Témata
Reklama

Nosné kovoplastové díly pro lehké konstrukce

Při návrhu nosných dílů složených z kovu a plastů je třeba optimalizovat jejich konstrukci tak, aby bylo možno zvýšit jejich únosnost při současném snížení hmotnosti. Tyto prvky sestávají z tvářených, lisovaných nebo vystřižených plechových dílů vyztužených žebrováním z plastů, které navíc umožňuje integraci funkčních prvků. Jejich první aplikace již byly realizovány v automobilovém průmyslu.

Nosné spojované prvky z plechových profilů a plastů poskytují nové možnosti při vytváření lehkých konstrukcí. Tyto hybridní díly mají takové vlastnosti, kterých nelze docílit použitím jednotlivých materiálů. Výběr materiálů a výrobní tolerance jsou však úzce vymezeny s ohledem na to, že spojení kovu a plastu musí být trvalé, což klade i specifické požadavky na konstrukci nástrojů.
Reklama
Reklama
Reklama

Zvýšení stability hybridních profilů

Aby bylo možno zvýšit namáhání dílu při současném snížení jeho hmotnosti, je nutno využít konstrukčních možností obou materiálů, tedy jak kovu, tak i plastů. Základní technologií je v první řadě tváření (např. hluboké tažení) a vystřižení kovového dílu a jeho opatření plastovým žebrováním. Únosnost hybridního profilu byla ověřena na vzorcích a porovnána s celokovovým provedením. Chování hybridních dílů je silně závislé na způsobu a směru zatížení. Bylo zkoumáno deformační chování při namáhání ohybem, při zatížení tlakem v podélném směru a při torzním namáhání.
Ve spolupráci s firmou Bayer AG Leverkusen byla vyrobena vstřikovací forma na výrobu žebrovaných trojrozměrných hybridních struktur (hybridních nosníků s kovovým U-profilem), která umožňuje zkoumat únosnost a stálost rozměrů v závislosti na technologii a konstrukci kovoplastových konstrukcí a na upevnění a vlastnostech materiálů. Takto byla analyzována různá provedení hybridních prvků pro optimalizaci plastového žebrování. Porovnáním různých provedení lze optimálně využít konstrukčních možností a vlastností obou materiálů pro určité druhy zatížení.

Deformační chování profilů

První obrázek znázorňuje příklady deformačního chování různých profilů při namáhání ohybem. Pokusy byly prováděny v rámci zvláštního výzkumného oddělení 396 při katedře technologie plastů Univerzity Erlangen-Norimberk. Jak tuhost, tak i únosnost otevřeného plechového profilu i čistě plastového profilu je podle očekávání nízká. U otevřeného plechového profilu dochází při zatížení ohybem k předčasnému vyboulování a rozšiřování vzdáleností obou okrajů. Oproti tomu uzavřený plechový profil vykazuje při zatížení ohybem vyšší únosnost, která je však značně překonána v případě hybridního profilu. Rozhodujícím činitelem je zde plastové žebro, jež umožňuje vyšší stabilitu plechového profilu a zabraňuje deformaci obou okrajů.
Na druhém obrázku jsou znázorněny závislosti velikosti krouticího momentu na úhlu zkroucení pro různé profily při torzním namáhání. Analogicky jako u ohybového namáhání je únosnost otevřeného plechového profilu i čistě plastového profilu nízká. Hybridní profil má však značně vyšší tuhost a maximální krouticí moment. Stejně tak je deformace obou okrajů plechového profilu díky plastovému žebrování podstatně menší.
Při tlakovém zatížení v podélném směru se profil deformuje již při působení malé síly. U nosných hybridních prvků má rozhodující význam jak konstrukce plechového profilu, tak i žebrování z plastu. Plastová komponenta slouží kromě tzv. funkční integrace i k zabránění změn v geometrii plechového dílu. Tím lze v praxi lépe využít teoretické únosnosti plechového dílu.

Možnost racionální výroby komplexních modulů

Integrací rozmanitých doplňkových funkcí při vstřikování otevírá hybridní technika slibný racionalizační potenciál pro výrobu komplexních montážních modulů. Prvními velkosériově vyráběnými hybridními díly v automobilovém průmyslu jsou od konce r. 1997 čelní díly pro Audi A6 z ocelového plechu a plastu PA 6-GF 30. Při výrobě tohoto hybridního dílu jsou vložena upevňovací pouzdra pro uložení motoru a jiné upevňovací prvky společně s hlubokotaženým plechem do vstřikovací formy a obstříknuty. Hlavním záměrem nové koncepce čelního dílu bylo snížení nákladů, rovnoměrná vysoká kvalita a minimalizace hmotnosti dílu. Mimo vysoký stupeň funkční integrace váží nový čelní díl asi o 1 kg méně než dříve používané provedení vyztužené skelnou rohoží, které bylo navíc třeba následně vyztužit ještě jedním kovovým nosníkem. Nový způsob výroby je podstatně jednodušší. Díl mimoto slouží i jako nosník pro chladicí agregáty olejového a vodního chladicího okruhu a pro díly klimatizace.
Další hybridní strukturou je čelní díl pro Ford Focus. Od října 1998 jej sériově vyrábí firma Dynamit Nobel. Do nástroje se uloží tři tvářené plechové profily o tloušťce 0,5 mm a jsou obstříknuty plastem PA 6-GF 30. Mimo ztužovací žebra pro stabilizaci přední části vozidla je do předního dílu při vstřikování integrována celá řada komponent, např. úchyty pro chladič a trysky ostřikovačů, zámek kapoty či úchyty pro hadičky. Náhrada čistě kovového dílu hybridním dokonce umožnila i významné snížení hmotnosti a nákladů na výrobu, a to zvláště při konečné montáži.
Již provedené pokusy ukázaly, že hybridní díly mohou splňovat nerůznější požadavky. Díky oběma citovaným velkosériově vyráběným čelním dílům pro Audi A6 a Ford Focus se tato technologie mohla úspěšně etablovat. Dalšími potenciálními aplikacemi jsou příčné nosníky rozvodné skříňky pod palubní deskou, postranní dveře, zadní kapoty, sedadla, dále přístroje pro domácnost a komponenty pro strojírenskou výrobu. Ve stavebnictví lze hybridní díly uplatnit např. při výrobě nosníků pro bednění či kompletních systémů bednění pro stropy.

