w trójwymiarowy, często zakrzywiony kształt, jaki ma przyjąć blacha. W efekcie matryca służy jako forma do metalu. Ta technika może wytwarzać stosunkowo złożone kształty. Ponownie nacisk jest wywierany na obrabiany przedmiot za pomocą hydraulicznego lub mechanicznego stempla. Wiąże się to z wieloma zagrożeniami, nie tyle dla ludzi (ponieważ proces jest w dużej mierze zmechanizowany), ale dla samego metalu. Może pękać pod zbyt dużym naciskiem lub marszczyć się w wyniku interakcji z matrycą. Można użyć smaru, aby metal gładko przesuwał się po matrycy, unikając możliwości marszczenia. Alternatywnie, pomarszczone krawędzie można przyciąć z metalu w oddzielnej operacji. Ta metoda jest powszechnie stosowana do produkcji części karoserii i zbiorników paliwa.

Tłoczenie : W tłoczeniu stosuje się urządzenie zwane prasą do tłoczenia z szeregiem matryc do cięcia i formowania metalu w różne kształty. Jest to powszechnie używane do produkcji części samochodowych, takich jak kołpaki i błotniki.

Wytłaczanie: Wytłaczanie może być stosowane 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 w celu uformowania kształtu. Wytłaczanie może być stosowane do produkcji ważnych części układu napędowego samochodu lub kotew utrzymujących pasy bezpieczeństwa na miejscu.

Kucie: Proces kucia wykorzystuje młot lub prasę, która jest zasadniczo zmechanizowaną wersją młotów używanych przez starożytnych kowali. Metal jest uderzany młotkiem o powierzchnię, która służy jako kowadło. Można go wielokrotnie młotkować, tworząc skomplikowane kształty. Można to wykorzystać jako alternatywę dla procesu rysowania.

Powyższe procesy są zwykle stosowane z zimnym metalem. 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 metali przesuwają produkcję samochodów w przyszłość.

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

Kierują procesem . Komputer może być używany do podejmowania decyzji w ułamku sekundy, aby kierować operacjami formowania metalu przez złożone sekwencje – na przykład, używając młota kuźniczego do obrabianego przedmiotu w taki sam sposób, jak zrobiłby to starożytny kowal, ale ze zwiększoną siłą fizyczną maszyn hydraulicznych . Działanie młotka można zaprogramować z wyprzedzeniem, aby uzyskać kształty tak złożone, jak te stworzone rękami rzemieślnika. Podobnie komputery mogą sterować przepływem przedmiotu obrabianego między wieloma etapami operacji, aby uzyskać gotowy kształt.

Symulują proces . Komputer może służyć do symulacji sił fizycznych zaangażowanych w formowanie metalu, dzięki czemu można wynaleźć nowe operacje formowania metalu bez konieczności używania drogich maszyn do eksperymentowania z nowymi pomysłami. Dostępne jest wyrafinowane oprogramowanie symulacyjne do odtworzenia operacji formowania metalu na komputerze, dzięki czemu naukowcy mogą zobaczyć wyniki przykładania ciepła i siły do ​​różnych rodzajów metali. Błędy popełniane na komputerze są znacznie mniej kosztowne niż te popełniane w prawdziwym świecie i pozwalają na taki rodzaj prób i błędów, które byłyby stratą czasu na rzeczywistych maszynach.

Symulacje komputerowe otwierają 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 poddanego działaniu ciśnienia i ciepła. Niektóre z nowych procesów są hybrydami starych procesów. Nastąpił również ruch w kierunku procesów hot-metal, które pozwalają na stosowanie metali, które nie nadają się dobrze do procesów zimnych.

Te nowe technologie umożliwiają takie innowacje, jak użycie lżejszych metali, które nadal zachowują wytrzymałość tradycyjnych części samochodowych. Jest to przydatne, powiedzmy, w produkcji pojazdów paliwooszczędnych lub pojazdów z napędem elektrycznym, w których karoseria musi być jak najlżejsza, aby zrównoważyć znaczny ciężar zestawu akumulatorów. Technologie te pozwalają również na tańsze wytwarzanie części samochodowych bez spadku jakości. Na przykład techniki formowania elektromagnetycznego, w których obrabiany przedmiot metalowy jest wystawiony na działanie pola magnetycznego, które wywołuje przepływ elektryczny w samym metalu, mogą być stosowane do przyspieszenia procesu formowania bez wynikającego z tego rozdarcia i zmarszczenia, które normalnie występowałyby. Pozwala to na wykorzystanie procesów, które wcześniej nie były możliwe w zautomatyzowanym formowaniu metali.

W latach, odkąd Henry Ford zademonstrował wykonalność niedrogiej linii montażowej samochodów i części samochodowych, nauka i technologia obróbki plastycznej przeszły długą drogę, pokazując przemysłowi motoryzacyjnemu, jak produkować niezwykłe samochody bez nadzwyczajnej ceny.

Aby uzyskać więcej informacji na temat formowania metalu w przemyśle motoryzacyjnym i innych powiązanych tematów, skorzystaj z łączy na następnej stronie.

Powiązane artykuły

Źródła