Témata
Reklama

Výroba trojrozměrných nástrojů pro ostřihování dílů karoserií

Velké nástroje, které jsou používány v automobilovém průmyslu k ostřihování dílů karoserií, mohou být vyrobeny metodou řezných segmentů strojně broušených nahotovo pomocí metody otisku. Jednotlivé segmenty spodního dílu ostřihovacího nástroje jsou strojně obrušovány podle obrysu horního dílu nástroje, který se nechá otisknout v pryskyřici a zatvrdnout

Současným trendem je výroba karoserií ze stále menšího počtu dílů. Důsledkem toho je, že jednotlivé díly jsou stále větší a z pohledu tvářecí techniky komplikovanější a náročnější na výrobu. Současný stav techniky dnes umožňuje vyrobit z jednoho dílu celou boční stranu osobního automobilu. Z hlediska výroby nástrojů postačuje méně sestav nástrojů, které se však nutně skládají z více jednotlivých součástí. Celé nástroje dnes dosahují rozměrů až 4,5 x 2,5 m a hmotnosti až 45 tun (viz obr. 1 a 2). Díky vyššímu stupni tváření dílu karoserie a požadavku na vyšší kvalitu je nástroj náročnější na vlastní výrobu.
Reklama
Reklama
Reklama

Ostřihování velkoplošných dílů karoserie

Požadavky na vyšší kvalitu dílů karoserie a jejich rozměrové opakovatelnosti se týkají nejen lisovacích, ale zejména ostřihovacích nástrojů. Požadavky na přesnost se u obou typů nástrojů pohybují v oblasti setin milimetru. Přesnost funkce ostřihovacích nástrojů je ovlivňována následujícími faktory:
· nepřesnost řezné mezery;· horizontální posunutí;· průhyb rámu lisu; · elasticita;· teplotní roztažnost; opotřebení.
Celková hodnota nepřesnosti smí být nanejvýš tak velká, aby byl zaručen spolehlivý průběh výroby dílů z plechu v odpovídající kvalitě. Největší podíl na celkové odchylce mají horizontální posunutí a průhyb rámu lisu. Pro snížení vlivu těchto dvou faktorů na minimum je třeba ve výrobě používat stabilní rámy lisu pro jistější vedení beranů nebo náročnější vedení nástroje. Vzhledem k vysokým nákladům je téměř nemožné splnit obě podmínky současně.V současnosti byl prováděn speciální výzkum střižných mezer. Ukazuje se, že hodnoty střižných mezer hrají u velkých nástrojů významnou roli. Cílem je vytvořit co největší možnou střižnou mezeru na nástroji a povolit tak co největší horizontální posunutí při lisování nástroje. To je pak spojeno s dalším požadavkem, aby střižnámezera na nástroji byla co nejvíce pravidelná, stejnoměrná.

