Alternativní materiály v lehkém průmyslu vyžadují nové postupy spojováníLehkost je prioritou! Energeticky úsporné vozy budoucnosti disponují extrémně lehkou karoserií z nejrůznějších materiálů. Tradiční montáž se nahrazuje alternativní technikou. A tou je šroubování do tenkých plechů pomocí tvářecích šroubů. Odborná redaktorka Trixy Schmidt se zeptala na výhody šroubovací techniky ve výrobě karoserií Jürgena Hierolda, obchodního manažera firmy DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO., Amberg , která se specializuje na šroubovací techniku.
Trixy Schmidt: Lehké automobily jsou na vzestupu, neboť plní požadavky politiků i spotřebitelů na spotřebu energie a emisí CO2. Co to však znamená pro výrobu karoserií?
Jürgen Hierold: V nejmodernější výrobě karoserií se spojují materiály z oceli, hliníku nebo slitin hořčíku. V montáži se opouští od běžného svařování, které je nahrazováno alternativními spojovacími postupy. Nýtování se jeví také jako možný postup, ovšem za předpokladu, že je šroubovací místo přístupné ze dvou stran. Pokud toto konstrukce nedovoluje, nabízí se bezproblémové šroubování pomocí tvářecích šroubů. Vytvoří pevný spoj a spolehlivě přišroubují plechy z nejrůznějších materiálů.
Trixy Schmidt: Při šroubování do tenkých plechů se v šesti krocích používájí speciální šrouby, které jsou na trhu k dispozici od více renomovaných výrobců. Jak vlastně funguje tato technika?
Jürgen Hierold: Tvářecí šroub je nasazen na nepředvrtaný hliníkový nebo ocelových plech, šroubovací postup začíná. Šroub, který je natlačen vysokým tlakem a roztočen vysokými otáčkami, vyvine vysoké třecí teplo, materiál začíná „téct“ a tvoří se průtah. V dalším kroku proniká špička šroubu spojem materiálu a vytvoří se průchozí otvor. Při tváření otvoru se neztrácí žádný materiál, nýbrž je přetvořen v průtah. Vznikne závit, který v případě opravy přijme i docela běžný šroub. Po vytvoření závitu následuje předutažení šroubu až k podložce hlavy a poté konečné dotažení na předem stanovené šroubovací parametry - kroutící moment a úhel otočení.
Trixy Schmidt: Nejsou potřeba nějaké dodatečné bezpečnostní prvky jako např. matice nebo čepy?
Jürgen Hierold: Dodatečné bezpečnostní prvky nejsou potřeba. V případě tohoto šroubování je vytvarován maticový závit přímo v průchozím otvoru. Což je výhoda. Důležité je i to, že u tohoto procesně zabezpečeného šroubování do tenkých plechů jsou k dispozici i nezbytné parametry. Příprava montážních dílů jako předvrtání nebo prorážení nejsou zapotřebí. To přináší výrobě enormní úsporu. Celý šroubovací postup se zoptimalizuje tak, aby byly ve výrobě dosaženy minimální časy taktu. Pro nejmodernější výrobu karoserií toto znamená dobu taktu pro šroubování menší než dvě sekundy!
Trixy Schmidt: Zpátky k místu spoje: Znamená to, že místo spoje musí být přístupné ve šroubovacím procesu pouze z jedné strany? To je přece velká výhoda u stísněných míst.
Jürgen Hierold: Je to velká výhoda tohto šroubování. Kde se mohu dostat ke šroubovacímu místu ze dvou stran, zvolím si jiný postup - pravděpodobně nýtování. Kde to však není možné, je šroubování do tenkých plechů tvářecími šrouby optimálním postupem spojování. Šroubovák potřebuje přístup pouze z jedné strany!
Trixy Schmidt: Ve výrobě karoserií v automobilovém průmyslu je šroubování pomocí tvářecích šroubů zatím etablovanou technikou. Ve větších automobilech se dle konstrukce používá více než sto šroubů. Jak se tam montují šrouby?
