Témata
Zdroj: Emag

Laserové svařování komponent hnacího ústrojí

Normy omezující vliv motorových vozidel na životní prostředí se již řadu let zpřísňují po celém světě. Tato omezení vyvíjejí obrovský tlak na výrobce automobilů, aby neustále snižovali spotřebu a emise svých výrobků. Pokud jde o pohonné ústrojí, byla již přijata řada opatření, např. snižování objemu motorů, přeplňování turbodmychadlem, hybridní koncepce, deaktivace válců, převodovky s více převodovými stupni nebo přechod od automatických převodovek s měniči točivého momentu k účinnějším převodovkám dvouspojkovým.

Reklama

Takto se však výrobci vozidel dostávají mezi dva „mlýnské kameny“: Aby bylo možné snížit spotřebu, a tedy i emise CO2, je třeba nejprve instalovat další komponenty, což znamená zvýšit hmotnost. Například devítistupňová převodovka bude obsahovat více samostatných dílů než převodovka šestistupňová, a proto bude těžší. Aby výhody devítistupňové převodovky nebyly degradovány dodatečnou hmotností, jako nezbytný se ukazuje pokrok v oblasti lehkých konstrukcí. Dalším aspektem, který je třeba vzít v úvahu, je dodatečný prostor potřebný pro další komponenty, jako jsou např. baterie pro hybridní pohon, které nesmí být na úkor interiéru vozidla, a proto vyžadují mimořádně kompaktní konstrukci.

Typické laserem svařované součásti hnacího ústrojí. (Zdroj: Emag)

Technika spojování – v tomto případě především svařování – se stává technologií, která je často nezbytným předpokladem pro dosažení lehčích a kompaktnějších součástí vozidla. Důležitou roli přitom hraje laserové svařování.

Srovnání CO2 laseru a laseru (systému) pevnolátkového. (Zdroj: Emag)

Laserové svařování součástí hnacího ústrojí

CO2 lasery pro svařování součástí hnacích ústrojí se začaly používat v polovině 80. let 20. století. Jejich vynikající fokusovatelnost a vyspělost technologie vedly k tomu, že se CO2 lasery začaly kolem roku 2010 používat pro veškeré laserové svařování součástí hnacích ústrojí. Od té doby však došlo k pozoruhodně rychlému přechodu na kratší vlnové délky.

Reklama
Reklama

Vysoce svítivé pevnolátkové lasery (SSL) nabízejí oproti tradičním CO2 laserům několik výhod: Jejich výrazně lepší účinnost vede ke snížení spotřeby energie a výkonu potřebného k jejich chlazení. Ve většině případů nejsou potřeba stínicí plyny, jako je argon, nebo dokonce helium, a laserové plyny jsou tak díky koncepci konstrukce eliminovány. To může často snížit provozní náklady na polovinu ve srovnání se svařovacími zařízeními, která používají CO2 lasery.

Použití optických kabelů namísto pevných zrcadlových systémů nejen zvyšuje odolnost systému vůči vlivům okolního prostředí, ale také umožňuje použití nových, vylepšených uspořádání systému s decentralizovaným umístěním svařovacích stanic v montážních linkách, které lépe vyhovuje toku jednotlivých dílů.

Laserový svařovací systém EMAG ELC160 pro svařování jednotlivých součástí hnacího ústrojí. (Zdroj: Emag)

Pevnolátkové lasery nabízejí rovněž technické výhody

Výhody jsou i z technického hlediska: Vysoce svítivé pevnolátkové lasery umožňují vyšší rychlost svařování, a tím i redukci tepla (teplotní příkon na jednotku délky) působícího na svarový šev. To je důležité, aby bylo možné vyrábět drobnější (lehké) součásti bez výrazných deformací.

Laserová čisticí stanice. (Zdroj: Emag)

Součásti pohonných jednotek se svařují pomocí CW laserů (CW = continuous wave, tj. lasery s nepřetržitým výstupním výkonem) s nominálním výkonem mezi 2 kW a 6 kW; průměr ohniska se obvykle volí v rozmezí přibližně 150 µm až 600 µm.

Použití optických kabelů s různými průměry vláken spolu s vysokou flexibilitou moderních, pevnolátkových laserů umožňuje použití relativně dlouhých ohniskových vzdáleností. Představují také velmi jednoduchý a robustní způsob optimalizace optických podmínek pro proces svařování (jako je průměr ohniska a Rayleighova délka).

