Профессия кузнеца насчитывает много тысячелетий. В древности кузнец молотом ковал металл в полезные предметы, часто сначала нагревая металл в горне. (Слово «кузнец» происходит от того же корня, что и «поражать», поэтому кузнецом был человек, чья работа заключалась в кузнечном металле, чернеющем в огне.)
Кузнецы сегодня относительно редки, хотя они все еще существуют и используют гораздо более современные инструменты, чем те, которые использовались в древние времена. Работа по превращению металла в пригодные для использования предметы в настоящее время выполняется в основном машинами. Нигде это искусство формовки металла не является более важным, чем в автомобильной промышленности, где каждая металлическая деталь, от кузова автомобиля до мельчайшей гайки на колесе, создается с помощью промышленных процессов формовки металла. Эти процессы существуют на переднем крае современного производства, где компьютеры сочетаются с механическим и гидравлическим оборудованием автомобильного завода.
Формовка автомобильного металла является одним из наиболее важных аспектов производства автомобилей. Если бы металлу нельзя было придать полезную форму, не было бы и автомобилей. А способность машин — часто управляемых компьютерами — быстро и надежно изготавливать автомобильные детали — это одна из причин, позволяющих купить автомобиль несколько дешевле, чем дом.
Но как работает обработка металлов давлением? Легко понять, как современный кузнец может формовать металл с помощью молота и кислородно-ацетиленовой горелки, но как машина может делать такие вещи? На следующих нескольких страницах мы обсудим, как можно механизировать этот процесс обработки металлов давлением и выполнять его на крупномасштабной промышленной основе. Мы рассмотрим некоторые конкретные методы и процессы, которые используются в автомобилестроении. Мы также заглянем в будущее и увидим, как разрабатываемые сегодня технологии обработки металлов давлением помогут нам создавать автомобили завтрашнего дня.
Одним из наиболее важных свойств металла является то, что он может подвергаться пластической деформации. . Это не означает, что металл сделан из пластика, но он может делать то же, что и пластик:он буквально может принимать почти любую форму, которую мы можем себе представить.
Процесс деформации начинается с заготовки , количество металла в некоторой основной форме, которое претерпит изменение формы. Заготовка становится заготовкой -- кусок металла, подлежащий изменению формы -- в процессе формовки металла. Для формовки автомобильного металла заготовку часто изготавливают из листового металла, который можно штамповать, резать или сгибать, придавая ему форму, необходимую для кузова автомобиля. В качестве альтернативы, это может быть сплошной металлический блок кубической или линзообразной формы. Вот несколько способов деформации металлической заготовки в процессе производства автомобилей:
Изгиб: При изгибе к заготовке из листового металла прикладывается усилие для создания кривизны поверхности. Гибка обычно используется для изготовления простых криволинейных поверхностей, а не сложных. Пресс с механическим приводом приводит в действие пуансон против листового металла, превращая его в простую матрицу с достаточным давлением, чтобы произвести постоянное изменение формы металла. Важна величина давления. Если приложить недостаточное давление, металл может просто вернуться в свою первоначальную форму. Если нанести слишком много, он может сломаться.
Рисунок: При рисовании листовой металл прижимается к штампу, который был вырезан в трехмерную, часто изогнутую форму, которую должен принять листовой металл. По сути, штамп используется в качестве формы для металла. Этот метод может создавать относительно сложные формы. И снова к заготовке прикладывается давление с помощью гидравлического или механического штампа. Существует ряд опасностей, связанных не столько с людьми (поскольку процесс в значительной степени механизирован), сколько с самим металлом. Он может треснуть от слишком сильного давления или сморщиться от взаимодействия с матрицей. Можно использовать смазку, чтобы металл скользил по матрице более плавно, избегая возможности образования складок. В качестве альтернативы смятые края можно срезать с металла отдельной операцией. Этот метод обычно используется для изготовления автомобильных кузовных деталей и топливных баков.
Штамповка: При штамповке используется устройство, называемое штамповочным прессом, с рядом штампов для резки и придания металлу различных форм. Это обычно используется для изготовления автозапчастей, таких как колпаки и крылья.
