Témata
Reklama

Inovace a vývoj ve zpracování plechu

Na sympoziu České společnosti pro výzkum zpracování plechu (ČSVZP) a Evropské výzkumné společnosti pro zpracování plechu (EFB) nazvaném Optimalizace výroby plechových dílů přednesl Dr.-Ing. Thomas Herlan z firmy Müller Weingarten AG přednášku o revoluční koncepci přísavkových lisů SynTEC. Ve zkráceném znění ji uvádíme díky laskavosti ČSVZP jako poslední pokračování publikací sympozia. Příspěvek je tím zajímavější, neboť na veletrhu EuroBLECH 2004 v říjnu v Hannoveru firma Müller Weingarten poprvé v Evropě představila systémy SynTEC veřejnosti.

Podle prognóz z 80. let měl být ocelový plech v karoseriích již dávno vystřídán plasty. Euforie šla tak daleko, že báječným materiálům konce 20. století byly propůjčovány veškeré požadované vlastnosti. Přesto se zatím v konstrukci karoserií ve větším rozsahu neprosadily. Důvodem je obtížná recyklovatelnost a nedostatečné chování cenově výhodných, sklem vyztužených plastů v nárazových zkouškách. Širší užití dílů vyztužených uhlíkovými vlákny, známé ze závodních vozů, vyřazuje cena. To neznamená, že plasty nebudou hrát ve stavbě automobilu do budoucna žádnou roli. Naopak, konkurence náhrad bude v materiálovém mixu.
Reklama
Reklama
Reklama

Materiálový mix jako výzva

Koncepce lehkého konstruování automobilu byly vyvinuty pro snížení hmotnosti; hrubá karoserie, nesoucí cca 25 % hmotnosti vozidla, má ještě potenciál vývoje. Hodně sledovaný projekt ULSAB (Ultra-Light Steel Auto Body) v letech 1994 - 1998 potvrdil, že snížení hmotnosti nemusí jít na úkor snížení bezpečnosti a stability vozidla. Nasazením vysokopevnostních ocelí se dosáhlo nejen snížení hmotnosti karoserie o 25 %, ale i zvýšení její tuhosti o 80 %. I když se tato koncepce v sériové výrobě neuplatní ze 100 %, užití vysokopevnostních ocelí se výrazně zvýší. Prognózy vedoucích automobilových výrobců vycházejí z toho, že ocel bude i v dalších 10 letech hrát ve stavbě karoserií dominantní roli.

Tvářecí technika v proměně

Nikdy dříve nebylo v tak krátké době zavedeno tolik novinek jako v posledních letech. Je to např. vícebodové tažení, hydroforming tvarově komplexních dílů a laserové technologie, které odkryly nové možnosti řezání a spojování karosářských plechů. Největších inovačních kroků ale dosáhla transferová (postupová) technika lisovacích systémů. Klasické transferové lisy, vyvíjené k dokonalosti po desetiletí, byly vystřídány elektronicky řízenými transferovými systémy. Kde dříve pohyb obstarávaly mechanické transferové kulisy, dnes dominují elektronické pohony. Poprvé má každý díl výrobkově specifický průběh výroby. Jak dalece se projevují změny trhu v lisovací a tvářecí technice, demonstruje příklad transferových lisů s přísavkovým transportem dílů.
Jak dosáhly karosářské díly stále větších rozměrů a boční díly z jednoho výlisku překročily magickou délku 4 metry, bylo jasné, že běžné podavačové transferové lisy novým požadavkům již nevyhovují. Musela vzniknout zcela nová generace lisů, což nakonec vedlo k vývoji technologie crossbar (s příčným trámem nesoucím transferová zařízení).
Velké přísavkové lisy technologie crossbar, které dosáhly v posledním vývojovém stupni lisovacích sil téměř 100 MN, se v provozu celkem osvědčily a splnily očekávání. Vystřídání této techniky kompaktními přísavkovými lisy lze připsat tržním vlivům.
Pružnost výroby, očekávanou od dnešních tvářecích zařízení, nemohou již zajistit klasické přísavkové lisy, dosud vybavené mechanickými transferovými kulisami. Vztaženo na nejsložitější díly výrobního spektra, projeví se i jednoduché standardní díly, vyrobené s konstrukčně podmíněným počtem zdvihů, ve vyšších nákladech na výrobu dílu. Požadavky vyšší pružnosti, vyššího výrobního výkonu, nižších investičních nákladů a s tím nižších nákladů na výrobu dílu vyžadují lisovací technologii, která zejména v oblasti transferové techniky jde novou cestou.
Kompaktní podtlakové lisy, vyvinuté dle uvedených kritérií, nesnesou srovnání s běžnými transferovými lisy. Vyniká zejména jejich kompaktní stavba, úsporná nejen prostorem, ale i náklady, a mimořádná technika otáčivého ramene s veškerou manipulační pružností moderních tvářecích zařízení. Kompaktní transferové lisy na trhu demonstrují, že kreativním myšlením lze dále rozvíjet i vyzrálou techniku. Vývoj speciálních přísavkových lisů pro subdodavatelský průmysl je proto další etapou na cestě k novému uspořádání technologie lisoven. Vývoj hydraulických kompaktních přísavkových lisů, které se výkonnostně blíží mechanickým lisům, je tedy krok správným směrem.

