Témata
Reklama

Lehké konstrukce automobilů - Specifické povlaky hlubokotažných ocelí

Na konstrukční materiály používané při stavbě automobilové karoserie jsou kladeny mimořádné požadavky. Specifické podmínky musejí splnit zejména vnější povrchové díly karoserie, které jsou nositeli designu vozu a které tím i do značné míry rozhodují o prodejnosti a úspěšnosti daného modelu. Kromě základních mechanických podmínek musejí povrchové díly splnit perfektní lakovatelnost, mimořádnou korozní odolnost, ale také musejí mít schopnost bezproblémového zpracování – ať už lisováním, nebo rozmanitými technologiemi spojování, jako je laserové pájení a lepení.

Trendy v oblasti povrchových úprav tak směřují různými směry. Obecně je možné klasifikovat povlaky na technologické ovlivňující tváření a povlaky zvyšující korozní odolnost. Článek si klade za cíl představit základním způsobem obě tyto tendence.

Reklama
Reklama

Zinkohořčíkové povlaky

Zinkem pokovené oceli patří dodnes ke klíčovému konstrukčnímu materiálu široce užívanému v automobilovém průmyslu, zejména v hromadné produkci automobilové karoserie. Zinkový povlak zaručuje vozidlu korozní ochranu po dobu provozu vozidla a zvyšuje tím do značné míry jeho životnost. Principiálně se uplatňují dvě technologie aplikace zinkového povlaku – elektrolytická a žárová. Obě technologie využívají obecně nelegované zinkové slitiny. V případě žárového pokovení je roztavená lázeň legovaná kontrolovaným množstvím hliníku nebo křemíku k potlačení formování zinkoželeznatých intermetalických fází, což se odráží i ve zvýšení přilnavosti povlaku k oceli. Hliník a případně křemík segreguje na hranici mezi ocelí a zinkem a tvoří tak přirozený přechod mezi oběma materiály. Obě technologie jsou přizpůsobené k hromadné produkci oceli a reflektují požadavky dynamické výroby automobilů. Trendy poslední doby ukazují preference technologie žárového zinkování, zejména s ohledem na příznivější cenu polotovaru i environmentální podmínky.

Výsledky intenzivního solného korozního testu. Porovnání povlaku ZM90 a běžného zinkového povlaku Z100 na konkrétním díle automobilové karoserie (Škoda Auto).

Korozní odolnost kovového povlaku může být zlepšena příměsí jednoho nebo více legujících prvků. Jedním z těchto prvků je hořčík, jehož příměs výrazně ovlivňuje stálost materiálu při působení jak atmosférického prostředí, tak i solného. Zinkohořčíkový povlak (ZM) je na ocel aplikován standardní technologií žárového pokovení. Tento nový typ ZM povlaku je nabízen s různým chemickým složením, zpravidla 1–3 % hliníku, 1–4 % hořčíku a zbytek zinkového obsahu. Nabízen je většinou výrobců oceli pod obchodními názvy jako Zagnelis, Magizinc, ZM EcoProtect, Strongcoat, Corrender apod.

Kromě korozní odolnosti mají ZM povlaky výhodu v samotné zpracovatelnosti. Díky výrazně vyšší tvrdosti povlaku nedochází k intenzivnímu otěru zinku na tažných hranách lisovacích nástrojů. Na druhou stranu ovšem křehkost vrstvy snižuje tvařitelnost materiálu pro tvarově velmi náročné díly.


Graf vyjadřující zvýšení protikorozního účinku zinkohořčíkového povlaku. Magnelis je obchodní název povlaku společnosti ArcelorMittal.
Pro zvětšení klikněte na graf.

Povlaky podporující tváření

Proces hlubokého tažení, kterým se povrchové díly na automobilové karoserii vyrábějí, je ovlivněn souborem rozmanitých podmínek. Jednou z nich je i vazba nástroj-polotovar. Kromě povrchové úpravy nástrojů, kvality a množství maziva či dynamických podmínek je důležitým parametrem i kvalita povrchové vrstvy. Tu lze do značné míry ovlivňovat i specifickými povrchovými úpravami. Jedním z nich je i povlak s obchodním označením NIT (New Inorganic Treatment). Jedná se o povlak aplikovaný na povrch oceli s cílem zlepšit třecí podmínky a konverzní ochranu zinkového povlaku. Výsledkem je pak lepší celková tvařitelnost materiálu, snížená abraze zinku na ostrých hranách a brzdicích lištách nástroje. Tím se redukují prostoje nutné k čištění nástrojů

Povrchová morfologie a chemické složení ZM povrchu tvořené: 1 – čistými zinkovými zrny, 2 – ternárním eutektikem (zinkové dendrity a fáze Zn2Mg).
Porovnání struktur povlaku ZM90 a Z100. Struktura povrchu ZM90 je tvořená: 1 – základním ocelovým podkladem, 2 – binárním eutektikem tvořeným zinkovými dendrity a Zn2Mg, 3 – ternárním eutektikem tvořeným Al fázemi a binárním eutektikem. Povrchová struktura čistého zinkového povlaku není tvořena výraznými fázemi a je složena z čistého Zn – 4.

Chemicky jde o povlak na bázi zinečnatých solí, přičemž typické množství povlaku je okolo 20 mg.m-2. Povlak chemicky nijak nereaguje s olejem během vstupního čisticího procesu materiálu, tzv. praní. Snížení koeficientu tření má za následek redukci množství nutně aplikovatelného maziva a zlepšení samotného tažení. Před procesem lakování dochází k jeho omytí v rámci předúprav a neovlivňuje tím proces kataforetického lakování.