Reklama

Nespornou nevýhodou pevnolátkových laserů je problém rozstřiku při svařování. Proti poměrně vysokému množství rozstřiku bojují přední výrobci svařovacích systémů optimalizovanými přípravky a optimalizovaným odsáváním. Jiné, odvážnější techniky, jako je např. svařování ve vakuu, vyžadují dražší vybavení, což brání tomu, aby se více rozšířily. Požadavky na „periferní“ laserové vybavení by se však neměly podceňovat. Potenciálních výhod, jako jsou extrémně úzké a hluboké svary bez deformací, lze dosáhnout pouze tehdy, pokud je systém vedení paprsku a upnutí obrobku přesný. Moderní výrobní laserové svařovací systémy, jako je Emag ELC 160, které splňují výše uvedené požadavky, mají proto mnohem více společného s obráběcími stroji než s typickými svařovacími zařízeními.

Laserové svařování synchronizátoru na převodovku. Vláknový laser v systému ELC 160 umožňuje dosáhnout o polovinu nižších provozních nákladů. (Zdroj: Emag)

K výrobě bezchybných svarů je stále nutná pečlivá příprava obrobků: Při svařování pevnolátkovým laserem jsou vysoké požadavky na čistotu obrobků. Zbytky, například z chladicích kapalin, vedou k vadám, jako jsou póry nebo dutiny ve svaru, a je třeba je před svařováním odstranit spolehlivými postupy. Po mnoha letech, kdy se obrobky standardně omývaly v tunelové průtokové myčce, nabízí čištění laserem novou alternativu. Jedná se o tzv. ablační proces, při kterém se na povrch obrobku aplikují krátké, ale velmi silné (> 10 kW) laserové pulzy. Při správném řízení je výsledkem vyleštěný kovový povrch jednotlivých dílů, aniž by se změnily jejich geometrické nebo tepelné vlastnosti. Díky velmi nízkému výkonu použitého laseru, přibližně 100 W, se jedná o velmi ekologickou a energeticky účinnou alternativu k tradiční metodě mytí. Integrace čisticích a spojovacích procesů spolu s laserovým svařováním umožňuje výrobu velmi efektivních moderních výrobních systémů.

Související články
Důraz na udržitelnost, digitalizaci a 3D tisk

Japonsko je zemí, kde se rodí nejmodernější technologie a kde se dbá na udržitelný způsob života. Je kolébkou průmyslu a domovem největších průmyslových firem. Každé dva roky mají návštěvníci z celého světa možnost nahlédnout prostřednictvím veletrhu Jimtof (Japan International Machine Tool Fair) pod pokličku nejnovějších inovací v oboru obráběcích strojů a jejich příslušenství. Díky pozvání Japonské asociace výrobců obráběcích strojů JMTBA jsme měli možnost zúčastnit se tohoto veletrhu osobně. V následující reportáži se vám pokusíme zprostředkovat alespoň pár nejzajímavějších témat, která zde zazněla.

Žijeme na dluh dalších generací

Petr Novák od loňského roku zastává pozici Director of Automotive Operations ve společnosti JTEKT European Operations. Je zodpovědný za devět výrobních závodů ve Francii, Belgii, ČR, Anglii a Maroku. Obrat této divize čítající 4 000 zaměstnanců představuje 1, 2 miliardy eur.

MM Podcast: Glosa - Made in Germany: Richtig oder falsch?

Proč stále není slyšet o problémech průmyslových firem, do kterých se kvůli souběhu všech krizí dostaly? Obecně, ať se jedná o jedince, či instituci, vždy máme obavy přiznat určité potíže. V momentu, kdy majitel firmy či management pustí do éteru první negativní zprávu, přestane být podnik důvěryhodný pro zákazníky, banky a zaměstnance, jak současné, tak i potenciální. Proto to všichni zatím drží pod pokličkou a vyčkávají do doby, kdy situace již bude neudržitelná či na stav upozorní okolí.

Související články
Reformy nestačí. Je nutná transformace

Je současná ekonomická krize příležitostí k progresu národního hospodářství? Bude avizovaná 7% inflace v tomto roce velkou hrozbou? Proč by se čísla měření životní úrovně ČR neměla srovnávat s některými státy EU? Je iniciativa českých podnikatelů k druhé transformaci české ekonomiky oprávněným voláním po změnách? Na tyto a další otázky odpovídala v rozhovoru pro MM Průmyslové spektrum hlavní ekonomka Raiffeisenbank Helena Horská.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Účinné čištění laserem v kompaktním stroji

Řada výrobních procesů vyžaduje, aby obrobek (nebo určitá jeho část) byl před další operací nějakým způsobem očištěn. Rozhodující roli přitom hraje volba způsobu čištění: čisticí proces musí být nastaven tak, aby k dostatečnému odstranění nečistot (nebo usazenin) bylo vynaloženo přesně jen to správné množství energie a času – podle hesla „ne více, než je nutné“. Všechno ostatní by byl zbytečně náročný a drahý proces.

