Het beroep van smid gaat vele duizenden jaren terug. In de oudheid sloeg de smid metaal tot bruikbare voorwerpen met een hamer, waarbij hij het metaal vaak eerst in een smidse verwarmde. (Het woord 'Smith' komt van dezelfde stam als 'smite', dus een smid was iemand wiens taak het was om metaal te slaan dat zwart werd gemaakt in een vuur.)
Smeden zijn tegenwoordig relatief zeldzaam - hoewel ze nog steeds bestaan en gereedschappen gebruiken die veel moderner zijn dan die in de oudheid werden gebruikt. Het werk van het bewerken van metaal tot bruikbare objecten wordt nu grotendeels machinaal gedaan. Nergens is deze kunst van het vormen van metaal belangrijker dan in de automobielindustrie, waar elk metalen onderdeel, van de carrosserie van de auto tot de kleinste wielmoer op het wiel, wordt gemaakt door industriële metaalvormingsprocessen. Deze processen bevinden zich op het snijvlak van moderne productie, waar computers de mechanische en hydraulische machines van de autofabriek ontmoeten.
Het vormen van metaal in de auto-industrie is een van de belangrijkste aspecten van de autoproductie. Als het niet mogelijk zou zijn om metaal in bruikbare vormen te verwerken, zouden auto's niet kunnen bestaan. En het vermogen van machines -- vaak bestuurd door computers -- om auto-onderdelen snel en betrouwbaar te produceren, is een van de dingen die het mogelijk maken om een auto te kopen voor iets minder dan het zou kosten om een huis te kopen.
Maar hoe werkt metaalvormen? Het is gemakkelijk te begrijpen hoe een moderne smid metaal kan vormen met een elektrische hamer en een autogeen-acetyleenbrander, maar hoe kan een machine deze dingen doen? Op de volgende pagina's bespreken we hoe dit proces van metaalvorming kan worden gemechaniseerd en op industriële schaal op grote schaal kan worden uitgevoerd. We zullen enkele specifieke technieken en processen bekijken die worden gebruikt in de autoproductie. We zullen ook in de toekomst kijken en zien hoe metaalvormende technologieën die vandaag worden ontwikkeld ons zullen helpen de auto's van morgen te bouwen.
Een van de belangrijkste dingen van metaal is dat het plastische vervorming kan ondergaan . Dat betekent niet dat metaal van plastic is gemaakt, maar het kan een van de dingen doen die plastic kan:het kan letterlijk bijna elke vorm aannemen die we maar kunnen bedenken.
Het proces van vervorming begint met een spatie , een hoeveelheid metaal in een basisvorm die de vormverandering zal ondergaan. De blank wordt het werkstuk -- het stuk metaal dat moet worden omgevormd -- in het metaalvormingsproces. Voor het vormen van metaal voor auto's wordt de plano vaak gemaakt van plaatstaal, dat kan worden gestempeld, gesneden of gebogen in een vorm die nodig is voor de carrosserie van een auto. Als alternatief kan het een massief blok metaal zijn in een kubusvormige of lensachtige vorm. Hier zijn enkele manieren waarop een metalen werkstuk kan worden vervormd tijdens het fabricageproces van de auto:
Buigen: Bij het buigen wordt kracht uitgeoefend op een werkstuk van plaatstaal om een kromming van het oppervlak te produceren. Buigen wordt over het algemeen gebruikt om eenvoudige gebogen oppervlakken te produceren in plaats van complexe. Een mechanisch bediende pers drijft een stoot tegen plaatmetaal en dwingt het in een eenvoudige matrijs met voldoende druk om een permanente verandering in de vorm van het metaal teweeg te brengen. De hoeveelheid druk is belangrijk. Als er niet genoeg druk wordt uitgeoefend, kan het metaal gewoon terugveren in zijn oorspronkelijke vorm. Als er te veel wordt aangebracht, kan het breken.
Tekening: Bij het tekenen wordt de plaat tegen een matrijs gedrukt die in de driedimensionale, vaak gebogen vorm is gesneden die de plaat moet aannemen. In feite wordt de matrijs gebruikt als een mal voor het metaal. Deze techniek kan relatief complexe vormen opleveren. Ook hier wordt met een hydraulisch of mechanisch aangedreven stempel druk op het werkstuk uitgeoefend. Er zijn een aantal gevaren aan verbonden, niet zozeer voor mensen (aangezien het proces grotendeels gemechaniseerd is), maar voor het metaal zelf. Het kan barsten door te veel druk of kreuken door de interactie met de matrijs. Smeermiddel kan worden gebruikt om het metaal soepeler tegen de matrijs te laten glijden, waardoor de mogelijkheid van kreuken wordt vermeden. Als alternatief kunnen de gekreukte randen in een aparte bewerking van het metaal worden afgesneden. Deze methode wordt vaak gebruikt om carrosseriedelen en brandstoftanks te maken.
Stempelen: Bij het stempelen wordt een apparaat dat een stempelpers wordt genoemd, gebruikt met een reeks matrijzen om metaal in verschillende vormen te snijden en te vormen. Dit wordt vaak gebruikt om auto-onderdelen te maken, zoals wieldoppen en spatborden.