Typická nehomogenní struktura ZM povlaku (VoestAlpine)

Povlaky s podobnými užitnými vlastnostmi nabízí a vyvíjí dnes většina předních ocelářů a tímto směrem se ubírají prakticky všichni producenti automobilů.

Škoda Auto, ČVUT FS v Praze

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

jan.sanovec@fs.cvut.cz

www.fs.cvut.cz

Seznam použité literatury:
[1] HOSKING, N.C.; STRÖM, M.A.; SHIPWAY, P.H.; RUDD, C.D.: Corrosion resistance of zinc-magnesium coated steel. Corrosion science 49 (2007) 36693695.
[2] ArcelorMittal, Magnelis®, Luxembourg, 02/2011, [online], //www.szs.ch/user_content/editor/files/-Downloads_Korrosionsschutz/magnelis_en.pdf
[3] ThyssenKrupp Steel Europe AG, Zinka-Magnesium-beschichtesFeinblech ZM EcoProtect®, Duisburg: www.thyssenkrupp-steel-europe.com, 6 s.
[4] //www.salzgitter.cz/
[5] //www.voestalpine.com/group/de/
[6] Interní podklady ŠKODA AUTO

Reklama
Související články
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.

Dokonale přilnavý povrch v kontinuálním provozu

Polský výrobce brzdového obložení Lumag se obrátil na firmu Rösler s požadavkem na vytvoření povrchu, který zajistí optimální přilnavost pro navazující proces lepení. Výsledkem je komplexní řešení pro odmašťování a omílání nosičů brzdového obložení propojené s vysekávacím lisem.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

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
Výzvy při lisování hliníku

Vzhledem k neustále se zvyšujícím požadavkům na snižování spotřeby paliv automobilovém průmyslu, musí výrobci hledat cesty ke snižování hmotnosti automobilů všech produktových řad. Vedle používání ocelí AHSS a UHSS jsou hliníkové slitiny velmi atraktivní a životaschopnou možností pro výrobce. Novější typy oceli mohou být zpracovány podobným způsobem původně používaným po generace. Hliníkové materiály mají mnoho výhod i nevýhod oproti oceli, které musí být pečlivě zváženy.

Zvyšování výkonů motoru tvorbou povlaku žárovým nástřikem

Snížení hmotnosti vozidla a ztrát třením v pohonném agregátu může pomoci při zlepšování celkové účinnosti vozidla, což je jeden z důvodů, proč mnoho výrobců přešlo na bloky motoru z hliníkové slitiny namísto tradiční litiny. Primární výhodou hliníku je nižší hmotnost. Typické hliníkové slitiny nemají sice obdobné vlastnosti z hlediska opotřebení jako litina, přesto mnoho automobilek věnovalo spoustu času hledání konstrukčních řešení pro odstranění tribologických nedostatků, které se dostavily s hliníkovými bloky válců.

Technologie přesného střihu

Výrobou přesných dílců technologií přesného střihu se zabývá zlínská společnost ANC Components. V současnosti disponuje zařízeními poskytujícími maximální lisovací sílu 4000 kN (? 400 t). Problematika přesného střihu se neustále rozvíjí. Proto v rámci čtyřletého dotovaného projektu Eureka společnosti ANC Components a Comtes FHT řeší zefektivnění a zproduktivnění výrobního procesu spojením zkušeností praxe a výzkumných prostředků. Řešení projektu bylo již dříve prezentováno ve vydání MM 10/2012 a dále v Hutnických listech č. 4/2013.

Směry rozvoje technologií tváření při výrobě karoserií

Stálé požadavky na snižování emisí oxidu uhličitého vyžadují soustavné snižování hmotnosti automobilu. U konvenčních pohonů automobilů lze jít jedině cestou lehčích karoserií. Lehké konstrukce vyžadují zachování crashových vlastností jako u ocelových karoserií.

Automatizace není odpovědí na všechny otázky

Primárním cílem zavádění automatizace a robotizace je nejen zajistit více času, jak jsme si řekli v minulém díle, ale jejím účelem je také usnadnit lidstvu složité a zdraví škodlivé úkoly. Automatizace se nasazuje v oblastech stereotypní a nebezpečné práce. Motivací firem může být i škálovatelnost, maximalizace zisku a v neposlední řadě nižší počet lidských selhání. Tento díl našeho seriálu Fenomén automatizace se zamýšlí nad tím, proč, kde a jak automatizovat, a dalšími otázkami.

Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Prostor pro laserovou automatizace je stále obrovský

Česká společnost Lascam systems se zabývá zejména dodávkami laserových zařízení pro obrábění kovů a plastů. Byla včas u rozvoje moderních laserových technologií a dnes pomáhá firmám s integrací laserových aplikací do výrobních procesů. Podle slov obchodního ředitele společnosti Karola Flimela se považují spíše za dodavatele řešení než distributora jednotlivých zařízení a za největší výzvu považují složité inovativní projekty, které přinášejí nový způsob výroby.

Laserová i optická řešení a mnohem více

Pravidelné podzimní dny otevřených dveří uspořádala pro své současné i potenciální zákazníky koncem září společnost Lascam systems. Po tři dny mohli zájemci o laserové technologie navštěvovat showroom dceřiné společnosti Elya Solutions v Horních Počernicích, kde bylo v provozu více než sedm různých aplikací dceřiných i zastupujících společností. Jednotlivá stanoviště prezentovala široké portfolio aplikací a služeb, jež integrátorská společnost Lascam nabízí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

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