вальцовочная машина это процесс обработки металлов давлением, широко используемый в автомобилестроении. Детали и узлы, изготовленные методом валковой формовки, встречаются на всех автомобилях, выполняя как конструктивные, так и эстетические функции. По мере развития автомобильной промышленности и усложнения конструкций автомобилей валковая штамповка зарекомендовала себя как адаптируемый и эффективный метод производства, способный удовлетворить потребности отрасли.
Обзор вальцовочного станка и его преимуществ
Валковая формовка - это непрерывная операция гибки, при которой листовой или рулонный металл постепенно формируется в требуемый профиль поперечного сечения на ряде последовательных формовочных станций. Формовочные станции состоят из соответствующих роликовых матриц с наружной и внутренней поверхностью, которые постепенно придают металлу нужную форму по мере его прохождения через валковый пресс. Получаемые детали имеют равномерное поперечное сечение по всей длине.
К числу основных преимуществ рулонной штамповки относятся:
- Высокие производственные показатели - Рулонная формовка отличается высокой скоростью и способна производить до 15 000 футов готовой продукции в час. Непрерывный поточный процесс имеет постоянную подачу материала и поток продукции.
- Эффективность - При валковой формовке отходы материала сведены к минимуму. Коэффициент использования материала при этом достигает 95%. Металлолом может быть легко переработан.
- Гибкость - На роликовых формовочных машинах можно изготавливать детали сложного профиля и формы путем замены матриц. Быстрая смена штампов позволяет эффективно производить небольшие партии или изготавливать прототипы.
- Прочность - В результате постепенной гибки при прокатке металл упрочняется, и готовые детали имеют отличную прочность на разрыв. Равномерный профиль обеспечивает оптимальную несущую способность.
- Экономическая эффективность - По сравнению с другими методами массового производства, такими как штамповка, рулонная штамповка требует относительно небольших затрат на оснастку. При этом отпадает необходимость в больших прессах и штампах.
Благодаря этим свойствам валковая штамповка хорошо подходит для высоких объемов производства, разнообразия компонентов и конструктивных требований автомобильной промышленности.
Детали, изготовленные методом прокатки, используемые в автомобильных кузовах
Кузов автомобиля состоит из сотен отдельных деталей, которые должны объединяться в единую, легкую и высокопрочную конструкцию. Для изготовления многих основных компонентов, придающих кузову форму, безопасность и долговечность, используется роликовая штамповка.
Структурная схема
Ходовая часть и конструктивный каркас кузова автомобиля опираются на различные детали, изготовленные методом валкообразования. К ним относятся:
- Панели качалок - Выдвигаются вдоль нижних краев автомобиля между передними и задними колесами. Они усиливают пол и дверные проемы.
- Столбы - Вертикально ориентированные конструкции, такие как стойки A, B, C и D, усиливают кузов и обеспечивают поддержку между окнами.
- Рейлинги на крыше - Проходят продольно по краю крыши для придания ей прочности и жесткости всему корпусу.
- Лобовое стекло и дверные рамы - Оконтуривание и укрепление оконных и дверных проемов.
- Бамперы - Поглощают удар спереди и сзади автомобиля.
- Компоненты днища - Подрамники и поперечины обеспечивают точки крепления и распределяют нагрузки.
Валковая штамповка позволяет придать этим деталям сложные формы и непрерывные сечения, необходимые для обеспечения целостности кузова. Высокая производительность при использовании валковой формовки соответствует требованиям автомобильного производства.
Наружные панели кузова
Видимые наружные панели кузова, формирующие экстерьер автомобиля, обычно получаются в результате процесса валковой формовки. Примерами могут служить:
- Крылья - Окружность колесных колодцев защищает механические компоненты от попадания дорожного мусора.
- Вытяжки - Подъемник для доступа к моторному отсеку. Для усиления большой площади листового металла требуются прокатные ребра жесткости.
- Двери - Обеспечивают вход и выход пассажиров. Внутренние панели дверей также могут быть выполнены в виде рулонов.
- Крышки багажника - Обеспечить доступ к отсекам для хранения. Как и в случае с вытяжками, большие площади поверхности требуют жестких рулонных подконструкций.
- Кровельные панели - Поверх пассажирских салонов накладывается наружная обшивка.
К наружным панелям кузова, изготовленным методом роликовой формовки, предъявляются более высокие требования к качеству, чем к конструктивным элементам. Гладкие поверхности и точно сформированные профили необходимы для оптимальной посадки и отделки готовых автомобилей.
