Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Trend využívání lehkých konstrukcí, tak jak to známe od počátku stavby letadel a zvláště pak v posledních 30 letech výroby automobilů, probíhá bez přerušení. Avšak v současné době se řada výrobců, a výrobci automobilů zde nejsou v menšině, ptá, kam až mohou smíšené konstrukce, zejména pak použití plastů vyztužených dlouhými vlákny, ještě dojít. Na politické scéně si pak kritické debaty o základním riziku spojeném s účinky plastů na životní prostředí, kladou další otázky. Bude zvýhodňování hmotnosti v budoucnu ekonomicky opodstatněné?

Hmotnost však hraje roli pouze tam, kde jde o nepravidelný pohyb se zrychleními a brzdnými fázemi. Jestliže budou v budoucnosti u automobilů použity elektromotory, může dojít k rekuperaci části brzdné energie. U letadel to však není zas až tak snadné. Pokud by se v městském provozu dosáhlo zlepšení plynulosti dopravy úpravou dopravních předpisů, nemusela by hmotnost z hlediska energie v budoucnosti hrát prakticky žádnou roli, jak je tomu v případě cestování mimo město.

Připojování vlákny vyztuženého plastu k vysokopevné oceli pomocí hybridních plechových prvků

To však není všechno, protože pokud vysoce výkonné automobily jsou určeny k zábavě, a pokud je bezpečnost nejvyšší prioritou, váha ve skutečnosti významnou roli mít bude.

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. U toho posledního je cílem nejen zkrátit časové cykly, ale také síly a momenty. Pokud jde o obalovou techniku, jde o ochranu pracoviště a o pravidla pro manipulaci s náklady. V domácnostech, ať již v kuchyni, nebo jinde, jsou lehčí nástroje a pomůcky příjemnější a přesnější při jejich používání a estetika a jakost je přitom velmi významným činitelem. V blízké budoucnosti bude nutné opět diskutovat o udržitelnosti a šetrnosti k prostředí u vláken vyztužených plasty. Možnost udržitelné recyklace nebyla dosud téměř vůbec vyvinuta a očekává se zvýšená citlivost na toto téma jak u veřejnosti, tak u politiků.

U EFB se řeší víc než 150 průmyslových výzkumných projektů, u nichž jsou modelovány „žhavé“ problémy a myšlenky nejbližší budoucnosti. V Německu se tím zabývají firmy s náležitým vztahem k technickému pokroku a intenzivně pracují v expertních týmech. Projekty jsou zaměřeny na reálné a virtuální oblasti průmyslového zpracování plechů a hybridních konstrukcí včetně kompozitů a pracovních materiálů na bázi plastů a také se dotýkají aktuálních témat, jakými jsou nástroje a systémy pro dělení, tváření a spojování.

V minulosti byl hlavní důraz v projektech u smíšených konstrukcí kladen na nové pracovní materiály a hybridní konstrukční technologie. Vyvstala nutnost získat odpovědi na zásadní otázky v oblasti podstaty zpracovatelského procesu, od dělení materiálu k jeho tváření a od výroby dílů ke způsobu jejich spojování. V současné době se důraz na jednotlivá témata viditelně posouvá. Více pozornosti se znovu klade na vysokopevné, za tepla zpracovatelné ocele, samozřejmě s výjimkou leteckých konstrukcí, a dokonce se jim předpovídá i lepší budoucnost. Hlavním záměrem je zde širší využití lehkých konstrukcí a samozřejmě produktivita výrobního procesu.

Aktuální témata nových projektů jsou různá, ale ve většině případů se týkají několika oblastí současně, takže některé projekty mohou být uvedeny i dvakrát, pokud je třídíme podle určitých kategorií. Podle toho víc než 50 % projektů se zabývá lehkými konstrukcemi. Více než polovina projektů se zabývá dalším vývojem ocelí s rostoucím důrazem na lisování za tepla. Ve většině projektů hrají hlavní roli lisy, nástroje a spojovací systémy. A v asi 30 % projektů je pozornost věnována vývoji virtuálních metod, materiálovým modelům a vlastnostem materiálů.

Na základě strategických plánů firmy EFB týkajících se současných aktuálních záměrů s nejvyšší prioritou je možné každý projekt spojit s jedním ze tří vývojových směrů:

• - rozvoj a integrace funkcí ve zpracování plechů (45 %);
• - digitalizace, inteligentní výrobní postupy, Průmysl 4.0 (37 %);
• - složité hybridní lehké konstrukce (18 %).