Jürgen Hierold: Pro tuto techniku spojování se používají speciální šroubovací automaty. V montáži karoserií se obvykle pro tuto práci využívá robotů. Šroubovací automat jako „end of arm tooling“ se pomocí robotu pohybuje k jednotlivým šroubovacím pozicím. S procesní jistotou se šroubuje šroub za šroubem.
Trixy Schmidt: I specialista na šroubovací techniku, firma DEPRAG přišla na trh s nově vyvinutým systémem na šroubování pomocí tvářecích šroubů do tenkých plechů (FLS). Jako manažer prodeje přesně znáte požadavky zákazníků. Jaké zvláštnosti a výhody byste vyzdvihl u FLS jednotky firmy DEPRAG?
Jürgen Hierold: Naše výborné produkty jako vestavné šroubováky řady MINIMAT®-EC a MICROMAT®-EC, měřící technika a technika na přívod dílů, stejně tak šroubovací stanice a montážní zařízení jsou v automatizaci známé a prověřené již po desetiletí. Etablovaná technika tvoří základ našeho vývoje šroubování do tenkých plechů. Časté požadavky našich zákazníků ve výrobě karoserií je šroubování v omezených prostorech. Toto naši pracovníce vývoje vyřešili.
Trixy Schmidt: Znamená to, že FLS-systém DEPRAG je obzvláště vhodný pro záludné šroubovací případy v blízkosti překážky.
Jürgen Hierold: Výborným atributem našeho systému na FLS šroubování je jeho použití v úzkých místech šroubování. Bočním posuvem pohonného motoru a osy šroubování s pomocí boční vysunuté převodovky v převodu 1:1 dosáhne šroubovák i na místa, které jsou vzdálena min. 14 milimetrů od překážky. To je jedinečné.
Trixy Schmidt: V takovém procesu jsou šrouby jistě připraveny poloautomatizovaně. Nejsou dlouhé cesty přívodu šroubů v robotickém použití na překážku?
Jürgen Hierold: Ano, lze to tak říci. Řešení tohoto požadavku naleznete v našem novém vývoji: Ve šroubovacím systému jsou neustále přiváděny dva tvářecí šrouby. Zatímco první se šroubuje, další je již připraven v zásobníku. To zkracuje čas na dodatečné plnění a značně přispívá k optimalizaci času taktu v robotické montáži. Kromě toho je velikost a hmotnost šroubovacího automatu optimálně přizpůsobena použití robotu. Veškerá připojení jsou integrována do šroubovací jednotky, tak je umožněno jednoduché a rychlé spojení s robotem. Dalším vrcholem našeho vývoje je zařízení na umístění šroubu - tzn. nátrubek může být rychle vyměněn bez dalších nástrojů přes bajonetový uzávěr. Při přestavbě např. na jinou velikost šroubů je toto velkou výhodou.
Trixy Schmidt: Obzvláště důležité je určit parametry různých kroků procesu u šroubování do tenkých plechů. Zatímco se pracuje ve fázích zahřívání a „tečení“ s maximálním tlakem a vysokými otáčkami, je pro tváření závitů zapotřebí méně otáček i přítlačného tlaku. Při šroubovacích krocích předutažení a konečného dotažení jsou otáčky i přítlačný tlak ještě sníženy. Šroubovací jednotka DEPRAG-FLS musí být tedy velmi flexibilní?
Jürgen Hierold: Ano, pro šroubování do tenkých plechů je zapotřebí mít extrémně flexibilní šroubovací systém. Při výrobě karoserií se použije sto šroubů, které musí být utaženy s nejrůznějšími parametry pro utažení šroubů - na základě použitých materiálů, forem a tlouštek plechu. Rozhodujícím kritériem kvality při šroubování je dosažení předepsaných hodnot kroutícího momentu a úhlu otočení. Změní-li se něco u šroubovacího místa, jako např. párování materiálu, šířka plechu nebo geometrie šroubu, poté se většinou změní i momenty tváření závitu. Abychom mohli provést veškerá šroubování jedním šroubovacím systémem, nebude kontrola klasických parametrů - kroutícího momentu a úhlu otočení - za těchto okolností dostačující.
Trixy Schmidt: Pokud klasický způsob utažení nedostačuje, co potom?