Čas pro inovace

Navzdory výraznému technologickému vývoji ve stavbě lisů a tvářecí technice chybí zastřešující koncepce, otevírající potenciály synergie většího rozsahu ve zpracování plechu. Výlučná orientace na technologické inovace, pomáhající zákazníkovi řešit jeho specifické úkoly, se ukazuje jako krátkozraká. Jen ten, kdo dokáže nabídnout širší řešení problémů pro rozmanité úkoly zpracování plechu, může čelit novým požadavkům. Razantní změny v automobilové výrobě různých příčin nedovolují setrvávání na známých koncepcích. Požaduje se spíše inovativní přístup, který se ve svém celku soustřeďuje na výrobu karoserie.
Následkem tradiční koncentrace na řešení jednotlivých technologických úkolů mají výrobci automobilů a subdodavatelé velmi rozdílná tvářecí zařízení. Přestože byla v podstatě navržena pro srovnatelné úkoly, je přenesení výroby mezi jednotlivými zařízeními uskutečnitelné jen za cenu vysokých dodatečných nákladů.
Zatímco výrobci automobilů se více soustřeďují na hromadnou výrobu vybraných dílů, subdodavatelé dávají přednost pružnějším systémům, lépe odpovídajících jejich programu. Dokud se vyráběly díly karoserií ve velkých počtech a s vysokou plánovací jistotou, bylo toto rozdělení práce relativně bez problémů. Nástroje se často neměnily a prostoje bylo možno překrýt. To se však od základů změnilo.
Kratší výrobní série modelů, stále stoupající rozmanitost modelů, rostoucí nabídka speciálních vozidel malých sérií, větší kolísání odbytu, na něž se musí pružně reagovat, přivedlo rozdělení práce mezi subdodavateli a výrobci automobilů až na samou hranici. Sílící tlak na marže situaci na světovém automobilovém trhu ještě vyostřil. Za těchto podmínek je nutné využít stávající synergické efekty ještě lépe než dosud. Jelikož nelze očekávat, že se výrobci a subdodavatelé dohodnou na stejných koncepcích výroby a zařízení, musí se schopnost technologického přizpůsobení mechanických a hydraulických lisů vynutit. Cílem je zlepšení výměny produkce mezi subdodavateli a automobilovými výrobci.

Nová filozofie lisovny

Prosazení koncepce vyžaduje nové myšlení, orientované na finální výrobek, tedy na karoserii a nezávislé na tom, jakou technologií se vyrobí. Koncepce SynTEC firmy Müller Weingarten jako nová koncepce lisovny užívá stávajících synergických efektů mezi mechanickými a hydraulickými lisy pro zastřešující výrobní technologii. Výsledkem bude jednotná základní technologie pro mechanické a hydraulické lisy, kde zvláště struktura lisů, ovládání, transferové systémy a tažná příslušenství nabízejí potenciál synergie schopný dalšího vývoje.

