Hvordan bilforming av metall fungerer

Smeder har banket metall til nyttige gjenstander i tusenvis av år. Se bilder av elektroverktøy. © iStockphoto.com/Stacey Bates

Smedenes yrke går mange tusen år tilbake. I gamle tider smidd smeden metall til nyttige gjenstander med en hammer, og oppvarmet ofte metallet først i en smie. (Ordet "Smith" kommer fra samme rot som "smite", så en smed var en som jobbet med å slå metall svart i en ild.)

Smeder er relativt sjeldne i dag - selv om de fremdeles eksisterer og bruker verktøy mye mer moderne enn de som ble brukt i antikken. Jobben med å bearbeide metall til brukbare objekter oppnås nå stort sett med maskin. Ingen steder er denne kunsten å danne metall viktigere enn i bilindustrien, der hver metalldel fra karosseriet til bilen til den minste tappmutteren på hjulet er skapt av industrielle metallformingsprosesser. Disse prosessene er i forkant av moderne produksjon, der datamaskiner oppfyller det mekaniske og hydrauliske maskineriet til bilanlegget.

Metallforming av biler er en av de viktigste aspektene ved bilproduksjon. Hvis det ikke var mulig å bearbeide metall til nyttige former, kunne ikke biler eksistere. Og evnen til maskiner - ofte kontrollert av datamaskiner - til å skru ut bildeler raskt og pålitelig, er en av tingene som gjør det mulig å kjøpe en bil for noe mindre enn det vil koste å kjøpe et hus.

Men hvordan fungerer metallforming? Det er lett å forstå hvordan en moderne smed kan forme metall med en krafthammer og en oksy-acetylen fakkel, men hvordan kan en maskin gjøre disse tingene? I løpet av de neste sidene vil vi diskutere hvordan denne prosessen med metallforming kan mekaniseres og utføres på storskala industriell basis. Vi skal se på noen spesifikke teknikker og prosesser som brukes i bilproduksjon. Vi skal også se på fremtiden og se hvordan metalldannende teknologier som utvikles i dag, vil hjelpe oss med å bygge morgendagens biler.

Noe av det viktigste med metall er at det kan gjennomgå plastisk deformasjon. Det betyr ikke at metall er laget av plast, men det kan gjøre noe av det plast kan: Det kan bokstavelig talt ta nesten hvilken som helst form som vi kan forestille oss.

Deformasjonsprosessen begynner med a blank, en mengde metall i en eller annen grunnleggende form som vil gjennomgå formendringen. Blanket blir stykket -- metallstykket som skal omformes - i metallformingsprosessen. For metalldannelse av biler er emnet ofte laget av platemetall, som kan stemples, kuttes eller bøyes til en form som er nødvendig for en bilens kropp. Alternativt kan det være en solid metallblokk i en kubisk eller linseaktig form. Her er noen måter som et metallarbeidsstykke kan deformeres under bilproduksjonsprosessen:

Bøye: Ved bøyning påføres kraft på et metallplatearbeidsstykke for å frembringe en krumning av overflaten. Bøying brukes vanligvis til å produsere enkle buede overflater i stedet for komplekse. En mekanisk betjent presse driver et slag mot platemetall, og tvinger den til en enkel form med tilstrekkelig trykk til å gi en permanent endring i metallets form. Trykkmengden er viktig. Hvis det ikke brukes nok trykk, kan metallet ganske enkelt springe tilbake til sin opprinnelige form. Hvis det brukes for mye, kan det gå i stykker.

Tegning: På tegning tvinges metallplaten mot en form som er blitt kuttet i den tredimensjonale, ofte buede formen som platen skal ta på seg. I virkeligheten brukes matrisen som en form for metallet. Denne teknikken kan produsere relativt komplekse former. Nok en gang blir trykket påført arbeidsstykket ved hjelp av en hydraulisk eller mekanisk drevet stempel. Det er en rekke farer involvert, ikke så mye for mennesker (siden prosessen stort sett er mekanisert) men for selve metallet. Det kan sprekke av for mye press eller rynke fra samspillet med matrisen. Smøremiddel kan brukes til å gjøre metallglidet jevnere mot matrisen, og unngå muligheten for rynking. Alternativt kan de rynkede kantene trimmes fra metallet i en separat operasjon. Denne metoden brukes ofte til å lage auto deler og drivstofftanker.

stempling: I stempling brukes en enhet som kalles stempelpresse med en serie matriser for å skjære og danne metall til forskjellige former. Dette brukes ofte til å lage bildeler som hubcaps og fendere.

Extrusion: Ekstrudering kan brukes til å produsere lange metallgjenstander, for eksempel stenger og rør. Metallarbeidsstykket blir tvunget inn i en form med et hull i motsatt ende. Metallet ekstruderes gjennom hullet for å danne formen. Ekstrudering kan brukes til å produsere viktige deler av bilens drivtog eller forankringene som holder sikkerhetsbeltene på plass.

smir: Smieprosessen bruker en hammer eller presse som i hovedsak er en mekanisert versjon av hamrene som brukes av gamle smeder. Metallet er hamret mot en overflate som fungerer som en ambolt. Det kan hamres gjentatte ganger for å danne komplekse former. Dette kan brukes som et alternativ til tegningsprosessen.