Extrusie: Extrusie kan worden gebruikt om lange metalen voorwerpen te produceren, zoals staven en buizen. Het metalen werkstuk wordt in een matrijs geduwd met een gat in het andere uiteinde. Het metaal wordt door het gat geëxtrudeerd om de vorm te vormen. Extrusie kan worden gebruikt om belangrijke onderdelen van de aandrijflijn van een auto of de ankers die de veiligheidsgordels op hun plaats houden te vervaardigen.
Smeden: Het smeedproces maakt gebruik van een hamer of pers die in wezen een gemechaniseerde versie is van de hamers die door oude smeden werden gebruikt. Het metaal wordt tegen een oppervlak gehamerd dat als aambeeld dient. Het kan herhaaldelijk worden gehamerd om complexe vormen te vormen. Dit kan worden gebruikt als alternatief voor het tekenproces.
De bovenstaande processen worden over het algemeen gebruikt met koud metaal. Heet metaal kan ook worden gebruikt, soms bij voldoende hoge temperaturen dat het gesmolten metaal in een matrijs kan worden gegoten. Dit vereist zeer dure matrijzen die bestand zijn tegen de hitte en snel moeten worden gedaan om de blootstelling van de matrijs aan het gesmolten metaal te minimaliseren.
Op de volgende pagina zullen we bekijken hoe moderne metaalvormingstechnologieën de autoproductie naar de toekomst brengen.
Het belangrijkste dat er in de afgelopen halve eeuw is gebeurd met de automobielindustrie en het vormen van metaal, is de computer. Computers zijn op twee manieren belangrijk bij het vormen van metaal:
Ze begeleiden het proces . Een computer kan worden gebruikt om in een fractie van een seconde beslissingen te nemen om metaalbewerkingsbewerkingen door complexe reeksen te leiden - bijvoorbeeld door een smeedhamer tegen een werkstuk te gebruiken op vrijwel dezelfde manier als een oude smid, maar met de verhoogde fysieke kracht van hydraulische machines . De actie van de hamer kan van tevoren worden geprogrammeerd om vormen te produceren die zo complex zijn als die gemaakt door de handen van een menselijke ambachtsman. Evenzo kunnen computers de stroom van het werkstuk tussen meerdere fasen in de bewerking regelen om de voltooide vorm te produceren.
Ze simuleren het proces . Een computer kan worden gebruikt om de fysieke krachten te simuleren die betrokken zijn bij het vormen van metaal, zodat nieuwe bewerkingen voor het vormen van metaal kunnen worden uitgevonden zonder dure machines te gebruiken om met nieuwe ideeën te experimenteren. Er is geavanceerde simulatiesoftware beschikbaar om metaalvormende bewerkingen op de computer na te bootsen, zodat wetenschappers het resultaat kunnen zien van het toepassen van warmte en kracht op verschillende soorten metaal. Fouten die op de computer worden gemaakt, zijn veel minder kostbaar dan die in de echte wereld en maken het soort vallen en opstaan mogelijk dat tijdverspilling zou zijn op echte machines.
Computersimulatie opent nieuwe perspectieven in het vormen van metaal. Veel van de nieuwe metaalvormingstechnologieën zijn gebaseerd op een diepgaand begrip van de microstructuur van verschillende soorten metaal en de fysieke processen die plaatsvinden in metaal dat wordt blootgesteld aan druk en hitte. Sommige van de nieuwe processen zijn hybriden van oude processen. Er is ook een verschuiving geweest naar heetmetaalprocessen, waardoor metalen kunnen worden gebruikt die zich niet goed lenen voor koude processen.
Deze nieuwe technologieën maken innovaties mogelijk, zoals het gebruik van lichtere metalen die nog steeds de kracht van traditionele auto-onderdelen behouden. Dit is bijvoorbeeld nuttig bij de vervaardiging van zuinige voertuigen of batterij-elektrische voertuigen waarbij de carrosserie zo licht mogelijk moet zijn om het aanzienlijke gewicht van de batterijreeks te compenseren. Deze technologieën maken het ook mogelijk om auto-onderdelen goedkoper te vervaardigen zonder kwaliteitsverlies. Zo kunnen bijvoorbeeld elektromagnetische vormingstechnieken, waarbij het metalen werkstuk wordt blootgesteld aan een magnetisch veld dat een elektrische stroom in het metaal zelf veroorzaakt, worden gebruikt om het vormingsproces te versnellen zonder het resulterende scheuren en kreuken dat normaal zou optreden. Dit maakt het gebruik van processen mogelijk die voorheen niet mogelijk waren bij geautomatiseerde metaalvorming.
In de jaren sinds Henry Ford de haalbaarheid van goedkope productie van auto's en auto-onderdelen aan de lopende band aantoonde, hebben de wetenschap en technologie van het vormen van metaal een lange weg afgelegd om de auto-industrie te laten zien hoe buitengewone auto's kunnen worden geproduceerd zonder een buitengewone prijs.
Volg de links op de volgende pagina voor meer informatie over het vormen van metaal in de automobielindustrie en andere gerelateerde onderwerpen.
Bronnen