Экструзия: Экструзия может использоваться для производства длинных металлических предметов, таких как стержни и трубы. Металлическая заготовка вдавливается в матрицу с отверстием на противоположном конце. Металл выдавливается через отверстие, чтобы сформировать форму. Экструзия может использоваться для изготовления важных деталей автомобильной трансмиссии или анкеров, которые удерживают ремни безопасности на месте.
Ковка: В процессе ковки используется молот или пресс, который по сути представляет собой механизированную версию молотков, использовавшихся древними кузнецами. Металл прибивается к поверхности, которая служит наковальней. Его можно многократно забивать, чтобы сформировать сложные формы. Это можно использовать как альтернативу процессу рисования.
Вышеуказанные процессы обычно используются с холодным металлом. Также можно использовать горячий металл, иногда при достаточно высоких температурах, чтобы расплавленный металл можно было заливать в форму. Для этого требуются очень дорогие штампы, которые могут выдерживать высокую температуру, и это должно быть сделано быстро, чтобы свести к минимуму воздействие расплавленного металла на штамп.
На следующей странице мы рассмотрим, как современные технологии обработки металлов давлением меняют производство автомобилей в будущем.
Самое важное, что произошло в автомобилестроении и обработке металлов давлением за последние полвека, — это компьютер. Компьютеры важны для обработки металлов давлением по двум причинам:
Они управляют процессом . Компьютер можно использовать для принятия решений за долю секунды, чтобы направлять операции формовки металла через сложные последовательности — например, использовать кузнечный молот против заготовки почти так же, как это делал древний кузнец, но с усиленной физической силой гидравлического оборудования. . Действие молотка можно запрограммировать заранее, чтобы создавать формы столь же сложные, как те, которые созданы руками человека-ремесленника. Точно так же компьютеры могут управлять потоком заготовки между несколькими этапами операции для получения готовой формы.
Они моделируют процесс . Компьютер можно использовать для моделирования физических сил, связанных с формовкой металла, чтобы можно было изобретать новые операции формовки металла без необходимости использовать дорогостоящее оборудование для экспериментов с новыми идеями. Доступно сложное программное обеспечение для моделирования, позволяющее воспроизвести операции формовки металла на компьютере, чтобы ученые могли увидеть результат приложения тепла и силы к различным видам металла. Ошибки, допущенные на компьютере, обходятся гораздо дешевле, чем ошибки, допущенные в реальном мире, и допускают метод проб и ошибок, который на реальном оборудовании был бы пустой тратой времени.
Компьютерное моделирование открывает новые горизонты в обработке металлов давлением. Многие из новых технологий обработки металлов давлением основаны на глубоком понимании микроструктуры различных видов металлов и физических процессов, происходящих внутри металла под действием давления и тепла. Некоторые из новых процессов являются гибридами старых процессов. Также был сделан шаг в сторону процессов с горячим металлом, которые позволяют использовать металлы, плохо поддающиеся холодным процессам.
Эти новые технологии позволяют использовать такие инновации, как использование более легких металлов, которые сохраняют прочность традиционных автомобильных деталей. Это полезно, скажем, при производстве автомобилей с низким расходом топлива или аккумуляторных электромобилей, где кузов автомобиля должен быть как можно легче, чтобы компенсировать значительный вес массива аккумуляторов. Эти технологии также позволяют производить автозапчасти дешевле без потери качества. Например, методы электромагнитной формовки, при которых металлическая заготовка подвергается воздействию магнитного поля, создающего электрический ток в самом металле, могут использоваться для ускорения процесса формовки без разрывов и складок, которые обычно возникают. Это позволяет использовать процессы, ранее недоступные для автоматизированной обработки металлов давлением.
За годы, прошедшие с тех пор, как Генри Форд продемонстрировал возможность недорогого конвейерного производства автомобилей и автозапчастей, наука и технология обработки металлов давлением прошли долгий путь, показав автопромышленности, как производить выдающиеся автомобили без выдающихся цен.
Для получения дополнительной информации об автомобильной формовке металлов и других смежных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.
Источники
Как работает самоочищающаяся краска
Как работает Открытый автомобильный альянс
Как работает автомобильный транспорт
Как работает ОнСтар
Как работает мощность