Преимущества рулонной штамповки для автомобильных кузовов
Существует ряд важных преимуществ, благодаря которым валковая штамповка является наиболее предпочтительным технологическим процессом для производства кузовных деталей автомобилей:
Прочность и безопасность
В результате упрочнения металла при валковой штамповке получаются готовые детали, отвечающие высоким требованиям по соотношению прочности и массы, предъявляемым к кузовам автомобилей, при одновременном снижении общей массы. Это повышает как прочность, так и топливную экономичность. Испытания на ударную прочность показали, что детали, изготовленные методом роликовой штамповки, обладают более высокими прочностными характеристиками по сравнению со штампованными или вырезанными лазером.
Гибкость конструкции
Возможность создания сложных нестандартных сечений с помощью роликовой формовки обеспечивает конструкторам и инженерам автомобильной промышленности свободу действий по оптимизации компонентов. Детали могут быть подобраны с учетом их функциональности, эстетики и экономии места.
Быстрая переналадка
Быстрая смена роликовых штампов позволяет быстро адаптировать производство валков к новым моделям автомобилей и изменениям в конструкции. Такая скорость и гибкость помогает автопроизводителям сократить время вывода на рынок своих новейших продуктов.
Экономия материалов
При рулонной штамповке образуется меньше металлолома, чем при штамповке. Эффективность использования материалов достигает 95%. Такая экономия материалов позволяет снизить воздействие на окружающую среду и производственные затраты.
Экономическая эффективность
Относительно низкие инвестиционные затраты на оборудование, минимальные требования к вторичной обработке и конкурентоспособные длинные производственные циклы делают валковую формовку экономически выгодной для автомобильного производства. Простые принципы валковой формовки также способствуют надежности и простоте обслуживания.
Тенденции и разработки в области валковой формовки автомобилей
Рулонная штамповка продолжает развиваться вместе с автомобильной промышленностью. К числу современных тенденций относятся:
Инициативы по облегчению конструкции
Усилия по снижению массы автомобилей привели к более широкому использованию в валковой штамповке современных высокопрочных сталей, алюминиевых сплавов и даже композиционных материалов. Более легкие материалы позволяют дополнительно снизить массу деталей, изготовленных методом валковой формовки.
Вальцовка и отделка в штампе
Вторичные операции, такие как обработка кромок, пробивка отверстий и тиснение, интегрируются в процесс валковой формовки с помощью станций прокатки и отделки в штампе. Это позволяет повысить качество и сократить общее время производства.
Гибкие, реконфигурируемые валковые формовочные машины
Технологии быстросменной оснастки обеспечивают быструю переналадку между различными деталями, изготовленными методом валковой формовки, на одной и той же производственной линии. Это позволяет обеспечить экономичное мало- и крупносерийное производство.
Гибриды валкового гидроформинга
Сочетание валковой формовки и гидроформовки позволяет создавать сложные трубчатые профили и предварительно напряженные элементы для повышения эффективности конструкции.
Программное обеспечение для анализа процесса прокатки
Мощные программы моделирования помогают инженерам автомобильной промышленности оптимизировать валковые детали с точки зрения функциональности, технологичности и экономической эффективности еще до создания прототипа.
По мере роста спроса на автомобильную продукцию валковая штамповка будет продолжать адаптироваться, помогая производить безопасные, долговечные и доступные автомобили.
Детали, изготовленные методом роликовой формовки, используемые в автомобильных силовых агрегатах и трансмиссиях
Помимо кузовов автомобилей, многие компоненты автомобильных силовых агрегатов и трансмиссий изготавливаются методом валковой формовки. К ним относятся:
Детали двигателя
- Рычаги коромысел - Поворотные клапанные приводы со сложным профилем.
- Цепи привода ГРМ - Цепи с роликовыми звеньями для систем привода распределительных валов.
- Маслосборники - Конструктивные резервуары для масла в нижней части блоков цилиндров.
- Люльки для двигателей - Конструктивные элементы крепления узлов трансмиссии.
Детали трансмиссии и карданной передачи
- Корпуса редукторов - Закройте и защитите шестерни и синхронизаторы коробки передач.
- Приводные валы - Трубчатые стальные динамометрические трубы, соединяющие трансмиссию и дифференциал.
- Крестообразные элементы - Конструктивные крепления трансмиссии под полом.
