Témata
Reklama

Lehké konstrukce automobilů - použití lisů ve výrobě hybridních dílů

V předchozích článcích ze seriálu Lehké konstrukce automobilů o možném použití nových materiálů pro stavbu lehkých konstrukcí a jejich aplikacích na karoseriích osobních automobilů nebyly zpravidla detailně rozebrány možnosti výroby těchto specifických materiálů. Uvedeme je v tomto článku.

V hromadné konvenční výrobě je stále dominující technologií plošné tváření jednotlivých dílů a následně jejich spojování svařováním, lepením nebo mechanickými způsoby spojování. K tváření se využívají v hojné míře mechanické a méně pak hydraulické lisy s upravenými periferiemi pro podmínky hromadné výroby.

Reklama
Reklama

Konsorcium hybridních materiálů

Moderní technologie se však musejí vypořádat i s novými trendy, jako je radikální a měnící se design, technologičnost konstrukce, kapacitní možnosti, změny vstupních polotovarů, rozmanitost povrchových úprav a v neposlední řadě také rostoucí nároky na výslednou kvalitu produktu. Nezanedbatelným aspektem je potom míra recyklovatelnosti materiálu. Typicky lze toto všechno sledovat na vývoji hliníkových a výzkumu hořčíkových slitin jednotlivých komponentů karoserie.

Preferovanou oblastí se stále více stávají hybridní konstrukce. Např. v sousedním Německu bude dokončeno v letošním roce konsorcium Open Hybrid Factory-Campus. To bude centrálně řešit pro malé a velké výrobce a výzkumné organizace podporu a vývoj nových materiálů a nových technologií jejich zpracování pro hospodárnou multifunkční výrobu lehkých konstrukcí. Pod jednou střechou se budou centrálně řídit hybridní technologie. Vývojový campus bude mít techniku, laboratoře pro kompozitní materiály. Návrh konstrukčního řešení bude neodmyslitelně spojen se simulací. Výroba bude řešena s příslušnou automatizací, kvalitou a zkušební mechanikou. Na konci je vždy řešení ochrany životního prostředí a recyklace. Vytvářejí se tak podmínky pro soutěživost jednotlivých inovací a vývoj hybridních výrobních systémů.

Hybridní systém je všude tam, kde se kombinují dvě nebo více technologií dohromady. Ve tváření jsou hybridní díly ty, které k základním tvářecím technologiím, jako je lisování, ražení a ohýbání, návazně používají jiné výrobní postupy. Těmi může být svařování (odporové a laserem), označování (popisování, označování laserem a měřicí systémy), montáž (přísun materiálu, klinčování), nové tvářecí technologie (parciální ohřev), vstřikování plastů, opracování – řezání závitů a další nepřeberné množství postupů.

Výroba hybridních dílů – uhlíkových vláknových kompozitů – na automatizovaném hydraulickém lisu

Lisy na výrobu hybridních dílů

Pro výrobu těchto hybridních dílů se hodí lisy na bázi servopohonů. Kombinace výše popsaných technologií se dělají zejména z důvodů snížení časů údržby a nákladů na logistiku, redukce strojních nákladů, redukce nákladů na pracovníky, zvyšování kvality a zavádění automatizací, zvyšování počtu hotových dílů. Ze stejných důvodů se stále častěji používají servolisy, které mají časově programovatelný průběh zdvihu smykadla. K tomu byl vyvinut ve spolupráci s firmou Siemens mechatronický model, používající iterativní výpočet. Uživatel do výpočtu pohybové křivky zadává šest parametrů. Těmi jsou způsob pohybu smykadla, počátek tváření ve stupních nebo v mm před dolní úvratí, rychlost při počátku tváření a na konci, konec tváření pozice kliky ve stupních nebo mm před dolní úvratí a maximální možný počet zdvihů. U hybridních dílů je důležitá doba tuhnutí vstříknutého plastu, a protože je poněkud delší, vyrábí se několik dílů současně. Průběh pohybu smykadla lze přesně navrhnout pro maximální možnou deformaci daného materiálu a podle nutné doby tuhnutí. Že jsou servolisy vhodné pro výrobu hybridních dílů, ukazují příklady od firmy Andritz Kaiser. Nastavení vhodných parametrů vede ke zvýšení životnosti nástroje. K programování pohybové křivky se používá zadávací maska. Zadané parametry lze během tvářecího procesu měnit bez jeho zastavení.

Servolisy mají také celou řadu jiných výhod, o kterých bylo pojednáno v MM Průmyslovém spektru již dříve. Závěrem lze říci, že servolisy jsou připraveny na výrobu hybridních dílů, jak se ostatně děje v mnoha aplikacích. Ovšem vývoj je na počátku, protože nástroje musejí držet krok s tvářecí technikou. Trend využívání servolisů je zcela zřejmý a moderní výroba se bez nich neobejde. Příkladem jsou naprogramované pohybové křivky smykadla při tažení obr. 1 a při ražení obr. 2. Dalším příkladem může být použití lisů pro tváření uhlíkových vláknových kompozitů obr. 3. Jde o plně automatizovaný hydraulický lis. První operací je vložení připravené sítě do formy. Druhou operací je uzavření formy a vakuování. Třetí operací je injekční vstříknutí směsi pryskyřice a tužidla. Čtvrtou operací je vytvrzení pod tlakem za spoluúčinku tepla.

