Точная резка против штамповки: кейс-стади по дизайну уплотнения топливного форсунки в автоинженерии

Когда штампованный 스페йсер просто не достаточно хорош

Однажды — более 20 лет назад — крупная автомобилестроительная компания придумала отличную идею для своей системы топливного впрыска: Они изобрели клапан, который открывался и закрывался как сердечный клапан, чтобы поочередно дозировать топливо наружу и герметизировать, чтобы держать топливо внутри. Для этого нового клапана-шторки компании нужен был уплотнительное кольцо с толщиной, плоскостью и параллелизмом, контролируемыми до микронных допусков.

Конкретно, автопроизводитель хотел маленькое, идеально плоское кольцо, которое сформировало бы поверхность, точно сопрягающуюся с поверхностью шторки и герметично уплотняющую, чтобы никакое топливо не сбегало, когда шторка была в закрытом положении. Поверхность спейсера должна была сопротивляться загрязнению, чтобы поддерживать герметичное уплотнение и предотвращать утечку топлива в систему впрыска. Оно также должно было выдерживать миллиарды циклов, с повторяющимся открыванием и закрыванием шторки.

Автокомпания искала очень тонкое, шайбообразное металлическое кольцо толщиной менее 0,050 дюйма и с допусками плоскости, квадратности и параллелизма в микронах для предотвращения любого искажения поверхности. Спейсер также должен был безупречно работать независимо от температур, которым он подвергался — от ледяного холода до жаркого тепла двигателя. Кроме того, компания нуждалась в миллионах этих спейсеров и хотела их по низкой стоимости!

Связанная статья: Ваш жесткий допуск может серьезно влиять на стоимость детали

Варианты точной штамповки

Оказывается, достижение идеально плоского спейсер-кольца было реальным вызовом, и автопроизводитель боролся с нахождением детали, в которой они были бы уверены, что она не деформируется под условиями двигателя.

Сначала автопроизводитель пошел к компании точной штамповки для производства спейсера. Штамповка кольца из листа изначально казалась идеальным методом, производящим плоскую деталь с горизонтальным направлением зерна. Однако в тестировании деталь не могла сохранить свою плоскость, с некоторым изгибом, всегда происходящим вдоль тела; дополнительно, штампованный край детали имел деформацию.

Далее автопроизводитель попробовал поставщика, который бы делал спейсер-кольца через тонкую штамповку (fineblanking), процесс точной формовки металла, который является гибридом штамповки и холодной экструзии методов. Тонкая штамповка использует тройное движение гидравлического пресса и специально спроектированную оснастку для производства деталей с полностью срезанными, прямыми режущими краями.

Для применения спейсера автопроизводителя, метод тонкой штамповки произвел более чисто срезанный периметр, чем обычная точная штамповка. Однако, помимо несколько более высокой стоимости, чем обычная точная штамповка, тонкая штамповка не произвела плоскость, которую можно было сохранить во времени. Автопроизводитель также обнаружил, что направление зерна этих процессов вызывало у них проблемы с тестированием на срок службы.

Третий вариант — удача

Наконец, автопроизводитель пришел к Metal Cutting исследовать другие варианты для достижения правильной безискажения плоскости, острого края и внешнего диаметра для их спейсер-кольца. Мы взяли другой подход, чем предыдущие поставщики, предложив использование трубы — либо экструдированной, либо используя сплошной стержень или более крупную трубу, вытянутую через матрицу для достижения правильного ID — для производства кольца, которое затем точно отрезалось до нужной толщины для спейсера.

В отличие от штамповки и тонкой штамповки, точный отрезок произвел зернистую структуру в вытянутом направлении трубы, которая уменьшила шанс деформации во времени по сравнению с плоским зерном. Там, где штамповка и тонкая штамповка могли вызывать тяну и заусенцы там, где материал сдвигался, точный отрезок произвел острые угловые радиусы. Способный обеспечивать заусенец-свободный отрезок очень тонких материалов без конечной деформации или искажения, точный отрезок также удерживал жесткие допуски, доставляя измерения, которые автопроизводитель нуждался для своего очень тонкого спейсера.

В итоге точный отрезок доказал быть «счастливым концом» варианта для этого применения. Пока в начале процесс не был бы таким недорогим, как штамповка или тонкая штамповка, стоимость была того стоит, когда сравниваешь с расходами на замену, если бы революционная шторка автопроизводителя была установлена со спейсером, обреченным на неудачу — не раз, а миллионы раз.