Yrket smed sträcker sig många tusen år tillbaka i tiden. I forna tider slog smeden metall till användbara föremål med en hammare, ofta värmde metallen först i en smedja. (Ordet "Smith" kommer från samma rot som "smite", så en smed var någon vars jobb var att slå metall som svärtades i en eld.)
Smeder är relativt sällsynta idag - även om de fortfarande existerar och använder verktyg som är mycket modernare än de som användes i antiken. Jobbet att bearbeta metall till användbara föremål utförs nu mestadels med maskin. Ingenstans är denna konst att forma metall viktigare än i biltillverkningsindustrin, där varje metalldel från bilens kaross till den minsta låsmuttern på hjulet skapas av industriella metallformningsprocesser. Dessa processer finns i framkanten av modern tillverkning, där datorer möter bilfabrikens mekaniska och hydrauliska maskineri.
Metallformning för bilar är en av de viktigaste aspekterna av biltillverkning. Om det inte var möjligt att bearbeta metall till användbara former, kunde bilar inte existera. Och maskinernas förmåga – ofta styrd av datorer – att tillverka bildelar snabbt och tillförlitligt är en av de saker som gör det möjligt att köpa en bil för något mindre än det skulle kosta att köpa ett hus.
Men hur fungerar metallformning? Det är lätt att förstå hur en modern smed kan forma metall med en krafthammare och en oxy-acetylen-fackla, men hur kan en maskin göra dessa saker? Under de kommande sidorna kommer vi att diskutera hur denna process av metallformning kan mekaniseras och utföras på en storskalig industriell basis. Vi kommer att titta på några specifika tekniker och processer som används i biltillverkning. Vi kommer också att titta in i framtiden och se hur metallformningsteknik som utvecklas idag kommer att hjälpa oss att bygga morgondagens bilar.
En av de viktigaste sakerna med metall är att den kan genomgå plastisk deformation . Det betyder inte att metall är gjord av plast, men det kan göra en av de saker som plast kan:Den kan bokstavligen anta nästan vilken form som helst som vi kan föreställa oss.
Deformationsprocessen börjar med en blank , en mängd metall i någon grundläggande form som kommer att genomgå formförändringen. Ämnet blir arbetsstycket -- metallstycket som ska omformas -- i metallformningsprocessen. För formning av bilmetall är ämnet ofta tillverkat av plåt, som kan stansas, skäras eller böjas till en form som behövs för en bils kaross. Alternativt kan det vara ett massivt metallblock i en kubisk eller linsliknande form. Här är några sätt som ett metallarbetsstycke kan deformeras under biltillverkningsprocessen:
Böjning: Vid böjning appliceras kraft på ett arbetsstycke av plåt för att åstadkomma en krökning av ytan. Böjning används vanligtvis för att producera enkla krökta ytor snarare än komplexa. En mekaniskt manövrerad press driver en stans mot plåt och tvingar in den i en enkel form med tillräckligt tryck för att producera en permanent förändring av metallens form. Mängden tryck är viktig. Om inte tillräckligt tryck appliceras kan metallen helt enkelt fjädra tillbaka till sin ursprungliga form. Om för mycket appliceras kan det gå sönder.
Ritning: Vid ritning tvingas plåten mot en stans som skärs till den tredimensionella, ofta krökta form som plåten ska anta. I själva verket används formen som en form för metallen. Denna teknik kan producera relativt komplexa former. Återigen appliceras tryck på arbetsstycket med hjälp av en hydrauliskt eller mekaniskt manövrerad stans. Det finns ett antal faror inblandade, inte så mycket för människor (eftersom processen till stor del är mekaniserad) utan för själva metallen. Det kan spricka av för mycket tryck eller skrynklas av dess interaktion med formen. Smörjmedel kan användas för att få metallen att glida smidigare mot formen, vilket undviker risken för skrynkling. Alternativt kan de skrynkliga kanterna trimmas från metallen i en separat operation. Denna metod används ofta för att tillverka bildelar och bränsletankar.
Stämpling: Vid stämpling används en anordning som kallas stämplingspress med en serie stansar för att skära och forma metall i olika former. Detta används vanligtvis för att tillverka bildelar som navkapslar och fendrar.
