Pedeorelha | Wie die Umformung von Kraftfahrzeugen funktioniert

Jacob Hoover
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Schmiede haben seit Tausenden von Jahren Metall in nützliche Gegenstände geschlagen. Siehe Bilder von Elektrowerkzeugen. © iStockphoto.com/Stacey Bates

Der Beruf des Schmieds reicht viele tausend Jahre zurück. In der Antike schlug der Schmied Metall mit einem Hammer in nützliche Gegenstände und erhitzte das Metall oft zuerst in einer Schmiede. (Das Wort "Smith" stammt aus derselben Wurzel wie "smite", also war ein Schmied jemand, dessen Aufgabe es war, in einem Feuer geschwärztes Metall zu schlagen.)

Schmiede sind heute relativ selten - obwohl sie immer noch existieren und Werkzeuge verwenden, die viel moderner sind als die, die in der Antike verwendet wurden. Die Bearbeitung von Metall zu brauchbaren Objekten erfolgt heute meist maschinell. Nirgendwo ist diese Kunst der Metallumformung so wichtig wie in der Automobilindustrie, wo jedes Metallteil von der Karosserie bis zur kleinsten Radmutter am Rad durch industrielle Metallumformprozesse hergestellt wird. Diese Prozesse sind auf dem neuesten Stand der modernen Fertigung, wo Computer auf die mechanischen und hydraulischen Maschinen des Automobilwerks treffen.

Die Umformung von Kraftfahrzeugen ist einer der wichtigsten Aspekte der Automobilherstellung. Wenn es nicht möglich wäre, Metall in nützliche Formen zu bringen, könnten Autos nicht existieren. Und die Fähigkeit von Maschinen - oft von Computern gesteuert -, Autoteile schnell und zuverlässig herzustellen, ist eines der Dinge, die es ermöglichen, ein Auto für etwas weniger zu kaufen, als es kosten würde, ein Haus zu kaufen.

Aber wie funktioniert die Umformung? Es ist leicht zu verstehen, wie ein moderner Schmied Metall mit einem Motorhammer und einem Autogenbrenner formen kann, aber wie kann eine Maschine diese Dinge tun? Auf den nächsten Seiten werden wir diskutieren, wie dieser Prozess der Metallumformung auf industrieller Basis in großem Maßstab mechanisiert und durchgeführt werden kann. Wir werden uns einige spezifische Techniken und Prozesse ansehen, die in der Autoherstellung verwendet werden. Wir werden auch in die Zukunft schauen und sehen, wie die heute entwickelten Umformtechnologien uns helfen werden, die Autos von morgen zu bauen.

Eines der wichtigsten Dinge an Metall ist, dass es durchmachen kann Plastische Verformung. Das bedeutet nicht, dass Metall aus Kunststoff besteht, aber es kann eines der Dinge tun, die Kunststoff kann: Es kann buchstäblich fast jede Form annehmen, die wir uns vorstellen können.

Der Verformungsprozess beginnt mit a leer, eine Menge Metall in irgendeiner Grundform, die sich in ihrer Form ändert. Der Rohling wird zum Werkstück -- das zu formende Metallstück - im Umformprozess. Bei der Umformung von Kraftfahrzeugen besteht der Rohling häufig aus Blech, das gestanzt, geschnitten oder in eine Form gebogen werden kann, die für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Alternativ kann es sich um einen massiven Metallblock in kubischer oder linsenartiger Form handeln. Hier sind einige Möglichkeiten, wie ein Metallwerkstück während des Automobilherstellungsprozesses verformt werden kann:

Biegen: Beim Biegen wird eine Kraft auf ein Blechwerkstück ausgeübt, um eine Krümmung der Oberfläche zu erzeugen. Das Biegen wird im Allgemeinen verwendet, um einfache gekrümmte Oberflächen anstelle komplexer zu erzeugen. Eine mechanisch betätigte Presse treibt einen Stempel gegen Blech und drückt ihn mit genügend Druck in eine einfache Matrize, um eine dauerhafte Änderung der Metallform zu bewirken. Der Druck ist wichtig. Wenn nicht genügend Druck ausgeübt wird, kann das Metall einfach in seine ursprüngliche Form zurückspringen. Wenn zu viel aufgetragen wird, kann es brechen.

Zeichnung: Beim Zeichnen wird das Blech gegen eine Matrize gedrückt, die in die dreidimensionale, oft gekrümmte Form geschnitten wurde, die das Blech annehmen soll. Tatsächlich wird die Matrize als Form für das Metall verwendet. Diese Technik kann relativ komplexe Formen erzeugen. Erneut wird mit einem hydraulisch oder mechanisch betätigten Stempel Druck auf das Werkstück ausgeübt. Es gibt eine Reihe von Gefahren, nicht so sehr für Menschen (da der Prozess weitgehend mechanisiert ist), sondern für das Metall selbst. Es kann durch zu viel Druck reißen oder durch die Wechselwirkung mit der Matrize knittern. Schmiermittel kann verwendet werden, um das Metall glatter gegen die Matrize zu gleiten und die Möglichkeit von Faltenbildung zu vermeiden. Alternativ können die faltigen Kanten in einem separaten Vorgang vom Metall abgeschnitten werden. Diese Methode wird üblicherweise zur Herstellung von Karosserieteilen und Kraftstofftanks verwendet.

Stempeln: Beim Stanzen wird eine als Stanzpresse bezeichnete Vorrichtung mit einer Reihe von Stempeln verwendet, um Metall in verschiedene Formen zu schneiden und zu formen. Dies wird üblicherweise zur Herstellung von Autoteilen wie Radkappen und Kotflügeln verwendet.