Přesnost ostřihovacích nástrojů a plechových dílů

Funkční přesnost ostřihovacích nástrojů je závislá na šířce střižné mezery, která závisí na tloušťce plechu. V automobilovém průmyslu se pro střižnou mezeru velkých nástrojů doporučují různé hodnoty ležící mezi 5 až 10 % tloušťky plechu. To při nejpoužívanějších tloušťkách plechu 0,65 až 1 mm odpovídá velikosti střižné mezery od 0,0325 do 0,1 mm (viz obr. 3). Při zdvihání beranu dochází u lisu k horizontálnímu posuvu horní části nástroje vůči dolní a je-li tento přesah větší než střižná mezera, střižné hrany se setkají. To způsobuje silné opotřebení a následné vyštipování střižné hrany. Výsledky výzkumu ohledně nejvhodnější šířky střižné mezery zatím nedávají přesnou odpověď. Čím je ale střižná mezera na nástroji opracovaná přesněji, tím větší může být přípustné horizontální přestavení při výrobním procesu. Z tohoto důvodu je snaha nepřesáhnout u úzkých střižných mezer hodnoty odchylek ±0,01 mm a u širokých střižných mezer ±0,02 mm.
U finálních vystřižených obrysů dílů karoserie smí díl vykazovat odchylky v tolerancích mezi ±0,2 mm až ±0,5 mm (viz obr. 4). Přesnost ostřihovacího nástroje z hlediska funkčnosti pak musí být minimálně desetkrát vyšší, než je předepsaná přesnost dílu. Tuto skutečnost využívali kvalifikovaní nástrojáři-brusiči při konečném opracovávání ostřihovacích nástrojů ručními bruskami v tušírovacím lisu. Tento brusič pak přizpůsoboval vrchní díl nástroje s vyfrézovanou konturou s dílem spodním. Jeho úkolem bylo pouze upravit střižnou mezeru. Nepřesnost, kterou pak na obrysu nástroje ponechal, se vešla do povolené tolerance hotového dílu karoserie. Na stejném principu je založen i nový postup s tím rozdílem, že pomocí strojního broušení lze dosáhnout přesnosti z hlediska funkčnosti v oblastech setin milimetru.V praxi je snahou pomocí CNC frézek strojně nahotovo opracovat konturu jak na horním díle nástroje, tak i celý obrys ostří na dolním dílu nástroje, a následně do sebe složit funkční části obou dílů nástroje. Pro zaručení rovnoměrnosti střižné mezery musí být dodrženy odchylky v rozmezí ±0,01 mm. Do jakých problémů s tolerancemi se tímto dostáváme, ukazuje srovnávací tabulka na obr. 5. Při tomto způsobu konečného opracování se přidávají tolerance stroje, chyby při nastavování poloh a doposud nezmiňovaná tepelná roztažnost v průběhu tepelného zpracování. Největší odchylka v rozsahu ±0,01 mm u velkých nástrojů s rozměry do 4,5 x 2,5 m se tak ukazuje jako sotva dosažitelná.

Tradiční výroba obrysových tvarů na ostřihovacích nástrojích

Předhotovené střihací elementy se přišroubují a zakolíkují na horní díl nástroje. Kompletní tvar obrysu se vyrobí kopírovacím frézováním nebo pomocí CNC frézky podle dodaných hodnot hotového dílu karoserie nahotovo. Pak se segmenty demontují, ostré hrany se doobrobí a segmenty se zakalí a případně znovu opracují. Po opětné montáži je vrchní díl nástroje z hlediska výroby hotov. Vrchní a spodní části nástroje se pak složí do sebe a zabudují do tušírovacího lisu. Do dolní části nástroje je horním zakaleným dílem vtlačen otisk a spodní díl je pak ručními brusiči postupně přizpůsobován a upravován (viz obr. 6). Střihací mezera je přitom pomocí spároměrek postupně doopracovávána. Ačkoliv nástroj takového druhu je opracováván zkušeným brusičem, přesto vykazuje střižná mezera nepřesnosti v rozmezí ±0,1 mm.

Výroba obrysových tvarů pomocí odlévání a strojního broušení

Horní díl nástroje je při využití nové metody vyroben dle tradičního postupu – tvarově se ofrézuje, střihací segmenty se odmontují, zakalí a případně doopracují. Pak se nástroj opět složí z horního a dolního dílu dohromady. Podle následujícího patentovaného postupu výroby tvarů se hotový obrys horního dílu nástroje přenese na dolní díl pomocí odlévané pryskyřice (obr. 7). Nejprve se na horní díl nalepí lepicí páska a nanese se základní vrstva z umělé pryskyřice. Po vytvrdnutí, které trvá asi 20 minut, jsou oba díly od sebe odděleny. Odstraní se lepicí páska a oba díly se natřou druhou vrstvou umělé pryskyřice. Při opětovném najetí k sobě se vtlačí umělá pryskyřice do vzniklé umělé mezery. Tímto způsobem se otiskne obrys hotového horního dílu na střihací segmenty dílu spodního s nepřesností menší než 0,01 mm. Tato přesnost je zachována i tehdy, pokud je obrys komplikovaně trojrozměrný nebo pokud střihací pohyblivá část je uspořádána prostorově zešikma. Výše popsaná technika vytváření obrysu se může provádět jak v tušírovacím lisu, tak i mimo něj pomocí jeřábu. Po vytvrdnutí umělé pryskyřice se nože vymontují a pomocí profilovací brusky obrousí (obr. 8). Podle složitosti tvaru obrysu jsou komplikované tvary opracovány pomocí optiky brusky a jednodušší pomocí CNC Teach In provozu (obr. 9). Nejprve je odbroušena plocha s umělou pryskyřicí na úroveň tzv. nulového tvaru. Poté je celý tvar obrysu paralelně posunut tak, aby vznikla přesně stanovená šířka střižné mezery. Střižné segmenty jsou následně namontovány a nástroj je připraven k použití. Při tomto postupu se může tolerance střižné mezery pohybovat v mezích ± 0,01 mm.
Významné výhody tohoto výrobního procesu spočívají především v rozměrové přesnosti při zachování vysoké kvality povrchu střižné hrany a v rovnosti směru střihu. Neúmyslné zvětšení střižné hrany je přitom vyloučeno.Takto je možné opracovat i velmi komplikované tvary obrysů. Na obr. 10 jsou ještě jednou shrnuty důležité body popsaného postupu. Jelikož jsou střihací segmenty broušeny v demontovaném stavu, nehraje velikost celého ostřihovacího nástroje žádnou roli a střižné segmenty jednoho nástroje je možné opracovávat na několika profilovacích bruskách současně.