Insolvence subdodavatelů automobilového průmyslu

Automobilový průmysl zaměstnává více než 6 % všech evropských pracovníků. Rostoucí ceny energií, inflace a další aspekty současné krize však ohrožují především subdodavatele tohoto odvětví. Již se vyskytly první případy insolvence. Jaká budoucnost očekává tuto branži? A jak se ve složité době může vyplatit nákup použitých strojů od zkrachovalých podniků?

Nová auta až za 15 měsíců

Na nový vůz čekají tuzemští zákazníci od března letošního roku průměrně o dva měsíce déle. Vyplývá to z dostupných údajů oslovených automobilek. Na nový Volkswagen budou řidiči u vybraných modelů čekat až deset měsíců. Hyundai má u některých modelů čekací dobu až rok a s vybranými konfiguracemi vozů Toyota budou moci zákazníci odjet až za rok a čtvrt. Prodloužení dodacích lhůt souvisí podle zástupců oslovených automobilek s nedostatkem komponentů i s omezením výroby v přidružených závodech v souvislosti s válkou na Ukrajině. 

Samořízené i létající vozy

Masové rozšíření elektromobilů a v menší míře i samořízených a dokonce létajících aut. Takové a ještě další převratné změny čekají automobilové odvětví v příštích pěti až deseti letech. Vyplývá to z průzkumu poradenské společnosti KPMG, která v 31 zemích vyzpovídala přes 1 100 manažerů autoprůmyslu, včetně těch působících v České republice. Respondenti se nejvíc obávali problémů v dodavatelských řetězcích, které válka na Ukrajině dále prohloubila. Oslovení vesměs předpovídají, že elektromobily budou do roku 2030 tvořit přibližně polovinu nově prodaných vozů v USA, západní Evropě, Japonsku i Číně. V Brazílii a Indii by to mohlo být 40 procent. Údaj za Česko průzkum neobsahuje.  

Obrábění moderních komponent převodovky

Určitě není tajemstvím neustálý růst trhu v oblasti e-mobility. Současně se budou i nadále vyrábět vozidla se spalovacími motory. Pro plánovače výroby a subdodavatelské závody je to těžká situace: Jak vyřešit rozmanitost výrobků a rostoucí výrobní počty? Již mnoho let má společnost Emag Maschinenfabrik odpověď na tuto otázku. A sice svou širokou nabídkou výrobních řešení konstrukčních dílů, které své použití najdou především v oblasti hnacího ústrojí.

Produktivní řešení pro výrobu automobilů

Jak je možné komplexní automobilové konstrukční díly vyrábět ještě efektivněji a jakou roli při tom hraje digitalizace výrobních prostředků? Odpovědi na tyto otázky má skupina Emag připravené pro letošní AMB, který se odehraje ve dnech od 18. do 22. září ve Stuttgartu.

Nová úroveň výroby brzdových kotoučů

Výroba brzdových kotoučů osobních vozidel není jednoduchá. Jde o bezpečnostně důležitý díl, který musí být bezpečně opracován s extrémní přesností. Měnící se výrobní šarže musejí být pomocí použitých soustruhů realizovány rychle a s krátkými přípravnými časy. To, jak lze spojit kvalitu, produktivitu a bezpečnost procesu v této oblasti použití, dokazují specialisté společnosti Emag. Svými soustruhy pick-up a řady VSC a VL nabízejí výrobní řešení, která společně s koncepcí automatizace TrackMotion zajišťují vysokou výkonnost při obrábění brzdových kotoučů.

Přesné obrábění převodových kol osobních vozidel

Již po desetiletí je produkce převodovek charakterizována velkým množstvím kusů a extrémní kvalitou dílů. Avšak změny v oblasti trhu a techniky jsou v současnosti stále rychlejší, např. se zvyšuje počet převodových stupňů v automobilech, čímž roste objem vyráběných součástí. Současně posiluje konkurence díky asijským výrobcům. Jak mají konstruktéři převodovek u OEM výrobců a dodavatelů ve svých výrobních oblastech na tento vývoj reagovat?

Pevnolátkové vs. plynové lasery – výroba komponent hnacích ústrojí pomocí laseru

Ten, kdo nahlédl do výrobní haly některého z velkých výrobců ještě před několika lety, zjistil, že svařování dominují CO2 lasery. Laserové svařování bylo tehdy ještě poměrně mladou technologií, která si mimo vlastní výrobu žádala velké zvláštní prostory na obří zařízení zajišťující potřebnou energii. Od té doby se však leccos změnilo. Dnešní moderní zařízení sází stále více na pevnolátkové lasery, které přinášejí řadu výhod.

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