Vývoj v oblasti rozšířených funkcí je spojen s novými kombinovanými výrobními operacemi, jakými jsou hybridní lisování, výroba dutých klikových hřídelí s použitím vnitřního tlakového tváření a speciální povrchová úprava nástrojů pro tváření 7 000 kusů hliníkových plechů. Existuje stálý průzkum předlisovacích operací u lisování za tepla během vnitřního tlakového tváření a lisování za tepla je jedním z postupů k dosažení zvoleného nastavení austenitické stability regulací teploty protahovadla na hluboké tažení. Témata jako snižování poškozování okrajů při předděrování, zavedení řízené difuze legujících prvků do výrobního postupu k dosažení vyšších vlastností u ocelí, elektrické kontaktní vlastnosti spojů vytvořených tvářením, zvýšení zátěžových vlastností spojů zatěžovaných kombinovanou zátěží, zhodnocení vysokorychlostního střihání na lisech, nástroje s proměnnou teplotou, použití laserů při konečné úpravě hran a životnost dodatečně vyrobeného výrobního zařízení jsou určeny k zlepšení funkčnosti, použitelnosti a produktivity výrobních procesů.

Digitalizace přináší do postupů zcela nové podmínky a možnosti. Za minulých 24 měsíců počet projektů zabývajících se touto aktuální tematikou a zejména inteligentními výrobními postupy rapidně vzrostl. Základní otázky se zde týkají charakterizace a analýzy rozpracovaných výrobků, zařízení, lisů a operací. Dalším požadavkem je, aby dokonce bylo možné provádět předběžné plánování a stanovení účinnosti. Do jaké míry je možné používat modely pro inteligentní prognózy a jak má být zvažována senzitivita? Jeden z projektů se zabývá základním vývojem kompletních (od začátku do konce) digitálních modelů celého řetězce tvorby hodnoty, a to od svitku ke stanovení detailů procesu předlisování a od tváření plechů ke spojovacím technologiím.

Vysokorychlostní střihání – nástroj a schéma

Jak lze důležité výrobní parametry měřit a přepracovávat? Existují významné parametry, které se běžně nepoužívají k řízení? Musejí být vyvinuty účinné modely a řešení, které budou slučovat virtuální plánování a výrobu s určitou výzvou, danou zárukou zkoušení a jakostí. Nadále je věnována pozornost tématům, jakými jsou roboty asistovaná výroba nářadí, adaptronických forem, roboty asistované spojování, rozšířená realita, blockchain (blockchain – speciální druh distribuované databáze uchovávající neustále se rozšiřující počet záznamů, které jsou chráněny proti neoprávněnému zásahu) ve zpracování plechů. Cílem je zpracovávání a užití dat a informací novým způsobem. Velkou otázkou zde je, která data a veličiny se musejí zaznamenat a zachovat pro budoucí potřebu? V zásadě všechny nebo jen ty, u nichž je už dnes známé, jak je lze užitečně aplikovat a pro něž už existují rozumné algoritmy?

V mnoha průmyslových odvětvích, a to nejen v konstrukci automobilů, existuje potřeba mít řešení s udržitelnými pracovními materiály, které umožňují vysoce efektivní, účelné a ekonomicky výhodné zpracování materiálu. U složitých hybridních lehkých konstrukcí je důraz kladen na spojování různých druhů pracovních materiálů a komponentů, přičemž EFB se soustřeďuje na spojování kovových materiálů s díly z plastů vyztužených vlákny.

V minulosti byla prozkoumána celá šíře vlastností pracovních materiálů. V současnosti se zaměřujeme na vytipovávání bezpečného a levnějšího spojování různých pracovních materiálů a na spojovací prvky. Za tímto účelem je pozornost soustředěna na povrchy přilehlých pracovních materiálů a rovněž na nové spojovací postupy s cílem zesílit vlastnosti spoje a zamezit jeho korozi.

Jaká je správná úprava pracovního materiálu, aby bylo dosaženo jeho správné funkčnosti v kombinaci s jeho účinnou výrobou? Jakmile budou k dispozici příslušná řešení vhodná pro hromadnou výrobu, je možné předpokládat, že tato řešení budou na trhu mnohem konkurenceschopnější.

Článek byl přeložen ze speciální edice MM Maschinen Markt The Journal Euroblech 2018.

Norbert Wellmann, přeložil: Ivan Šiman

Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung (EFB) (Evropská výzkumná společnost pro zpracování plechů)