T40 Zastosowanie technik wytwarzania w produkcji pojazdów samochodowych.

Nowoczesne techniki wytwarzania elementów nadwozi samochodowych   Jeszcze do niedawna nadwozie samochodu składało się z blach o jednakowej grubości i najczęściej z blach głęboko tłoczonych. W dzisiejszych czasach elementy nadwozia wytwarza się bardziej zaawansowanymi metodami które dają projektantom większą swobodę oraz większe możliwość pozwalające tworzyć to coraz bezpieczniejsze i lżejsze nadwozia oraz inne elementy karoserii i silnika. Współczesne technologie wytwarzania nadwozi to IHU, TB, TRB.

IHU Innenhochdruck - Umformung Hydroforming czyli formowanie pod wysokim ciśnieniem od wewnątrz umożliwia otrzymanie elementów wzmacniających nadwozie które są wykorzystywane do budowy progów , słupków , ram bocznych, ram szyb i innych. W procesie tym przygotowana wcześniej rura jest wstawiana do matrycy rolę tłocznika przejmuje woda wprowadzana do wnętrza rury pod wysokim ciśnieniem. Ponieważ do budowy nadwozia konieczne jest stosowanie rur o dużej średnicy ( od ok. 60 do 150mm) i relatywnie cienkich ściankach (0,6-1,5mm) to technika formowania ciśnieniowego musi być odpowiednio dopasowana do każdego elementu. Technika IHU jest ciągle rozwijana, jedną z ostatnich nowości jest wytwarzanie tą metodą podłużnic przednich wykonywanych z rury składających się z trzech blach stalowych o różnych właściwościach (np. Chevroleta Corvette i Opel GT). Podłużnice wykonane w sposób konwencjonalny są wykonane z wielu zgrzanych lub pospawanych ze sobą części tłoczonych i wewnętrznych wzmocnień. Te połączenia zgrzewane są potencjalnym słabym punktem podczas crash-testów, poza tym zwiększają one wagę samochodu. W tym przypadku zastąpienie ich elementami wykonanymi w technologii IHU obniża wagę o 15% i poprawia bezpieczeństwo.

W wolnym tłumaczeniu oznacza "mieszankę krawiecką" lub "przycięte na wymiar kawałki". Tak nazywają się wielofunkcyjne pakiety złożone z zespawanych laserowo różnych rodzajów blach, np. głęboko tłocznych, o podwyższonej i najwyższej wytrzymałością także o różnej grubości oraz o różnej powłoce antykorozyjnej. Każdy z tych składników pełni w pakiecie inną funkcję Blacha głęboko tłoczna pochłania energię uderzenia podczas ewentualnej kolizji drogowej. Materiał o podwyższonej wytrzymałości odkształca się wówczas, gdy blacha głęboko tłoczna nie zdołała rozproszyć całej energii zderzenia. Element najsztywniejszy może ulegać najwyżej nieznacznym odkształceniom, gdyż jego zadaniem jest zachowanie tzw. przestrzeni przeżycia w części nadwozia przeznaczonej dla kierowcy i pasażerów.

W nowoczesnych nadwoziach spotyka się również elementy typu tailored blanks służące do miejscowego usztywnienia silnie obciążonych węzłów konstrukcyjnych lub do zmniejszenia ogólnej masy pojazdu dzięki zastosowaniu w mniej obciążonych partiach konstrukcji blach o mniejszej grubości, np. w niektórych częściach płyty podłogowej. Metoda ta jest powszechnie stosowana także w odniesieniu do konstrukcyjnych profili zamkniętych o zmiennych przekrojach, a także podczas tworzenia tzw. stref kontrolowanego zgniotu. Dzięki tym zabiegom nowoczesne nadwozie waży tylko około 450 kg. Przykłady zastosowania: poszycia wewnętrzne drzwi z grubszą blachą w miejscach mocowania zawiasów, słupki B wykonane miejscami z blachy o podwyższonej wytrzymałości, inne zastosowania to pokrywy tylne, osłony boczne komory silnika, podłogi kabiny pasażerskiej. Zauważyć trzeba, że na przykład nadwozie Audi A4 jest zbudowane w 45% ze stali o podwyższonej wytrzymałości. Innym ciekawym zastosowaniem jest wykonanie podłużnicy wykonanej z jednego 3 częściowego arkusza blachy dzięki temu ma zróżnicowane właściwości wzdłuż przekroju i na długości.

