Hur metallbearbetning fungerar

Plasmaskärare använder en joniserad gasström för att skära metall, och de kan programmeras för att vara extremt exakta. Se fler bilder av elverktyg. © iStockphoto.com/Dainis Derics

Den stora konstnären Michelangelo rapporteras ha sagt, "Varje stenblock har en staty inuti sig och det är skulptörens uppgift att upptäcka den."

Det är bra om du skulpterar marmor med en mejsel, men vad händer om det mästerverk du arbetar med är en bil? Eller en fabrik full av bilar, alla främst byggda av stål?

Stål är oerhört starkt, men ändå är det lätt att använda som ett av huvudmaterialen inom biltillverkning. Men med ett så tufft ämne, hur klipper du det i de otaliga komplexa former som samlas för att bilda en fungerande bil?

Det finns faktiskt flera steg för att skapa en färdig autokropp eller chassi - att installera delar som dörrar, huvar och ramdelar. Den här artikeln kommer att fokusera på bara ett av dessa steg - skärning av metallen innan den är klar och fäst i en bil.

Skärverktygen och teknikerna som beskrivs på de kommande sidorna används av leverantörer till bilindustrin samt oberoende tillverkningsbutiker. Istället för att en hantverkare skär skärmen för hand placeras ofta råa bitar på eller inuti en datoriserad maskin som kan klippa och forma delen till exakta mätningar. I själva verket kommer du att upptäcka att datorer används på allt från skärande metallkroppspaneler till bearbetning av ramar och motordelar.

Fortsätt läsa för att lära dig mer om metallteknologier som hjälper bilindustrin.

Metallklippning använder många av samma tekniker och tekniker som skärning av metall för andra tillverkningsindustrier, som skeppsbyggnad.

För små jobb med låg volym som inte kräver superexakt noggrannhet - till exempel den typ av metallskärning som görs i en bilentusiasts garage - kan verktyget vara lika enkelt som handmanövrerade saxar.

Men för jobb med högre volym, eller för de inom bilindustrin som kräver mycket exakta nedskärningar, blir utrustningen mer komplicerad. Till exempel används datorstyrda lasrar, plasmaskärare och vattenstrålar av flera orsaker:

• De kan skära igenom mycket material snabbt.
• Datoriserade kontroller säkerställer att det finns få misstag.
• Den större noggrannheten hjälper till att minska avfallet och minskar därför kostnaderna.

I den mycket konkurrenskraftiga biltillverkningsindustrin letar alltid leverantörer av bilkomponenter efter verktyg som kan spara arbete utan att offra kvaliteten.

Här är några snabba bilder på hur de hårda precisionsskärverktygen fungerar:

laser: Lasrar fungerar bra för skärning av stålplåt upp till 1/2-tum (1,27 centimeter) tjock och aluminium upp till 1/3-tum (0,9 centimeter) tjock. Lasrar är mest effektiva på material som är fria från föroreningar och inkonsekvenser. Material av lägre kvalitet kan resultera i trasiga skär eller smält metallstänk på laserlinsen.

Plasma: Plasma blåser en joniserad gasström förbi en negativt laddad elektrod inuti fackelmunstycket. Metallen som ska skäras är under tiden positivt laddad. När gasen kommer i kontakt med metallen, skapar det ett överhettat område mellan 20 000 och 50 000 grader Fahrenheit (11 093 och 27 760 grader Celsius) som skivar genom metallen [källa: Rupenthal och Burnham].

För att bilar ska se och prestera sitt bästa måste deras metalldelar skäras i mycket smala band med noggrannhet toleranser. Gå till nästa sida för att ta reda på framsteg som förbättrar denna noggrannhet.

En ström av vatten sprängs genom en sammanställning av stål, betongblock och polystyrenskum under en demonstration vid University of Missouri-Rolla's High Pressure Waterjet Laboratory i Rolla, Mo. AP Photo / Kelley McCall

Biltillverkning är ett ständigt förbättringsspel - bilköpare förväntar sig mer förfining, prestanda och säkerhet från nyare fordon, men ändå vill de vanligtvis inte betala mycket mer för dem. För att göra fordon strukturellt starkare, mer exakt byggda och fortfarande prisvärda innebär teknikframsteg som de som beskrivs nedan:

EDM: Elektrisk urladdningsbearbetning, eller EDM, skär genom metaller genom att producera en kraftfull elektrisk gnista. En negativt laddad elektrod tillverkad av molybden eller zinkbelagd mässing frigör en gnista när den ligger nära det positivt laddade metallstycket. Fördelen med denna metod: Den kan uppnå en noggrannhet på 1/10 000 tum. Det är 10 gånger smalare än människohårets bredd! [källa: Ley]

EDM har dock vissa nackdelar. För det första fungerar det bara på elektriskt ledande material. För en annan är det ganska långsamt - så mycket som 10 gånger långsammare än vår nästa teknik [källa: Rupenthal och Burnham].

Vattenskotrar: Tänk på vattenstrålar som ett flytande sandpapper med högt tryck. Waterjets använder en process som kallas "kall supersonisk erosion" för att spränga bort material med vatten och någon typ av granulärt tillsatsmedel, kallat en skrovlig. Denna kombination tillåter vattenstrålar att skära igenom metaller upp till 25,4 cm tjocka och med en hög grad av noggrannhet [källa: KMT Waterjet Systems].

Detta metallbearbetningsverktyg har fått hög profil från gillar bilentusiasten Jay Leno och kändisbil som anpassar butiken West Coast Customs. Det är relativt enkelt att använda och kan skära igenom många olika material förutom metaller.

För mer information om skärning av metallbilar och andra relaterade ämnen, följ länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

• Topp 10 dagliga bilteknologier som kom från Racing
• Hur Hypercars fungerar
• Hur autotransport fungerar
• Hur bildatorer fungerar
• Hur förarlösa bilar kommer att fungera
• Hur bilproduktionslinjer fungerar
• Kan du montera din egen bil?
• Vad gör en digital bil digital?
• Vad är nytt i syntetisk oljeteknologi?
• Kommer bilreparationer i framtiden att skada dig?

källor

• Dold, Steve. "Använda en handhållen plasmaskärare." Fabricator.com. 30 maj 2001. (5 december 2009) http://www.thefabricator.com/plasmacutting/PlasmaCutting_Article.cfm?ID=16
• KMT Waterjet Systems. "Automotive Cutting with KMT Waterjet Systems." (5 december 2009) http://www.kmtwaterjet.com/automotive.aspx
• Ley, Brian. "Diameter av ett mänskligt hår." Faktaboken för fysik. 1999. (7 december 2009) http://hypertextbook.com/facts/1999/BrianLey.shtml
• Olsen, Dr. John H. "Nyare teknik för linjär drivenhet förbättrar noggrannheten för vattenstråle och minskar kostnaderna." Fabricator.com. (5 december 2009) http://www.thefabricator.com/WaterjetCutting/WaterjetCutting_Article.cfm?ID=2366
• Ruppenthal, Michael och Burnham, Chip. "Utforska komplementära skärmetoder: Jämföra kapaciteten för laser, plasma, EDM och vattenstråleteknologi." Fabricator.com. 4 september 2001. (4 dec. 2009) http://www.thefabricator.com/WaterjetCutting/WaterjetCutting_Article.cfm?ID=394
• U.S. Census Bureau. "Maskinverktyg (metallbearbetningstyper) Tillverkning: 2002." 18 jan 2005. (6 december 2009) http://www.census.gov/prod/ec02/ec0231i333512.pdf