Jürgen Hierold: DEPRAG nabízí vlastní šroubovací postup, při kterém lze spočítat vypínací moment - na základě vyhodnocení řezného momentu (momentu potřebného pro tvorbu závitů). Jedná se o součet předem definované hodnoty kroutícího momentu a vypočítaného řezného momentu. Šroubovací parametry jsou tedy automaticky přizpůsobeny měnícím se šroubovacím případům.
Trixy Schmidt: Jak jsou řízeny různé procesní kroky s rozdílnými utahovacími parametry?
Jürgen Hierold: Nejmodernějím řízením DEPRAG. Software řízení (AST), který je určen pro řízení složitých kroků, se zakládá na nespočetkrát ověřeném, sensorem řízeném EC-servošroubováku firmy DEPRAG. Tento software se osvědčil, obsluha je s ním velice spokojená. Umožňuje jednoduchou parametrizaci komplexního šroubovacího procesu do tenkých plechů. Další součástí je kvalitní řídící jednotka DEPRAG PROCESS UNIT (DPU) s uživatelsky příjemným standardním softwarem.
Trixy Schmidt: Digitální měřící systém kontroluje jednotlivé procesní kroky složitého postupu spojování. Příslušná senzorika v nátrubku a ve zdvihu šroubováku FLS jednotky DEPRAG srovnává při nasazení a přijetí na součástku aktuální stav s vloženou hodnotou, která musí být dodržena. Co se stane, pokud hodnoty nesouhlasí?
Jürgen Hierold: Pokud geometrie částí neodpovídá referenční hodnotě, pokud se např. plechový díl ohnul, přizpůsobí se automaticky průběh šroubování deformaci plechu. Teprve poté je šroubovací proces spuštěn. Nakonec se určí stav spojovacího procesu. Docílené parametry šroubování jsou individuálně vyhodnoceny, srovnány s referenčními hodnotami a pokud jsou v toleranci, objeví se hlášení, že proces proběhl v pořádku. Tímto způsobem se kontroluje kvalita.
Trixy Schmidt: Motor nového šroubovacího systému FLS musí disponovat vysokými přítlačnými silami a otáčkami pro první šroubovací fázi, při které se tvoří průtah a průchozí otvor. Jaký pohon si konstruktéři firmy DEPRAG vybrali?
Jürgen Hierold: Jako pohonný motor pro šroubovací vřeteno použili konstruktéři osvědčený EC-motor řady MINIMAT® a MICROMAT® s 6 000 ot./min. a kroutícím momentem 15 Nm. Posuv pro silový záběr tvářecího šroubu se šroubovacím nástrojem vykoná pneumatický válec, který je řízen proporcionálním ventilem. Pro vysoký přítlačný tlak pro začátek šroubování (max. 3000 N) se postará rovněž pneumatický válec s proporcionálním ventilem. Díky této vynikající souhře je šroubovací systém výkonný a flexibilní.
Trixy Schmidt: Moderní lehká konstrukce v automobilovém průmyslu je pouze jedním příkladem použití této techniky šroubování. Jmenujte nám další případy použití.
Jürgen Hierold: V podstatě lze tuto techniku použít všude tam, kde se montují plechy. A kde jsou šroubovací místa přístupná z jedné strany nebo kde je třeba docílit větší efektivity díky vypuštění proražených otvorů. Tato technika nalezne využití ve výrobě karoserií, ale i při montáži bílého zboží, jako jsou ledničky nebo myčky na nádobí.
Trixy Schmidt: Mnohokrát Vám děkuji za velmi zajímavý rozhovor o inovativní technice pro spolehlivé upevnění do tenkých plechů.
Pokud jde o automatizovanou montáž, je firma DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. tím správným partnerem díky dlouholetým zkušenostem v oblasti EC-servošroubováků a EC-šroubováků, měřící techniky, rozsáhlé přívodní techniky, pneumatických motorů a pneumatického nářadí. Firma nabízející kompletní servis, je celosvětově zastoupena ve více než 50 zemích a zaměstnává více než 600 zaměstnanců.
Šroubovací funkční modul DEPRAG dostane tvářecí šrouby i do úzkých míst