Výzkum pokračuje

Katedra technologie plastů má k dispozici dva nástroje pro zkoumání hybridní techniky: jeden pro kovoplastové T-prvky, druhý pro kovoplastové prvky s U-nosníky, zmíněné v tomto článku. Pomocí těchto nástrojů lze zjišťovat posun, pevnost spojení a soudržnost spoje v závislosti na technologii vytváření plechové struktury, uložení a kombinaci použitých materiálů. Vzhledem k vlastnímu pnutí a posuvům hybridní struktury je velmi důležitý koeficient tepelné dilatace a tuhost plastů v závislosti na teplotě a je třeba je zjistit za účelem výběru plastů pomocí TMA a DMTA.
Další výzkumy se provádějí pro zjištění vlivů geometrie spojení a technologických parametrů na pevnost v ohybu a torzní únosnost. Plánované testy na změny teploty a dynamické zkoušky ohybového a torzního namáhání budou mít velký význam pro automobilový průmysl.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 10124
Datum: 31. 01. 2001
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Podnikové výzkumné centrum formuje budoucnost vývoje materiálů

Eureka je aplikační laboratoř společnosti JSP, výrobce materiálu Arpro, která nabízí vývoj a výrobu prototypů, jejich testování a ověřování prvních sériových výrobků. Umožňuje dokonce experimenty s technologiemi, jako je například laminace či zalisovávání vkládaných dílů s možností ověření 3D tolerancí.

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý, už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Související články
Ambiciózní projekt: Vývoj a výzkum nanomateriálů

Jedním z nejrychleji se rozvíjejících oborů současnosti jsou obory zabývající se nanomateriály a nanotechnologiemi. Tato velmi perspektivní disciplína nachází široké uplatnění ve všech oborech lidské činnosti. Jde však o vědní obor velmi mladý, takže principy výroby, aplikací a jejich zkoušení nejsou dosud dostatečně popsány. A to byl právě impulz pro vznik Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace v Liberci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Úspěšný vývoj technologií pro zpracování termoplastových kompozitů

Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.

Plasty a kompozity v inovaci strojírenských výrobků

Plasty a kompozity s polymerní matricí přinesly revoluci v materiálových přístupech ke konstrukci strojírenských výrobků a zařízení. Nepřetržitě probíhající materiálové inovace v oblasti plastů a kompozitů spoluvytvářejí inovativní řešení ve strojírenství. Reagují na potřeby strojírenského průmyslu a stávají se kontinuálním procesem s jasnou perspektivou do budoucna.

Plasty pomáhají modernizovat strojírenství

S pokračujícím vývojem nových materiálů se mění i materiálová skladba strojírenských výrobků a zařízení. V současné době si již nelze rozvoj téměř všech strojírenských odvětví bez použití plastových materiálů představit. Vývoj pak ukazuje, že plasty budou hrát ve strojírenství stále významnější úlohu.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

Kompozity s přírodními vlákennými plnivy kokosu

Polymerní materiály a jejich kompozity patří k nejprogresivněji se rozvíjejícím materiálům. Mezi polymerní materiály s prudkým rozvojem patří aplikace přírodních vláken (NF) do syntetických matric.

Úloha 3D tisku při vývoji kompaktních stavebních strojů

O rapid prototypingu, respektive 3D tisku se v poslední době hodně mluví. Jaké je ale jeho skutečné praktické uplatnění? Na to jsem se zajel podívat do vývojového centra společnosti Doosan Bobcat Engineering v Dobříši.

Lehký materiál s vysokou schopností absorpce energie

ARPRO je materiál vhodný pro řízení energie nárazu, který se vyznačuje unikátní kombinací vlastností, jako jsou schopnost absorpce energie, strukturální pevnost při velmi nízké hmotnosti, chemická odolnost, dobré tepelně- a zvukověizolační vlastnosti a recyklovatelnost.

Náhrada kovů snadno a lehce

V roce 1991 společnost EMS-Grivory uvedla na trh materiály Grivory GV a otevřela tak nové možnosti k náhradě kovů. Od té doby vývoj těchto materiálů nepřetržitě pokračuje a hranice jejich možností jsou tak neustále posouvány.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

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