Závěrečná úvaha

Hospodárnost této metody broušení byla testována u jednoho známého automobilového výrobce. Zjistilo se, že nová metoda je o něco časově náročnější než dosavadní metody, avšak výrazně vyšší kvalita povrchů přináší podstatně delší životnost takto vyrobených ostřihovacích nástrojů. To má za následek menší četnost výpadků nástrojů, ale zejména zkrácení prostojů lisů při poruchách. I když tyto výhody jsou zcela zřejmé, nebyly doposud přesně kvantifikovány. Při dalším vývoji těchto metod se plánuje použití nějakého přípravku nebo zařízení k získání otisku pomocí nanášení pryskyřice, aby byl odlitek snáze a rychleji vyrobitelný. Další možné vylepšení spočívá ve zvýšení výkonnosti profilovací brusky její speciální úpravou. Všeobecně rozšířené mínění, že je možné dosáhnout opracování celých střižných obrysů na CNC frézkách nahotovo, je mylné. Je možné to dokázat srovnáním s výsledky výše popsané metody broušení.
S. Dlouhy, Ing. G. Maure
Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 30738
Datum: 16. 07. 2003
Rubrika: Výroba / Tváření
Autor:
Firmy
Související články
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.

Související články
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
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Trendy v tváření: Víceosá řídicí technika pro válcování profilů

Na příkladu novodobého stroje k výrobě nosníků nákladních automobilů profilováním lze vysvětlit výrobní řetězec konstrukce výrobku, konstrukce nástrojů, simulace výroby, vývoj regulace i praktické ověření v průmyslové výrobě.

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.

Efektivní procesy ve skladu i ve výrobě

Lisování, řezání laserem, ohraňování – seznam výrobních prací v průmyslu zpracování plechu je dlouhý. Stále více výrobců proto zadává tyto úkoly tzv. job shopům (výrobním dílnám), aby se mohli koncentrovat na svůj hlavní předmět činnosti. Požadavky na výrobní podniky jsou odpovídajícím způsobem vysoké. Kromě flexibility a rychlosti je základním předpokladem dobrý poměr ceny a výkonu. Aby mohly pracovat efektivně a se ziskem, jsou job shopy stále více odkázány na optimálně koordinované a automatizované procesy ve skladování a ve výrobě. Moderní metody zásobování a centralizace celé skladové logistiky přitom nabízejí mnoho výhod.

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.

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.

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.

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.

Zvýšení produktivity, efektivity a kvality kovových výlisků

Výrobní společnost ANC Components a výzkumná společnost Comtes FHT spolupracují na výzkumném projektu Eureka s cílem zefektivnit výrobní proces a zvýšit produktivitu a kvalitu přesně lisovaných dílců a plně eliminovat dodatečné sekundární operace. Výsledky ze čtyř etap zmíněného projektu přinášejí rentabilitu technologie přesného střihu a konkurenční výhodu společnosti ANC Components v této oblasti. Řešení projektu bylo již dříve prezentováno ve vydání MM 10/2012, MM 1, 2/2015 a dále v Hutnických listech 4/2013.

Vodní paprsek s CNC řízením

Řezání vodním paprskem poskytuje uživatelům oproti jiným způsobům řezání, jako je řezání pilou nebo plazmatem, kdy je obrobek namáhán tepelně nebo mechanicky, mnoho výhod. Při použití vhodného CNC řízení lze řezat tvrdé ne-bo měkké materiály přesněji a operativněji.

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