Mechanizace jako místo strategického nasazení

Místem strategického nasazení jednotné výrobní koncepce je transport dílů. Pro transport dílů karoserie od jednoho stupně tváření ke druhému, zvláště velkých a dvojitých dílů, lisovny užívají velmi rozdílných mechanizačních koncepcí. Zatímco v lisovnách automobilových výrobců se používá techniky crossbar, jsou lisovny subdodavatelů pro manipulaci vybaveny podavači nebo roboty s přísavkami. To brání racionální výměně produkce mezi zařízeními, neboť při každé změně je třeba nová sada nářadí s časově i nákladově náročným najížděním zařízení. Pokud se podaří sjednotit transport dílů, budeme blíže cíli zastřešující koncepce.
Co se již podařilo "technologii kyvného ramene" (swingarm), která je vhodnější jak pro mechanické, tak pro hydraulické podtlakové lisy, nachází své pokračování v lisovacích tratích. Pro využití techniky crossbar je i zde nutný systém, který nahradí klasické přísavkové manipulátory.
Technologie swivelarm-crossbar vyvinutá speciálně pro lisovací tratě poprvé nabízí možnost výměny sad nástrojů mezi integrovanými zařízeními a lisy a mezi automobilovými výrobci a subdodavateli. Tím se otevírají dosud nevyužité potenciály synergie a racionalizace, které se kladně projeví ve výrobních nákladech.

Výhled do budoucna

Tváření plechu se bude dále orientovat na požadavky trhu a řešit výzvy kreativní technikou. Z dnešního pohledu je to především materiál vyžadující změnu myšlení v technologii tváření. Očekává se větší nasazení vysokopevnostních ocelí i pro velké díly, které ovlivní nejen lisovací techniku, ale i techniku nástrojů a spojování, především ultra- a megapevných ocelí, které se také zkouší v automobilovém průmyslu. Totéž platí i pro hliníkové a hořčíkové slitiny, jejichž objem v konstrukci karoserie s ohledem na lehké konstruování určitě stoupne, obzvlášť když u hořčíku jsme teprve na samém počátku vývoje. Za těchto podmínek získávají na významu i kompozitní materiály, jako např. kompozity plast/kov, otevírající zcela novou kapitolu inovativního tváření.
Vedle konkurenčních materiálů jsou to především změny trhu, jako přenesení výroby dílů na velké subdodavatele, které vyžaduje novou orientaci technologie tváření. Jak se současná situace na trhu projeví v trvalém vlivu na budoucí vývoj, lze jen těžko odhadnout. Lze však vycházet z toho, že obor zákazníků bude sledovat, tak jako v minulosti, cestu dlouhodobého růstu s konjukturálními cykly. S technologickou inovací musíme jít a půjdeme touto cestou společně.
Dr. Ing. Thomas Herlan
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 50110
Datum: 02. 02. 2005
Rubrika: Automobilový průmysl / Tváření
Autor:
Firmy
Související články
Optimalizace tvaru nástroje pro válcování

V současné době je velmi vyhledávaným strojem válcovačka typu ULS. A s rozvojem elektromobility se jeví velmi pravděpodobný požadavek na zvyšování produkce hřídelových součástí. Společnost Šmeral Brno se proto rozhodla inovovat a zlepšit nejen stroj ULS, ale i samotný proces tvorby nástrojů příčného klínového válcování (PKV).

Kapalina jako tvářecí medium

V dnešní době je stále více kladen důraz na sofistikovanost i ekonomickou efektivnost výrobních procesů. Současně je žádána výroba stále složitějších tvarů, vyplývajících především z designových návrhů lisovaných součástí, které dříve nebyly řešitelné jako např. výroba negativních tvarů, složitě prostorově i tvarově orientovaných trubkových dílců apod. V tomto případě lze s výhodou, namísto pevných konvenčních nástrojů, využít výrobní metody zaměřené na nepevné nástroje, jako je např. kapalina.

Moderní způsoby ochrany vysokopevných ocelí

V posledních letech je v automobilovém průmyslu kladen stále větší důraz na snižování hmotnosti vozu, potažmo spotřeby a z ní plynoucích emisí, za současného zvýšení bezpečnosti posádky. Jednou z možností, jak splnit tyto požadavky, je nahrazení starých materiálů používaných pro výrobu určitých komponentů za nové, pevnější. Díl z pevnějšího materiálu může být tenčí a potažmo i lehčí oproti dílu původnímu, ale současně je schopen vydržet stejné, nebo i větší namáhání.

Související články
Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vliv materiálu na kvalitu výlisku

Kvalita vstupního materiálu významně ovlivňuje výslednou kvalitu výlisku. Ověřování jeho vlastností je možné provádět různými zkouškami, mezi něž patří ověřování jeho mechanických vlastností či technologické zkoušky.

Nová řada vysekávacích lisů kombinovaných s laserem

V souladu s tradicí soustavného rozvoje produktových řad uvedla společnost Prima Power na trh kompletní novou generaci servoelektrických vysekávacích lisů kombinovaných s laserem.