Extrusion: Durch Extrusion können lange Metallgegenstände wie Stangen und Rohre hergestellt werden. Das Metallwerkstück wird in eine Matrize mit einem Loch am gegenüberliegenden Ende gedrückt. Das Metall wird durch das Loch extrudiert, um die Form zu bilden. Extrusion kann verwendet werden, um wichtige Teile des Antriebsstrangs eines Autos oder die Anker herzustellen, die die Sicherheitsgurte an Ort und Stelle halten.

Schmieden: Der Schmiedevorgang verwendet einen Hammer oder eine Presse, die im Wesentlichen eine mechanisierte Version der von alten Schmieden verwendeten Hämmer ist. Das Metall wird gegen eine Oberfläche gehämmert, die als Amboss dient. Es kann wiederholt gehämmert werden, um komplexe Formen zu bilden. Dies kann als Alternative zum Zeichenprozess verwendet werden.

Die obigen Verfahren werden im Allgemeinen mit kaltem Metall verwendet. Es kann auch heißes Metall verwendet werden, manchmal bei Temperaturen, die hoch genug sind, um das geschmolzene Metall in eine Düse zu gießen. Dies erfordert sehr teure Matrizen, die der Hitze standhalten und schnell durchgeführt werden müssen, um die Exposition der Matrize gegenüber der Metallschmelze zu minimieren.

Auf der nächsten Seite sehen wir uns an, wie moderne Umformtechnologien die Automobilherstellung in die Zukunft führen.

Die Mitarbeiter einer Hyundai-Autofabrik stellen gepresste Metallteile auf, die in der Automontagelinie in Peking, China, verwendet werden. AP Foto / Ng Han Guan

Das Wichtigste im Automobilbau und in der Metallumformung im letzten halben Jahrhundert ist der Computer. Computer sind für die Metallumformung auf zwei Arten wichtig:

Sie leiten den Prozess. Ein Computer kann verwendet werden, um Entscheidungen in Sekundenbruchteilen zu treffen, um Metallumformvorgänge durch komplexe Abläufe zu führen - beispielsweise mit einem Schmiedehammer gegen ein Werkstück, ähnlich wie es ein alter Schmied tun würde, jedoch mit der erhöhten physischen Kraft hydraulischer Maschinen . Die Wirkung des Hammers kann im Voraus so programmiert werden, dass Formen entstehen, die so komplex sind wie die, die von den Händen eines menschlichen Handwerkers erzeugt werden. In ähnlicher Weise können Computer den Fluss des Werkstücks zwischen mehreren Arbeitsschritten steuern, um die fertige Form zu erzeugen.

Sie simulieren den Prozess. Ein Computer kann verwendet werden, um die physikalischen Kräfte zu simulieren, die bei der Umformung auftreten, so dass neue Umformvorgänge erfunden werden können, ohne dass teure Maschinen zum Experimentieren mit neuen Ideen verwendet werden müssen. Zur Replikation von Umformvorgängen am Computer steht eine ausgefeilte Simulationssoftware zur Verfügung, mit der Wissenschaftler das Ergebnis der Anwendung von Wärme und Kraft auf verschiedene Metallarten sehen können. Am Computer gemachte Fehler sind viel kostengünstiger als die in der realen Welt gemachten und ermöglichen die Art von Versuch und Irrtum, die Zeitverschwendung auf tatsächlichen Maschinen bedeuten würde.

Die Computersimulation eröffnet neue Perspektiven in der Metallumformung. Viele der neuen Umformtechnologien basieren auf einem tiefen Verständnis der Mikrostruktur verschiedener Metallarten und der physikalischen Prozesse, die im Inneren von Metall unter Druck und Wärme ablaufen. Einige der neuen Prozesse sind Hybride alter Prozesse. Es gab auch eine Tendenz zu Heißmetallprozessen, die die Verwendung von Metallen ermöglichen, die sich nicht gut für Kaltprozesse eignen.

Diese neuen Technologien ermöglichen Innovationen wie die Verwendung von leichteren Metallen, die die Festigkeit traditioneller Automobilteile beibehalten. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung von kraftstoffsparenden Fahrzeugen oder batterieelektrischen Fahrzeugen nützlich, bei denen die Karosserie so leicht wie möglich sein muss, um das beträchtliche Gewicht der Batterieanordnung auszugleichen. Diese Technologien ermöglichen auch die kostengünstigere Herstellung von Autoteilen ohne Qualitätsverlust. Beispielsweise können elektromagnetische Umformtechniken verwendet werden, bei denen das Metallwerkstück einem Magnetfeld ausgesetzt ist, das einen elektrischen Fluss im Metall selbst erzeugt, um den Umformprozess zu beschleunigen, ohne dass das normalerweise auftretende Reißen und Falten entsteht. Dies ermöglicht die Verwendung von Verfahren, die früher bei der automatisierten Umformung nicht möglich waren.

In den Jahren, in denen Henry Ford die Machbarkeit einer kostengünstigen Herstellung von Autos und Autoteilen am Fließband demonstrierte, haben die Wissenschaft und Technologie der Metallumformung der Autoindustrie einen langen Weg gezeigt, wie außergewöhnliche Autos ohne außergewöhnlichen Preis hergestellt werden können.

Weitere Informationen zur Umformung von Kraftfahrzeugen und zu anderen verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

Wie die Umformung von Kraftfahrzeugen funktioniert

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