Ovennevnte prosesser brukes vanligvis med kaldt metall. Varmt metall kan også brukes, noen ganger ved høye nok temperaturer til at det smeltede metallet kan helles i en form. Dette krever veldig dyre matriser som tåler varmen og må gjøres raskt for å minimere eksponering av matrisen for det smeltede metallet.

På neste side skal vi se på hvordan moderne metallformingsteknologier flytter bilproduksjon inn i fremtiden.

Arbeidere ved en Hyundai-bilfabrikk stiller sammen pressede metalldeler som ble brukt i bilmonteringslinjen i Beijing, Kina. AP Photo / Ng Han Guan

Det viktigste som skal skje med bilindustri og metallbearbeiding det siste halve århundret er datamaskinen. Datamaskiner er viktige for metallforming på to måter:

De leder prosessen. En datamaskin kan brukes til å ta delte andre beslutninger for å lede metallformingsoperasjoner gjennom komplekse sekvenser - for eksempel ved å bruke en smihammer mot et arbeidsstykke på omtrent samme måte som en gammel smed ville, men med den forsterkede fysiske kraften til hydraulisk maskineri . Handlingen til hammeren kan programmeres på forhånd for å produsere former som er så komplekse som de som er skapt av en menneskelig håndverker. På samme måte kan datamaskiner kontrollere flyt av arbeidsstykket mellom flere trinn i operasjonen for å produsere den ferdige formen.

De simulerer prosessen. En datamaskin kan brukes til å simulere de fysiske kreftene som er involvert i metallforming, slik at nye metallformingsoperasjoner kan bli oppfunnet uten å måtte bruke dyre maskiner for å eksperimentere med nye ideer. Sofistikert simuleringsprogramvare er tilgjengelig for å gjenskape metallformingsoperasjoner på datamaskinen, slik at forskere kan se resultatet av å bruke varme og kraft på forskjellige typer metall. Feil gjort på datamaskinen er mye rimeligere enn de som er gjort i den virkelige verden, og tillater den slags prøving og feiling som ville være bortkastet tid på faktisk maskiner.

Datasimulering åpner nye utsikter i metallforming. Mange av de nye metalldannende teknologiene er basert på en dyp forståelse av mikrostrukturen til forskjellige typer metall og de fysiske prosessene som foregår i metall utsatt for trykk og varme. Noen av de nye prosessene er hybrider av gamle prosesser. Det har også vært en bevegelse mot varmmetallprosesser, som tillater bruk av metaller som ikke egner seg godt til kalde prosesser.

Disse nye teknologiene tillater slike nyvinninger som bruk av lettere metaller som fremdeles beholder styrken til tradisjonelle bildeler. Dette er for eksempel nyttig ved fremstilling av drivstoffeffektive kjøretøyer eller batteri-elektriske kjøretøyer der bilkarosseriet må være så lett som mulig for å oppveie den betydelige vekten til batterisatsen. Disse teknologiene gjør det også mulig å produsere bildeler mindre kostbart uten at kvaliteten faller. For eksempel kan elektromagnetiske formningsteknikker, der metallarbeidsstykket utsettes for et magnetfelt som oppretter en elektrisk strømning i selve metallet, brukes til å fremskynde formingsprosessen uten den resulterende rive og rynking som normalt ville oppstå. Dette tillater bruk av prosesser som ikke tidligere var mulig i automatisert metallforming.

I årene siden Henry Ford demonstrerte muligheten for billig samlebåndsprodusering av biler og bildeler, har vitenskapen og teknologien innen metallforming kommet langt i å vise bilindustrien hvordan man kan produsere ekstraordinære biler uten en ekstraordinær pris.

For mer informasjon om metallbearbeiding og andre relaterte emner, følg lenkene på neste side.

Relaterte artikler

• Topp 10 daglige bilteknologier som kom fra Racing
• Hvordan Hypercars fungerer
• Slik fungerer autotransport
• Hvordan bilcomputere fungerer
• Hvordan førerløse biler vil fungere
• Hvordan bilproduksjonslinjer fungerer
• Kan du montere din egen bil?
• Hva gjør en digital bil digital?
• Hva er nytt innen syntetisk oljeteknologi?
• Kommer bilreparasjoner i fremtiden til å ødelegge deg økonomisk?

kilder

• Avitzur, Betzalel. "Metalforming." Metal Forming Inc. (21. januar 2010) http://www.metalforming-inc.com/Publications/Papers/ref133/ref133.htm
• eFunda. "Ingeniørprosesser." (21. januar 2010) http://www.efunda.com/processes/processes_home/process.cfm
• Gallagher, Helen. "Stempling av metall og elektromagnetisk forming: Ny prosess forbedrer materialets formbarhet, reduserer rynking." Fabricator. 25. oktober 2001. (21. januar 2010) http://www.thefabricator.com/presstechnology/PressTechnology_Article.cfm?ID=115
• Grieve, David J. "Manufacturing Processes - 3 Metal Forming." 17. mars 2009. (21. januar 2010) http://www.tech.plym.ac.uk/sme/mfrg315/metform1.htm
• Siegert, Klaus. "TALAT Foredrag 3705: Tegning av metalldeler." SlideShare. (21. januar 2010) http://www.slideshare.net/corematerials/talat-lecture-3705-drawing-of-automotive-sheet-metal-parts