Metodika kompenzace odpružení u velkoplošných karosářských výlisků

Dnešní doba je charakterizována rychlou reakcí na akceschopnost a poptávku a klade vysoké požadavky na konečné nízké provozní náklady a vysokou kvalitu všech výrobků. V ideálním případě by měly být výlisky vyráběny bez defektů. Takto dokonalého stavu ovšem není možné zatím dosáhnout. Již v minulosti bylo řadou autorů popsáno početné množství defektů, u kterých se dnes ví, jaký přístup pro jejich predikci a eliminaci zvolit. Jedná se například o zvlnění materiálu, vyčerpání plasticity, iniciace trhliny, ztenčení materiálu aj.

Co je nového v tvářecí technice

Oblast plošného tváření je dynamicky se rozvíjející segment výroby dílců z plechu. Mezi technologií a stroji byl v minulosti veden neustálý boj. Vždy se podařilo vyvinout technologii, která o kus dál posunula hranice zpracování těžko tvářitelných materiálů nebo tvarově složitých dílců. Velkou roli v tomto rozvoji technologií plošného tváření vždy hrál automobilový průmysl, který neustále zvyšoval požadavky na komplikovanější tvary v souvislosti s fantazií designérů.

Nekonvenční zpracování nové generace vysokopevných výkovků

Vysokopevnostní zušlechtěné výkovky se strukturou popuštěného martenzitu v současné době představují high-end skupinu kovárenských produktů. Díky nejnovějším poznatkům z oblasti fyzikálně-metalurgických dějů probíhajících v materiálu výkovků by skupina vysokopevnostních výkovků mohla být doplněna novou generací výkovků, jejichž struktura je tvořena nekonvenčním CFB (Carbide-Free bainitem) a QP martenzitem.

Požadavky na lisy a nástroje při výrobě převodovek

Stoupající požadavky na redukci CO2 ve výfukových plynech automobilů vedly k jejich narůstající hybridizaci a elektrifikaci. Z těchto důvodů se výrazně zvyšují nároky na plechové díly nejenom v konstrukci karoserií osobních automobilů, ale také v jejich pohonech. Jsou to především požadavky na kvalitu a rozměrovou přesnost. Zvyšuje se komplexnost těchto dílů, a proto také nabývají na významu nároky na tvářecí stroje a nástroje.

První krok od ohraňovacího lisu k servo-elektrické ohýbačce

Požadavky na trhu se mění a zpracovatelé stále více čelí situacím, kdy jsou velké série a objemy nahrazeny potřebouči poptávkou vyrábět malé série, navíc postavené na bázi just-in-time dodávek.

Trendy ve výrobě plochých polotovarů tvářených za tepla

Využití plechových dílů tvářených za tepla patří dnes již běžně k produkci karoserií osobních automobilů a od jejich prvního nasazení nás dělí bezmála dvacet let. Tento trvalý trend souvisí s požadavkem na maximální zužitkování pohonných hmot a s tím spojené i redukce samotné hmotnosti karoserie. Dalším aspektem jsou limity snižující objemy škodlivých exhalací při spalování paliva, které nutí dlouhodobě producenty osobních i užitkových vozidel hledat alternativní konstrukční řešení. Emisní limity nastavené Evropskou unií, platné od roku 2020, stanovují průměrnou emisi všech modelů v nabídce na 95 g CO2.km-1. To odpovídá spotřebě 3,54 litru nafty či 4,06 litru benzinu na sto kilometrů.

Aditivní výroba ve tváření plechů

Trojrozměrný (3D) tisk, označovaný také jako aditivní výroba (additive manufacturing - AM), zaznamenal v poslední době značný rozvoj. Touto technologií je umožněna výroba i velmi tvarově komplikovaných trojrozměrných produktů. Objekty nebo výrobky jsou vytvářeny z podkladu digitálních 3D modelů nebo jiných elektronických datových zdrojů. Aplikační možnosti 3D tisku se s ohledem na progresivní vývoj této technologie jeví jako neomezené.

Trendy v tváření: Víceosá řídicí technika pro válcování profilů

Na příkladu novodobého stroje k výrobě nosníků nákladních automobilů profilováním lze vysvětlit výrobní řetězec konstrukce výrobku, konstrukce nástrojů, simulace výroby, vývoj regulace i praktické ověření v průmyslové výrobě.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit