Sådan fungerer bilindustrien metalformning

Smeder har banket metal til nyttige genstande i tusinder af år. Se billeder af elværktøj. © iStockphoto.com/Stacey Bates

Smeden erhverv går tusinder af år tilbage. I gamle tider smed smeden metal til nyttige genstande med en hammer, og opvarmede ofte metallet først i en smedje. (Ordet "Smith" stammer fra den samme rod som "smite", så en smed var en person, hvis job var at slå metal sorte i en ild.)

Smed er relativt sjældne i dag - selvom de stadig findes og bruger værktøjer meget mere moderne end dem, der blev brugt i gamle tider. Jobbet med at bearbejde metal til brugbare genstande udføres nu mest af maskinen. Intetsteds er denne kunst af metalformning vigtigere end i bilindustrien, hvor hver metaldel fra bilens krop til den mindste lugmøtrik på hjulet er skabt af industrielle metalformningsprocesser. Disse processer findes i forkant med moderne fremstilling, hvor computere møder det mekaniske og hydrauliske maskiner i bilanlægget.

Metalformning af biler er et af de vigtigste aspekter ved bilfremstilling. Hvis det ikke var muligt at bearbejde metal til nyttige former, kunne biler ikke eksistere. Og maskinernes - ofte kontrollerede af computere - mulighed for at slå bildele hurtigt og pålideligt er en af ​​de ting, der gør det muligt at købe en bil til noget mindre, end det ville koste at købe et hus.

Men hvordan fungerer metalformning? Det er let at forstå, hvordan en moderne smed kan forme metal med en krafthammer og en oxy-acetylen fakkel, men hvordan kan en maskine gøre disse ting? I løbet af de næste par sider vil vi diskutere, hvordan denne proces med metalformning kan mekaniseres og udføres i storskala industriel basis. Vi ser på nogle specifikke teknikker og processer, der bruges til bilfremstilling. Vi vil også se på fremtiden og se, hvordan metalformningsteknologier, der udvikles i dag, vil hjælpe os med at bygge morgendagens biler.

En af de vigtigste ting ved metal er, at det kan gennemgå plastisk deformation. Det betyder ikke, at metal er lavet af plast, men det kan gøre en af ​​de ting, som plast kan: Det kan bogstaveligt talt tage næsten enhver form, som vi kan forestille os.

Processen med deformation begynder med en blank, en mængde metal i en eller anden grundlæggende form, der vil gennemgå formændringen. Blanket bliver arbejdsemnet -- det metalstykke, der skal omformes - i metalformningsprocessen. Til formning af bilindustrien er emnet ofte lavet af plademetal, der kan stemples, klippes eller bøjes i en form, der er nødvendigt for en køretøjs krop. Alternativt kan det være en solid blok af metal i en kubisk eller linse-lignende form. Her er nogle måder, hvorpå et metal-emne kan deformeres under bilproduktionsprocessen:

bøjning: Ved bøjning påføres kræft på et metalpladeemne for at frembringe en krumning af overfladen. Bøjning bruges generelt til at fremstille enkle buede overflader snarere end komplekse. En mekanisk betjent presse driver en stans mod plademetal og tvinger den til en simpel matrice med tilstrækkeligt pres til at skabe en permanent ændring i metalets form. Mængden af ​​tryk er vigtig. Hvis der ikke anvendes nok tryk, kan metallet simpelthen springe tilbage til sin oprindelige form. Hvis der bruges for meget, kan det gå i stykker.

Tegning: På tegningen presses pladen mod en matrice, der er skåret i den tredimensionelle, ofte buede form, som pladen skal tage på. I virkeligheden bruges matrisen som en form til metallet. Denne teknik kan producere relativt komplekse former. Endnu en gang påføres tryk på arbejdsemnet ved hjælp af en hydraulisk eller mekanisk betjent stempel. Der er en række farer involveret, ikke så meget for mennesker (da processen i vid udstrækning er mekaniseret) men for selve metallet. Det kan revne fra for meget pres eller rynke fra dets interaktion med matrisen. Smøremiddel kan bruges til at gøre metalglidet mere jævnt mod matricen og undgå muligheden for at rynke. Alternativt kan de rynkede kanter trimmes fra metallet i en separat operation. Denne metode bruges ofte til at fremstille autokropsdele og brændstoftanke.

Stempling: Ved stempling bruges en enhed, der kaldes en stempelpresse, sammen med en række matriser til at skære og danne metal i forskellige former. Dette bruges ofte til at fremstille autodele såsom hubcaps og skærme.

Ekstrudering: Ekstrudering kan bruges til at fremstille lange metalgenstande, såsom stænger og rør. Metalarbejdsstykket presses ind i en matrice med et hul i den modsatte ende. Metallet ekstruderes gennem hullet for at danne formen. Ekstrudering kan bruges til at fremstille vigtige dele af en bils drivtog eller de ankre, der holder sikkerhedsseler på plads.

Smedning: Smedningsprocessen bruger en hammer eller presse, der i det væsentlige er en mekaniseret version af de hamre, der bruges af gamle smeder. Metallet hamres mod en overflade, der tjener som en ambolt. Det kan hamres gentagne gange for at danne komplekse former. Dette kan bruges som et alternativ til tegningsprocessen.

Ovenstående processer anvendes generelt med koldt metal. Varmt metal kan også bruges, undertiden ved høje nok temperaturer, at det smeltede metal kan hældes i en matrice. Dette kræver meget dyre matriser, der kan modstå varmen og skal udføres hurtigt for at minimere udsættelsen af ​​matrisen for det smeltede metal.

På den næste side ser vi på, hvordan moderne metalformningsteknologier flytter bilproduktion ind i fremtiden.

Arbejdere på en Hyundai-bilfabrik indstiller pressede metaldele, der blev brugt i sin bilmonteringslinje i Beijing, Kina. AP Photo / Ng Han Guan

Den vigtigste ting, der sker med bilproduktion og metalformning i det sidste halve århundrede, er computeren. Computere er vigtige for metalformning på to måder:

De styrer processen. En computer kan bruges til at tage split-second-beslutninger til at guide metalformningsoperationer gennem komplekse sekvenser - for eksempel ved hjælp af en smedhammer mod et emne på meget den samme måde som en gammel smed ville, men med den forøgede fysiske kraft af hydraulisk maskiner . Hammers handling kan programmeres på forhånd til at producere former, der er så komplekse som dem, der er skabt af en menneskelig håndværks hænder. Tilsvarende kan computere styre strømningen af ​​emnet mellem flere trin i operationen for at producere den færdige form.

De simulerer processen. En computer kan bruges til at simulere de fysiske kræfter, der er involveret i metalformning, så nye metalformningsoperationer kan opfindes uden at skulle bruge dyre maskiner til at eksperimentere med nye ideer. Sofistikeret simuleringssoftware er tilgængelig til at replikere metalformningsoperationer på computeren, så forskere kan se resultatet af at anvende varme og kraft til forskellige typer metal. Fejl, der er foretaget på computeren, er meget billigere end dem, der er foretaget i den virkelige verden, og tillader den slags prøve og fejl, der ville være spild af tid på faktiske maskiner.

Computersimulering åbner nye udsigter inden for metalformning. Mange af de nye metalformningsteknologier er baseret på en dyb forståelse af mikrostrukturen af ​​forskellige typer metal og de fysiske processer, der foregår inden i metal udsat for tryk og varme. Nogle af de nye processer er hybrider fra gamle processer. Der har også været en bevægelse mod hot-metal processer, som tillader brug af metaller, der ikke egner sig godt til kolde processer.

Disse nye teknologier tillader sådanne innovationer som brugen af ​​lettere metaller, der stadig bevarer styrken ved traditionelle bildele. Dette er f.eks. Nyttigt ved fremstilling af brændstofeffektive køretøjer eller batteri-elektriske køretøjer, hvor bilkroppen skal være så let som muligt for at udligne den betydelige vægt af batteriopstillingen. Disse teknologier tillader også, at bildele fremstilles mindre dyre uden et fald i kvalitet. F.eks. Kan elektromagnetiske formningsteknikker, hvor metalemnet udsættes for et magnetfelt, der skaber en elektrisk strømning i selve metallet, kan bruges til at fremskynde formningsprocessen uden den resulterende rivning og rynke, der normalt ville forekomme. Dette muliggør anvendelse af processer, der ikke tidligere var mulige ved automatiseret metalformning.

I årene siden Henry Ford demonstrerede gennemførligheden af ​​billig samlebåndsproduktion af biler og bildele, er videnskaben og teknologien inden for metalformning kommet langt i at vise bilproduktionsindustrien, hvordan man producerer ekstraordinære biler uden en ekstraordinær pris.

For mere information om metalbearbejdning og andre relaterede emner, skal du følge linkene på næste side.

Relaterede artikler

• Top 10 daglige bilteknologier, der kom fra racing
• Sådan fungerer hypercars
• Sådan fungerer autotransport
• Sådan fungerer bilcomputere
• Hvordan førerløse biler fungerer
• Sådan fungerer produktionslinjer for biler
• Kan du samle din egen bil?
• Hvad der gør en digital bil digital?
• Hvad er nyt inden for syntetisk olieteknologi?
• Vil bilreparationer i fremtiden krøbelige dig?

Kilder

• Avitzur, Betzalel. "Metalformning." Metal Forming Inc. (21. januar 2010) http://www.metalforming-inc.com/Publications/Papers/ref133/ref133.htm
• eFunda. "Ingeniørprocesser." (21. januar 2010) http://www.efunda.com/processes/processes_home/process.cfm
• Gallagher, Helen. "Metalstempling og elektromagnetisk formning: Ny proces forbedrer materialets formbarhed, reducerer rynker." Fabricator. 25. oktober 2001. (21. januar 2010) http://www.thefabricator.com/presstechnology/PressTechnology_Article.cfm?ID=115
• Grieve, David J. "Fremstillingsprocesser - 3 metalformning." 17. marts 2009. (21. januar 2010) http://www.tech.plym.ac.uk/sme/mfrg315/metform1.htm
• Siegert, Klaus. "TALAT Foredrag 3705: Tegning af metalplader til biler." SlideShare. (21. januar 2010) http://www.slideshare.net/corematerials/talat-lecture-3705-drawing-of-automotive-sheet-metal-parts