Strojírenství, stejně jako další odvětví průmyslu, podléhá aktuálním trendům a inovativním řešením. V oblastech strojírenství nejvíce udává tempo pokroku automobilový průmysl, který v poslední době prochází řadou velkých změn. A to nejen v technických novinkách, ale i v procesu výroby. K hlavním trendům patří tlak automobilek na snižování nákladů a zvyšování efektivity výroby ve vlastních továrnách i u dodavatelů. Díky neustálému pokroku v této oblasti máme nyní možnost získat téměř jakýkoli design dílu s maximálním využitím potenciálu mechanických vlastností materiálů. Dalším faktorem, který bezesporu ovlivňuje a v budoucnu i nadále ovlivní automobilový průmysl, je pokračující zpřísňování ekologických požadavků na produkování CO2 a bezpečnostních standardů. Co je nejdůležitější předvýrobní část plánovacího procesu Je naprosto pochopitelné, že zákazník požaduje vysokou kvalitu dílu s dodržením předepsaných geometrií, při co nejnižší ceně lisovacího nástroje. Pro dodržení stabilní geometrie je třeba mít precizně navrženou technologii, tedy metodu výroby dílu. Toto je nejdůležitější předvýrobní část plánovacího procesu. V tomto okamžiku se předurčuje výchozí stav a jakost finálního výrobku. Díky vhodně a správně zvolené metodě výroby dokážeme předejít pozdějším problémům s jeho samotnou výrobou. Tyto problémy samozřejmě nesouvisí jen se samotnou kvalitou, jako je riziko praskání, zvlnění, ztenčení dílu, odpružení, ale patří sem i obtíže s funkčností samotného nástroje, jako je ustavení a přenášení dílu mezi operacemi a problémy s navyšováním zdvihů, při lisování v sériové výrobě atd. Všechny tyto problémy jsou vlastně daní za nedostatečně precizně vytvořenou metodu a vždycky se nám „rády“ připomenou při další sériové produkci. Faktem je, že s těmito obtížemi se potýkají všechny nástrojárny i lisovny. Obrovským a neocenitelným pomocníkem v této chvíli je zkušenost nástrojařů, lisovacích, vývojových a konstrukčních specialistů, kteří svými zkušenostmi spolu s moderními postupy dokážou mnohé příčiny problémů odhalit již ve fázi přípravy metody a konstrukce nástrojů. Využívání těchto předností a zkušeností odborníků posouvá firmu PWO Czech Republic a. s. právem do předních míst před ostatní nástrojárny a lisovny. PWO Czech Republic zajišťuje kompletní vývojové činnosti v oblasti tažených plechů, včetně projektování dílů a následných analýz vyrobitelnosti a vývoje technologií lisování dílů. PWO Czech Republic se zabývá výrobou lisovacích nástrojů a lisováním specifických zejména mechanických, strukturálních komponentů, bezpečnostních a sedačkových dílů pro automobilový průmysl. Jedná se nejen o nástrojárnu, ale dnes i o velmi moderní sériovou výrobu disponující lisy širokého spektra a moderními montážními technologiemi včetně laserových. Jak dosáhnout finančních i časových úspor Ve vývojových a konstrukčních kancelářích PWO Czech Republic se proto využívají nejmodernější technologie, specifické interní postupy a inovace. Není žádnou výjimkou, že se dnes využívá softwarů simulujících samotný proces tváření pomocí metod konečných prvků. Tyto CAE softwary se používají v mnoha souvislostech, např. při určování vyrobitelnosti, návrzích úpravy dílů, posouzení upínacích konceptů, simulací odpružení a v neposlední řadě analýz stability sériového procesu. Promyšleným využitím počítačových simulací a implementováním jejich výsledků do konstrukce je dosahováno výrazných časových i finančních úspor. Běžnou praxí firem je využívání simulačních softwarů. To probíhá před samotnou konstrukcí nástroje, kdy je díl „odsimulován“ a tak zajištěna jeho lisovatelnost s ohledem na výrobní metodu. Díl nesmí vykazovat žádné riziko praskání, extrémní ztenčení, napěchování či přílišné zvlnění. Přitom je třeba brát v úvahu, že jedna simulace popisuje vždy jen jeden konkrétní stav, kde jsou přesně definovány vstupní podmínky. V sériové výrobě však nelze dodržet stále stejné parametry mazání, pozicování přístřihu, sílu brzdicích drážek, tloušťku materiálu a jeho mechanické vlastnosti atd. Vyhodnocením této simulace tak nejsme schopni přesně rozlišit, kde se pohybujeme v „oblasti vyrobitelnosti“ (obr. 1). Jsme jen schopni určit, jestli je díl za těchto podmínek vyrobitelný. Čili nelze vyhodnotit to, že díl bude vyhovující a bez jakýchkoli rizik během celé jeho produkce. Pro lepší představu jsou zde dva stavy simulovaných dílů a jejich vizualizace (obr. 1a). Oba jsou vyhodnoceny jako vyrobitelné. Lze takto přistupovat k problému? I v případech tvarově složitých strukturálních a bezpečnostních dílů? Dlouholeté zkušenosti PWO Czech Republic naznačují, že tento způsob není dostatečný. Sériová výroba je natolik variabilní, že přístup musí být také více sofistikovaný. Máme zde požadavky na díly podléhající nejaktuálnějším trendům, mimo designové prvky se snižuje hmotnost, rostou nároky na pevnost materiálu atd. Začínají se více využívat vysokopevnostní oceli či speciální slitiny. Čím dál více zde máme zastoupeny slitiny hliníku, dvoutloušťkové díly a další alternativní materiály. To vše vede k nutnosti zdokonalovat přístup vyhodnocování vyrobitelnosti. Díky prozíravému přístupu techniků a podpoře managementu se PWO Czech Republic nyní dostává do dalšího stupně systematického zdokonalování procesu lisování dílů. Výpočty matematicky popíšou vyrobitelnost dílů Procesní zlepšení začíná u původního nastavení simulace, ke kterému je přiřazena variabilita procesu. K jednotlivým proměnlivým parametrům je přiřazen rozptyl hodnot. Na základě toho se provedou desítky variant výpočtů, které matematicky popíšou vyrobitelnost dílu (obr. 2). K výsledkům dostáváme navíc také rozptyl hodnot od původního nastavení. Zde už je jeden stav vyhovující, protože je uvnitř oblasti vyrobitelnosti, druhý je nevyhovující, protože jej značně ovlivňuje tření a jakost materiálu (viz obr. 1b). Takto přesně vyhodnotíme rozptyl vyrobitelnosti dílu. Na základě těchto informací jsme schopni náš výrobní proces zefektivnit a uzpůsobit pro stabilnější výslednou kvalitu dílu. Dále ještě rozlišíme vliv a citlivost konstrukčních parametrů na jakost dílů. Navíc všechny tyto kroky jsou stále ještě ve fázi návrhu a konstrukce nástroje, proto díky tomu řešíme klíčové výrobní problémy mnohem dříve, než se dostáváme do výroby nástroje. Tento postup navíc nabízí množství dalších benefitů, které nám slouží ke zlepšení procesu výroby a optimalizaci nástrojů. Pokud vyhodnocujeme odpružení dílu, tak jsme schopni zjistit, jestli je odpružení ve všech variacích stabilní, tedy kolísá v rámci tolerancí dle výkresu. Potom jsme už jen krůček od dalšího vyhodnocování variability odpružení výlisku s uvažováním gravitace a na upínacím přípravku atd. Lze proces lze ještě dál zlepšit, zjistit nejlepší možné řešení? Je vždy správný přístup vzít první řešení a na tuto variantu počítat rozptyl všech možných situací? Při jiném úhlu pohledu využití variability simulací a výpočtů se nám do rukou dostává další možnost využít potenciál simulací. Jde o přístup, kdy nebereme proměnné hodnoty jako stav, který je neměnný a na který aplikujeme variabilitu. Vezmeme-li v úvahu, že lze do variací výpočtu zanést i prvky, které jednoznačně ovlivňují jakost výlisku a jsou konstruovány v nástrojích jako například výška tahu, velikost síly přidržovačů, síly brzdicích drážek, tažný rá-dius, tvar a velikost a pozice přístřihu atd., potom jsme schopni z prvotního návrhu metody jednoznačně vytěžit to nejlepší řešení. Vycházíme ze souboru proměnných variant, které jednoznačně ovlivňují jakost dílu. Poté necháme spočítat všechny možné varianty stavů a vyhodnotíme nejlepší možnou kombinaci proměnných tak, abychom byli uprostřed oblasti vyrobitelnosti (obr. 3). Toto vše, stále v přípravné fázi, kdy se pohybujeme na začátku konstrukce nástroje. Samozřejmě takové řešení je časově náročné a je třeba ho správně nastavit a vyhodnotit. Je pravdou, že díky neustálému tlaku zákazníků a neustálému zlepšování jak materiálových, tak procesních, výrobních, jakostních vlastností dílů se nám oblast vyrobitelnosti zužuje víc jak kdykoli jindy. Proto je třeba brát více na zřetel jednotlivé fáze výroby a konstrukce. V každém jednotlivém kroku výroby sledovat trendy, zkušenosti a aplikovat je do reálného procesu. Ideálně se podílet na vývoji nových možností, přístupů, inovací a know-how. Přímo je spoluvytvářet, což se PWO Czech Republic daří a v mnoha ohledech je tvůrcem systematického procesního zlepšování výroby dílů technologií plošného tváření. Ing. Jakub Machálek, Ph.D. www.pwo.cz