Produkcją tailored blanks zajmują się specjalistyczne zakłady metalurgiczne, dysponujące odpowiednimi liniami technologicznymi. Elementy te po uszkodzeniu w trakcie kolizji drogowych nie mogą być naprawiane w warsztatach, lecz tylko wymieniane na nowe i oryginalne, przy zachowaniu technik łączenia ustalonych przez producenta. Do łączenia ze sobą odpowiednich części używane spawanie laserem (normalnego i hybrydowego) oraz zgrzewania liniowego, co pozwala na zachowanie jednorodnej spoiny nawet do 1960 mm (1000mm dla spawania tradycyjnego).W procesie spawania laserowego, w porównaniu do łukowych metod spawania, obszar materiału, w którym mogą pojawić się zmiany strukturalne oraz odkształcenia termiczne, jest znacznie bardziej ograniczony, a wydajność procesu znacznie wyższa. Zastosowanie dwóch wiązek laserowych w systemie tandem techniki spawania do łączenia blach o zróżnicowanej grubości, np. blach karoseryjnych typu "tailored blanks", spowodowało zmianę kształtu uzyskanej spoiny, złagodzenie karbu konstrukcyjnego oraz strukturalnego i pozwoliło zmniejszyć twardość w spoinie i SWC o ok. 30%, pozwala także na zwiększenie tolerancji dopasowania brzegów spawanych blach. Spawanie hybrydowe jest procesem, w którym wykorzystywane jest źródło ciepła w postaci sprzężonej - wiązka promieniowania laserowego i łuk elektryczny oddziałują w tym samym miejscu i czasie Zastosowanie dwóch sprzężonych źródeł ciepła, a tym samym zmiana sposobu wprowadzania ciepła do obszaru złącza oraz jego ilości, zmienia kształt strefy złącza, zapewniając łagodne przejście w obszarze różnych grubości elementów. Równocześnie uzyskano spadek twardości w obszarze spoiny i SWC o ok. 30%, przy ponad 40% wzroście prędkości spawania w porównaniu do klasycznej metody spawania laserowego . Rozwinięciem technologi TB jest TEB Thyssen Engineered Blanks która w odróznieniu od TB daje możliwość dowolnego kształtowania przebiegu spoiny. Tchnologia ta stawia jednak bardzo wysokie wymagania jesli chodzi o przygotowanie krawędzi blach w wyposażenie spawalnicze. Stemple do wykrawania muszą być bardzo precyzyjne a sam proces odbywa się techniką uderzeniową jednocześnie przez dwie części które mają być póżniej ze sobą połączone tzw technika "blacha w blache" daje ona najwyższą precyzje a elementy mogą być łączone bez szczeliny powietrznej.

TRB Tailor Rolled Blanks stanowi kolejny krok w unowocześnianiu produkcji nadwozi samochodowych wytwarza się nią blachy o różnych grubościach wykonane techniką walcowania. Prekursorem zastosowania technologii TAILOR ROLLED BLANKS była szwedzka firma VOLVO. Pierwsze seryjnie produkowane karoserie w tej technologii opuściły linie produkcyjne w roku 1979. Produkcja: Blacha o określonych właściwościach jest walcowana na całej swej długości tak aby miała różne grubości, następnie może być obrabiana cieplnie (w celu zmiany parametrów wytrzymałościowych) i powlekana powłokami antykorozyjnymi (np. cynkowana). Później wycina się z niej arkusze o długości końcowego elementu który może mieć na swoje długości różną grubość z zależności od potrzeb wytrzymałościowych i sztywności.

Są to elementy jednorodne a przejścia grubości są łagodne Są to elementy jednorodne a przejścia grubości są łagodne. Blachę taką uzyskuje się przez walcowanie elastycznymi walcami które mają płynną regulacje szczeliny między nimi. Taka technika umożliwia uzyskanie blach o grubościach od 0,7 do 3,5mm zakres regulacji grubości blachy jest ograniczony do 50% . Technologia TRB jest stosowane w praktyce np w BMW serii 6 elementy wykonane tą technologią to wzmocnienia podłogi nadwozia np. belki posiedzeniowe wykonane z blachy która zmienia swą grubość od 0,7 do 1,2mm. Dzięki zastosowaniu technologii TRB w tym elemencie uzyskano poprawę wytrzymałości na uderzenia boczne i redukcje zabudowanych elementów z 19 do 7. Technologia ta znakomicie upraszcza wytwarzanie elementów, które do tej pory trzeba było wykonywać z kilku kawałków blach o różnej grubości. TRB ma jednak swoje ograniczenia: może być stosowana do niezbyt dużych wykrojów z blachy, może być stosowane tylko do elementów symetrycznych, element może być wykonany tylko z jednego rodzaju materiału.