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
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
Stavme na pozitivním a fungujícím

Česko patřilo ke konci roku 2023 k zemím, jejichž ekonomika stále nedosáhla předcovidové úrovně. Hospodářský růst bude podle většiny ekonomů i v tomto roce velmi pomalý. Situaci komplikují nepříliš optimistické faktory, jako je nestabilita veřejných financí, výroba postavená na subdodávkách, nedostatečná infrastruktura a další. Když k tomu připočteme vnější geopolitické okolnosti, není situace příliš příznivá. A o tom, jak toto vše ovlivňuje automobilový průmysl a jak se zbavit stigmatu subdodavatelské země, jsme hovořili s Petrem Knapem, odborníkem společnosti EY pro automobilový průmysl.

Krize jako cesta k žádoucí změně

Hlavním životním mottem Ing. Vlastislava Břízy, majitele a generálního ředitele společnosti Koh-i-noor, je tvrzení, že kdo je připraven, není zaskočen. Společný rozhovor probíhal v intencích této jeho celoživotní strategie.

MM Podcast: Glosa - Sedmnáctá země spolková na kolečkách

Problémy koncernové automobilky jsou vážnější, než si většina lidí umí představit. Kombinace emisního skandálu DieselGate, změny trhu a návyků spotřebitelů, inflace a neschopnosti na to všechno pružně reagovat je pro VW smrticí koktejl. Může jí dokonce hrozit osud finské Nokie či amerického Kodaku, které před lety nedokázaly zachytit nastupující disruptivní změny a se svým ikonickým byznysem skončily. Jak zásadní problém by podobný osud znamenal pro Německo, potažmo celou subdodavatelskou Evropu, se můžeme jen domýšlet.

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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Žijeme na dluh dalších generací

Petr Novák aktuálně 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.

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.

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.  

Mikroskopicky dokonalý povrch v minimálním čase

Při výrobě komponentů pro elektrické pohony se broušení dostává stále více do popředí: plánovači výroby požadují nová řešení pro dokonalý povrch, který zaručí požadovaný hladký chod při vysokých otáčkách a krouticích momentech. Příklad „broušení boků zubů“ na strojích Emag SU jasně ukazuje, jak specializovaný výrobce strojů tento požadavek realizuje: specialisté na broušení se sídlem nedaleko italské Boloni mají ve svém portfoliu pro tuto oblast použití například stroj G 160, který má speciální koncepci osy pro mikroskopicky dokonalé povrchy. Technologie nakládání zároveň zajišťuje minimální dobu cyklu. Jaké jsou však detaily těchto a dalších konstrukčních řešení strojů Emag SU pro broušení boků zubů?

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.

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