Témata
Reklama

Technologie tailored blanks

Technologie tailored blanks využívá lisování polotovarů svařených ze dvou a více materiálů rozdílných vlastností. To kromě jiných výhod přináší podstatné snížení hmotnosti finálního dílce, ovšem za cenu značné technologické náročnosti.

V roce 1991 se spojilo 33 největších světových výrobců oceli a vytvořilo konsorcium, jehož účelem byla garance projektu ULSAB (Ultra Light Steel Auto Body). Cílem tohoto projektu bylo vyrobit karoserii automobilu s výrazně nižší hmotností než u běžně vyráběných. Dalším cílem bylo snížení nákladů na výrobu této karoserie. V rámci projektu byla vyvinuta technologie tailored blanks, která se postarala o to, že projekt dopadl úspěšně. Osmdesát procent dílů použitých k výrobě prototypové karoserie bylo vyrobeno z vysokopevných ocelí. Na vnější části byla použita dvoufázová ocel Dual Phase 350/600 o tloušťce 0,6 mm. Na nosné části rámu vyráběné metodou hydroformingu byla použita dvoufázová ocel Dual Phase 500/800 o tloušťce 1 mm. Vyvinutá karoserie vážila 213 kg, což znamenalo padesátiprocentní úsporu hmotnosti. Konečná cena prototypu karoserie byla 965 USD.
Reklama
Reklama
Reklama

Základní princip technologie

Tailored blanks lze přeložit jako "přístřihy vyráběné na míru". Jde o polotovary svařené ze dvou a více materiálů s rozdílnými vlastnostmi. Příklad náhrady klasického přístřihu plechu přístřihem tailored blanks je na obr. 1. Tyto materiály mohou mít rozdílnou pevnost, rozdílnou tloušťku nebo rozdílnou povrchovou úpravu. Užitím polotovarů tailored blanks dochází ke snížení hmotnosti a ke snížení ceny karoserie, což s sebou na druhé straně přináší vyšší požadavky kladené na nástroje, jakož i jejich vyšší cenu.

Zařízení pro svařování tailored blanks

Při výrobě se používá buď švové svařování nebo svařování laserovým paprskem. Výhodnější z obou technologií je svařováním laserem. Tato technologie vytváří svary, u nichž svarová housenka nepřesahuje základní materiál, čímž odpadají problémy vznikající při lisování švově svařených tailored blanks. Další výhodou je, že laser vytváří velmi malou tepelně ovlivněnou zónu.
Pro svařování se nejčastěji používají dva typy laserů: plynové nebo pevnolátkové. Plynové lasery (směs plynů He+CO2+N2) pracují v plynulém režimu na vlnové délce 10,6 ?m a dosahují výkonu 0,3 až 25 kW. Pevnolátkové lasery pracují v pulzním režimu - to znamená, že vyrábějí spoje podobné bodovým svarům, ale s úplným provařením. Dosahovaná energie pulzu je 1 ÷ 100 joulů při době trvání pulzu 1 ÷ 10 ms.

Klasické nástroje při tváření tailored blanks

Při tváření se používají jak konvenční nástroje, tak nástroje speciálně vyvinuté pro lisování polotovarů tailored blanks. Obě skupiny nástrojů mají své přednosti a nedostatky. Použití klasických nástrojů je značně limitováno tím, že se jedná o polotovar, který se skládá ze dvou a více materiálů. Z obrázku 2 je patrné, že nevýhoda použití klasických nástrojů spočívá v neúplném dosednutí přidržovače na tenčí část polotovaru. Proto byly klasické nástroje upraveny tak, že na nich byly vytvořeny stupňovité tvarové plochy, které kompenzují rozdílnou tloušťku polotovaru. U takovýchto nástrojů se mění kvalita přidržování následkem rozdílných tolerančních polí na rozdílných tloušťkách plechu. Dochází potom k neúplnému dosednutí přidržovače na tenčí část polotovaru, v jehož důsledku nebude vyvíjený přidržovací tlak dostatečně veliký, což může způsobovat problémy během procesu lisování. Mohou vzniknout dva druhy vad:
  • lomy - při posunutí tlustší části polotovaru směrem k hraně, ve které se mění tloušťka mezery mezi horní a dolní částí nástroje, může dojít k lomu (viz obrázky 3 a 4);
  • zvlnění - při posunu svaru směrem od drážky dochází ke vzniku nepříjemného zvlnění.
  • Nekonvenční nástroje
    Pro odstranění nevýhod konvenčních nástrojů byly vyvinuty nástroje s elastickým přidržovačem, používající elastomerovou desku, umístěnou pod pružnou plochu přidržovače. Pružná plocha může být vyrobena například z tenké pružinové oceli. Princip metody spočívá v tom, že elastický přidržovač během procesu přidržování dosedne na obě plochy plechu a dojde k jeho vytvarování podle tvaru polotovaru. Tím je zajištěno optimální přidržení obou polovin plechu.
    Druhou možností je použití nástrojů s děleným přidržovačem, které umožňují nejlépe kompenzovat rozdílné tloušťky polotovaru. Jednotlivé části přidržovače jsou přizpůsobeny rozdílné tloušťce polotovaru, jak ukazuje obrázek 5. Tím jsou obě části polotovaru optimálně přidržovány a nedochází tudíž k žádným problémům během lisovacího procesu. Nástroje s děleným přidržovačem umožňují optimální nastavení přidržovací síly odděleně pro každý segment. Toho se s výhodou využívá tehdy, pokud je každá část polotovaru z materiálu o rozdílné pevnosti. Při lisování lze s výhodou využít mnohabodové podepření pružným systémem umístěným v lisovací desce.
    Pro dosažení optimálnějšího přidržení lze použít nástroj s děleným přidržovačem podepřeným dusíkovými válci, který je však z uvedených nástrojů nejnákladnější. Jeho schéma je na obrázku 6. Jednotlivé části přidržovače jsou zde podepřeny systémem dusíkových válců, což umožňuje optimalizovat přidržovací sílu.