- Рычаги управления - Компоненты подвески, размещающие ступицы колес.
- Направляющие шины - Стабилизаторы поперечной устойчивости улучшают управляемость и уменьшают крен кузова.
Компоненты выхлопной системы
- Корпуса каталитических нейтрализаторов - Внешние корпуса для устройств контроля выбросов.
- Банки глушителей - Наружные оболочки камер глушения двигателя.
- Хвостовые трубы - Трубчатые секции, направляющие выхлопные газы назад.
Детали трансмиссии, изготовленные методом прокатки, отвечают стандартам долговечности и качества, предъявляемым к трансмиссии. Высокие темпы производства обеспечивают большие объемы выпуска автомобилей.
Преимущества валковой штамповки автомобильных трансмиссий
Применение роликовой штамповки для изготовления деталей силовых агрегатов и трансмиссий имеет ряд преимуществ:
Прочность и усталостная прочность
Упрочняющая обработка валковой штамповки позволяет создавать невероятно прочные детали трансмиссии, сохраняющие долговечность. Это позволяет избежать преждевременных отказов в сложных условиях эксплуатации автомобилей.
Комплексные разделы
Рулонная штамповка позволяет создавать полые, трубчатые и нестандартные формы, необходимые для многих компонентов трансмиссии. Такие детали, как карданные валы, трудно изготовить другими способами.
Размерная точность
Некоторые компоненты трансмиссии требуют очень жестких допусков на размеры и расположение элементов. Рулонная штамповка обеспечивает такую точность для правильного функционирования детали.
Коррозионная стойкость
Чувствительные детали трансмиссии часто формируются с помощью рулонов из оцинкованных, нержавеющих и алюминиевых материалов для улучшения защиты от коррозии в суровых условиях эксплуатации.
Гибкость конструкции
Благодаря гибкости валковой штамповки инженеры могут свободно оптимизировать конструкции компонентов трансмиссии с учетом снижения массы, эксплуатационных характеристик и ограничений на упаковку.
Быстрое производство
Высокопроизводительное валковое производство не отстает от требований конвейерной сборки автомобилей, сохраняя при этом конкурентоспособную стоимость по сравнению с другими методами производства.
По мере повышения требований к производительности современных силовых агрегатов валковая штамповка продолжает оставаться эффективным производственным решением для создания более совершенных трансмиссий.
Дополнительные детали для автомобилей, изготовленные методом прокатки
Помимо основных элементов конструкции, экстерьера и трансмиссии, методом валковой штамповки изготавливается множество мелких дополнительных деталей для автомобилей:
Внутренние детали
- Оконные каналы - Направляющие и уплотнение оконных стекол в дверных рамах
- Каркасы сидений - Структурные основы для подушек и обшивки сидений
- Дверные замки и защелки - Надежные механизмы закрытия
- Дорожки для сидений - Позволяют регулировать положение сидений
Рамы и навесное оборудование для транспортных средств
- Панели рулевой рубки - Внутренние стенки крыльев, закрывающие протекторы шин
- Сцепные устройства - Приемники для буксировочного навесного оборудования
- Багажники на крышу - Крепления для наружных багажников
Запчасти для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
- Воздуховоды - Каналы для отвода кондиционированного воздуха
- Розетки и вентиляционные отверстия - Направленные потоки для комфорта пассажиров
- Корпуса - Внешние оболочки, защищающие компоненты
Компоненты подвески и тормозной системы
- Спиральные пружины - Формованные спиральные пружины сжатия
- Тормозные трубопроводы - Проводка жидкости под давлением в гидравлических системах
- Опорные плиты - Точки крепления тормозных узлов
Разное
- Заливные горловины топливных баков - Отверстия заливной трубки
- Поддоны для батарей - Монтажные платформы для батарей
- Облицовка колес - Декоративные колпаки и колесные диски
Эти дополнительные элементы могут быть не столь функционально важны, как конструкции кузова или трансмиссии, но детали, изготовленные методом валковой формовки, вносят свой вклад в общее качество, производительность и эстетику автомобиля.
Будущее валковой штамповки в автомобилестроении
Рулонная штамповка будет продолжать расширять свое присутствие в автомобильном производстве. Вот некоторые тенденции и прогнозы на будущее:
Расширение использования алюминия
В связи с повышением стандартов экономии топлива автопроизводители будут использовать более легкие алюминиевые сплавы для изготовления деталей методом роликовой формовки. Кроме того, алюминий лучше поддается сложной геометрии валковой формовки.