Extrudering: Extrudering kan användas för att tillverka långa metallföremål, såsom stavar och rör. Metallarbetsstycket tvingas in i en form med ett hål i den motsatta änden. Metallen extruderas genom hålet för att forma formen. Extrudering kan användas för att tillverka viktiga delar av en bils drivlina eller ankare som håller säkerhetsbälten på plats.
Smidning: Smidesprocessen använder en hammare eller press som i huvudsak är en mekaniserad version av de hammare som användes av gamla smeder. Metallen hamras mot en yta som fungerar som ett städ. Det kan hamras upprepade gånger för att bilda komplexa former. Detta kan användas som ett alternativ till ritprocessen.
Ovanstående processer används vanligtvis med kall metall. Het metall kan också användas, ibland vid tillräckligt höga temperaturer för att den smälta metallen kan hällas i en form. Detta kräver mycket dyra formar som tål värmen och måste göras snabbt för att minimera exponeringen av formen för den smälta metallen.
På nästa sida ska vi titta på hur modern metallformningsteknik flyttar biltillverkningen in i framtiden.
Det viktigaste som har hänt med biltillverkning och metallformning under det senaste halvseklet är datorn. Datorer är viktiga för metallformning på två sätt:
De vägleder processen . En dator kan användas för att fatta beslut på en del av en sekund för att styra metallformningsoperationer genom komplexa sekvenser - till exempel att använda en smideshammare mot ett arbetsstycke på ungefär samma sätt som en gammal smed, men med den förstärkta fysiska kraften från hydrauliska maskiner. . Hammarens verkan kan programmeras i förväg för att producera former lika komplexa som de som skapas av en mänsklig hantverkares händer. På samma sätt kan datorer styra arbetsstyckets flöde mellan flera steg i operationen för att producera den färdiga formen.
De simulerar processen . En dator kan användas för att simulera de fysiska krafterna som är involverade i metallformning så att nya metallformningsoperationer kan uppfinnas utan att behöva använda dyra maskiner för att experimentera med nya idéer. Sofistikerad simuleringsprogramvara är tillgänglig för att replikera metallformningsoperationer på datorn, så att forskare kan se resultatet av att applicera värme och kraft på olika typer av metall. Misstag som görs på datorn är mycket billigare än de som görs i den verkliga världen och tillåter den sortens trial and error som skulle vara ett slöseri med tid på faktiska maskiner.
Datorsimulering öppnar nya vyer inom metallformning. Många av de nya metallformningsteknikerna bygger på en djup förståelse av mikrostrukturen hos olika typer av metall och de fysiska processer som pågår inuti metall som utsätts för tryck och värme. Några av de nya processerna är hybrider av gamla processer. Det har också skett en utveckling mot processer med heta metaller, som tillåter användning av metaller som inte lämpar sig väl för kalla processer.
Dessa nya teknologier tillåter sådana innovationer som användningen av lättare metaller som fortfarande behåller styrkan hos traditionella bildelar. Detta är användbart, säg, vid tillverkning av bränsleeffektiva fordon eller batterielektriska fordon där bilkroppen behöver vara så lätt som möjligt för att kompensera för den avsevärda vikten av batterigruppen. Dessa tekniker tillåter också att bildelar tillverkas billigare utan att kvaliteten sjunker. Till exempel kan elektromagnetiska formningstekniker, där metallarbetsstycket utsätts för ett magnetfält som skapar ett elektriskt flöde i själva metallen, användas för att påskynda formningsprocessen utan den resulterande rivningen och rynkningen som normalt skulle uppstå. Detta tillåter användning av processer som tidigare inte var möjliga vid automatiserad metallformning.
Under åren sedan Henry Ford demonstrerade genomförbarheten av billig löpande tillverkning av bilar och bildelar, har vetenskapen och tekniken för metallformning kommit långt när det gäller att visa biltillverkningsindustrin hur man tillverkar extraordinära bilar utan ett extraordinärt pris.
För mer information om metallformning i bilar och andra relaterade ämnen, följ länkarna på nästa sida.
Källor