    Přednosti a nevýhody technologie tailored blanks

    Z uvedených poznatků vyplývá, že jde o velice perspektivní technologii, které se zejména v automobilovém průmyslu začíná využívat ve stále větším měřítku. Její použití i v jiných oblastech průmyslu je omezeno nevýhodami, mezi něž patří zejména:
  • vysoká cena speciálních nástrojů;
  • náročnost procesu na technologické znalosti;
  • vysoké náklady na provoz svařovacích laserů;
  • vyšší nároky na používané stroje.
  • To omezuje použití polotovarů tailored blanks jen na velké série výrobků, pro něž budou náklady vložené do technologie rentabilní. Technologie zároveň přináší značné výhody, jež mohou nad uvedenými nevýhodami převážit, a to zejména:
  • snížení nákladů na materiál;
  • snížení hmotnosti finálního dílce;
  • možnost kombinování výhodných vlastností několika materiálů.
  • Technologie tailored blanks je tím předurčena k dalšímu vývoji a její vývoj rozhodně nedospěl do mrtvého bodu.
    Reklama
    Vydání #7,8
    Kód článku: 20719
    Datum: 16. 07. 2002
    Rubrika: Inovace / Tváření
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Termomechanické zpracování

    Globální svět s možností volného cestování a neomezeného přístupu k informacím s sebou přináší riziko chybných nebo nepřesných překladů odborných pojmů z jiných jazyků. Ve své praxi vysokoškolského lektora s předchozí zkušeností technologa se setkávám zejména v posledních letech se značným rozvolňováním odborných pojmů, které mohou vést až k matení odborné veřejnosti. V tomto příspěvku se pokusím stručně shrnout přehled a podstatu technologických postupů, označovaných v češtině pojmem termomechanické zpracování (TMZ, resp. TMP, z anglického thermomechanical processing, což odpovídá též pojmu thermo-mechanical treatment – TMT).

    Optimalizace tvaru nástroje pro válcování

    V současné době je velmi vyhledávaným strojem válcovačka typu ULS. A s rozvojem elektromobility se jeví velmi pravděpodobný požadavek na zvyšování produkce hřídelových součástí. Společnost Šmeral Brno se proto rozhodla inovovat a zlepšit nejen stroj ULS, ale i samotný proces tvorby nástrojů příčného klínového válcování (PKV).

    Kapalina jako tvářecí medium

    V dnešní době je stále více kladen důraz na sofistikovanost i ekonomickou efektivnost výrobních procesů. Současně je žádána výroba stále složitějších tvarů, vyplývajících především z designových návrhů lisovaných součástí, které dříve nebyly řešitelné jako např. výroba negativních tvarů, složitě prostorově i tvarově orientovaných trubkových dílců apod. V tomto případě lze s výhodou, namísto pevných konvenčních nástrojů, využít výrobní metody zaměřené na nepevné nástroje, jako je např. kapalina.

    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
    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.

    Co je nového v tvářecí technice

    Oblast plošného tváření je dynamicky se rozvíjející segment výroby dílců z plechu. Mezi technologií a stroji byl v minulosti veden neustálý boj. Vždy se podařilo vyvinout technologii, která o kus dál posunula hranice zpracování těžko tvářitelných materiálů nebo tvarově složitých dílců. Velkou roli v tomto rozvoji technologií plošného tváření vždy hrál automobilový průmysl, který neustále zvyšoval požadavky na komplikovanější tvary v souvislosti s fantazií designérů.

    Vliv materiálu na kvalitu výlisku

    Kvalita vstupního materiálu významně ovlivňuje výslednou kvalitu výlisku. Ověřování jeho vlastností je možné provádět různými zkouškami, mezi něž patří ověřování jeho mechanických vlastností či technologické zkoušky.

    Nová řada vysekávacích lisů kombinovaných s laserem

    V souladu s tradicí soustavného rozvoje produktových řad uvedla společnost Prima Power na trh kompletní novou generaci servoelektrických vysekávacích lisů kombinovaných s laserem.

    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.

    Metodika kompenzace odpružení u velkoplošných karosářských výlisků

    Dnešní doba je charakterizována rychlou reakcí na akceschopnost a poptávku a klade vysoké požadavky na konečné nízké provozní náklady a vysokou kvalitu všech výrobků. V ideálním případě by měly být výlisky vyráběny bez defektů. Takto dokonalého stavu ovšem není možné zatím dosáhnout. Již v minulosti bylo řadou autorů popsáno početné množství defektů, u kterých se dnes ví, jaký přístup pro jejich predikci a eliminaci zvolit. Jedná se například o zvlnění materiálu, vyčerpání plasticity, iniciace trhliny, ztenčení materiálu aj.

    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.

    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.

    První krok od ohraňovacího lisu k servo-elektrické ohýbačce

    Požadavky na trhu se mění a zpracovatelé stále více čelí situacím, kdy jsou velké série a objemy nahrazeny potřebouči poptávkou vyrábět malé série, navíc postavené na bázi just-in-time dodávek.

    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.

    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