Tento článek byl vytvořen s použitím podkladů ze sborníku EFB–Tagungsband Nr. 40 Intermezzo der Werkstofflösungen: Hat Blech eine Zukunft?, ISBN: 978-3-86776-452-0, a článků publikovaných v posledních pěti letech v časopise Blech Rohre Profile.

ČVUT FS v Praze, Škoda Auto

doc. Ing. Jan Šanovec, CSc., Ing. Tomáš Pilvousek, IWE

jan.sanovec@fs.cvut.cz

www.fs.cvut.cz

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 160744
Datum: 29. 06. 2016
Rubrika: Výroba / Tváření
Autor:
Firmy
Související články
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.

Lehké konstrukce automobilů – využití hořčíku

Využití hořčíku a jeho slitin v automobilovém průmyslu má poměrně dlouhou tradici, sahající až do roku 1920, kdy byl tento materiál prvně použit v konstrukci sportovních vozů. O několik desetiletí později se objevil i v komerčních vozech, například u typu Volkswagen Beetle, kde jeho obsah činil téměř 20 kilogramů. Nicméně do popředí zájmu se tento specifický materiál dostává v posledních letech v souvislosti s nárůstem ekologických a legislativních požadavků na provoz vozidel.

Lehké konstrukce automobilů - sendvičové materiály

O prodejnosti a úspěšnosti vozidla v silném konkurenčním prostředí dnes rozhoduje z velké míry tvar a funkčnost karoserie. Mezi technickým vybavením jednotlivých výrobců dnes není propastný rozdíl a proto první, čím automobil promlouvá k zákazníkovi, jsou právě silueta vozu, linie hran, elegance i vizuální dynamika. Na karoserii jsou proto kladeny náročné požadavky v řadě případů z hlediska technologie výroby protichůdné.

Související články
Lehké konstrukce automobilů - hybridní materiály

Automobilový průmysl je specifické odvětví, které je významně poháněno společenskými tlaky na ekologický provoz vozidel, tedy na snižování emisní zátěže i obecné spotřeby pohonných hmot a kontinuální vývoj elektromobility. Tyto trendy se dotýkají jak konstrukce vozu, tak i technologické zpracovatelnosti jednotlivých komponentů. Jenom v horizontu 10 let se předpokládá redukce dílů z oceli o 20 % a jejich nahrazení speciálními materiály na bázi kompozitu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Lehké konstrukce osobních automobilu - použití hliníku

Kontinuální trend v oblasti snižování hmotností karoserií osobních vozů je důsledkem tlaku na eliminaci CO2 do roku 2020 až na 95 g.km-1. Konstrukční úpravy v oblasti hnacích agregátů nebo náprav vozů jsou do určité míry také možné, nicméně stále častěji obtížně realizovatelné. Již od 80. a 90. let se v konstrukci vozu využíval hliník a plastové hmoty, nicméně dominantním materiálem je i nadále ocel.

Lehké konstrukce karoserií osobních automobilů

Rostoucí požadavky na snižování spotřeby pohonných hmot a emisní limity vytvářejí soustavný tlak na snižování hmotnosti karoserií. Druhou alternativou, která se nadále rozvíjí, je rozšířené nasazení alternativních hybridních pohonů automobilů, zejména kombinace spalovacích motorů s elektropohony. Nedodržení emisních limitů osobních automobilů 95 g/100 km by mělo být od roku 2020 navíc finančně postihováno. Jak ukazují aktuální problémy koncernů Volkswagen Group a Citroen, je tato problematika rozšířena ještě o NOx. Je však zřejmé, že se to týká prakticky všech výrobců osobních i nákladních vozů. Tato problematika je zásadní s ohledem na vyráběné množství. V konstrukci letadel, raket a vesmírné techniky je řada nových výrobních technologií již delší dobu používána. Je to nejenom otázka vhodných materiálů, jejich dostupnosti a možností použitých výrobních technologií. V souvislosti s lehkými konstrukcemi všechny tyto oblasti stojí před dlouhodobým a zásadním rozvojem.

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?

Vždy se snažíme konkurenci předběhnout

Špičkový výzkum a transfer high-tech technologií do medicínské, průmyslové a environmentální praxe s důrazem na mezinárodní spolupráci je hlavním cílem Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM), vědecko-výzkumného pracoviště Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.

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.

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.

Lehčí a čistější řezání vysoce pevných dílů

Automobilový průmysl řeší u karoserií především nízkou hmotnost a bezpečnost při nárazu. Proto se na vybrané části karoserie používají vysoce pevné ocele schopné tváření za tepla. Typickým příkladem je nový VW Golf VII. Při řezání vysoce pevných ocelí se s výhodou používá laser.

Tváření titanových trubek vnitřním přetlakem za tepla

Titan jako konstrukční materiál sice nabízí skvělé vlastnosti, je však drahý a jeho zpracování tvářením je technologicky a časově náročné, a nákladné. Novou ekonomickou technologii tváření titanových trubek pro automobilové výfukové systémy představil společný výzkumu dvou Fraunhoferových ústavů na říjnovém veletrhu EuroBLECH 2012 v Hannoveru.

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.

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.

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