Интеграция вторичных операций
Для одностадийного производства готовых деталей в валковые формовочные машины будут включаться дополнительные процессы отделки. Это может включать сварку, прошивку, подшивку и т.д.
Гибриды валкового гидроформинга
Творческое сочетание валковой формовки и гидроформовки позволит создавать более инновационные легкие конструкции.
Анализ и моделирование процесса прокатки
Усовершенствованные программные средства САПР и FEA помогут инженерам автомобильной промышленности проектировать оптимальные компоненты валковой формы в цифровом виде до начала производства.
Наносталь и современные сплавы
Более прочные стали и сплавы, разработанные на основе нанотехнологий, могут появиться в конструкционных и защитных элементах, изготовленных методом прокатки.
Интеллектуальная валковая оснастка
В валковых формовщиках могут использоваться сенсорные и автоматизированные технологии для самонастройки в процессе производства, контроля качества и технического обслуживания.
Проектирование электромобилей
Новые конструкции полностью электрических и автономных автомобилей будут вдохновлять на творческое применение валковой формовки по мере развития автомобильной отрасли.
Благодаря своей универсальности, эффективности и надежности валковая штамповка уже несколько десятилетий является неотъемлемой частью автомобильного производства. По мере внедрения инноваций в автомобильную промышленность валковые машины и обслуживающий их квалифицированный персонал будут адаптироваться к новым условиям.
Часто задаваемые вопросы
Какие автомобильные компоненты обычно подвергаются валковой формовке?
С помощью рулонной штамповки изготавливаются конструктивные элементы кузова, наружные панели кузова, элементы трансмиссии и многие другие дополнительные детали, используемые в автомобилях. В качестве примера можно привести кузовные панели, рейлинги, капоты, трансмиссии, колесные колодцы, детали выхлопной системы и каркасы сидений.
Как с помощью роликовой формовки создаются такие прочные детали автомобилей?
В результате постепенного изгиба и формообразования материала на формообразующих роликах происходит полезное упрочнение. В результате холодной обработки прочность на разрыв повышается до 20% по сравнению с исходным листовым или рулонным материалом.
Насколько точной может быть рулонная штамповка?
На современных вальцовых станках с ЧПУ достигается точность размеров до ±0,5 мм на критических элементах, таких как отверстия и пазы. В профилях, требующих жестких допусков, могут использоваться ролики с обработанными канавками, а не простые круглые профили.
Какие технологии быстрой переналадки используются?
В рулонных линиях, предназначенных для гибкого производства, могут быть предусмотрены такие функции, как автоматическое извлечение матрицы, быстроразъемные жидкостные соединения, желоба для деталей и болты с предварительной резьбой для ускорения смены роликовых матриц при переходе от одной детали к другой.
Могут ли другие методы обработки металлов интегрироваться с валковой штамповкой?
Такие вторичные процессы, как штамповка, перфорация, резка и гидроформовка, могут сочетаться с валковой формовкой в гибридных машинах. Это позволяет выполнять дополнительную формовку и отделку на одной производственной линии, что повышает эффективность.
Как работает программное обеспечение для анализа процесса формовки валков?
Программы на базе САПР моделируют постепенный изгиб детали в виртуальном валковом прессе. Инженеры могут в цифровом виде доработать детали, создать профили роликов и оценить целесообразность производства до создания физического прототипа.
Требует ли валковая формовка вторичной обработки и доводки?
Благодаря непрерывной поддержке материала на протяжении всего процесса, детали, изготовленные методом рулонной формовки, не требуют дополнительной обработки, кроме простой резки, распиловки, сверления или обрезки. В результате этого процесса получаются готовые детали.
Каким испытаниям на безопасность подвергаются детали, изготовленные методом роликовой формовки?
Конструктивные элементы кузова должны подвергаться жестким испытаниям на прочность при столкновении, ударе и крыше. Прокатные брусья могут быть проанализированы с помощью компьютерного моделирования, а затем подвергнуты физическим испытаниям с имитацией пассажиров.
Может ли валковая формовка помочь сделать автомобили более экологичными?
Да, материало- и энергоэффективность валковой формовки в сочетании с гибкостью в использовании легких металлов и современных материалов дает ей большой потенциал для поддержки инициатив по устойчивому развитию автомобилестроения.
