|
Jak powstają prototypy samochodów? cz. 1 |
||||||||||||||||||||
|
W krótkiej serii artykułów zamierzamy uchylić rąbka tajemnicy i pokazać, jak rozległa jest ta dziedzina techniki. Cały przebieg tworzenia prototypów, jak również poprzedzające go przygotowania mają bardzo duże znaczenie dla wprowadzenia do produkcji nowego modelu. Tu właśnie następuje weryfikacja projektu pod względem poprawności konstrukcji, zdolności do produkcji oraz łatwego serwisu. W tym przypadku nie tylko rozwinięte techniki symulacji komputerowej, ale też właściwe i głębokie zarządzanie projektem mają wpływ na skrócenie czasu uruchomienia, a więc też na obniżenie kosztów. procesie budowy prototypów najbardziej istotny jest system stałego sprzężenia przepływu informacji pomiędzy jednostkami badającymi i budującymi prototypy a działami konstrukcji oraz przygotowania produkcji, by jak najwydajniej i sprawniej usuwać wszelkie usterki zarówno konstrukcyjne, jak i wpływające na montaż gotowego samochodu. Chodzi przecież głównie o to, aby wykluczyć możliwie jak najwięcej błędów, gdyż w trakcie trwania produkcji masowej koszty jakichkolwiek zmian są już bardzo wysokie. Z uwagi na to, przed technologią budowy prototypów stawia się wysokie, często trudne razem do pogodzenia wymagania: wysoka jakość, zbliżona do samochodu seryjnego; krótki czas rozpoczęcia budowy oraz wprowadzania zmian. Obie te cechy wymuszają stosowanie uproszczonych metod wytwarzania oraz ręcznego wykonawstwa, co z kolei wymaga dużego doświadczenia. W zależności od zaawansowania konstrukcji pojazdy zwane prototypami można podzielić na cztery grupy:
Proces budowy prototypu zaczyna się od przejęcia dokumentacji konstrukcyjnej nadwozia w postaci zapisu komputerowego. Każda otrzymana część podlega weryfikacji w celu przygotowania do modelowania stempla tłocznika (zmiana układu współrzędnych, wybór kierunku tłoczenia). W tym miejscu należy zaznaczyć, że w większości przypadków tłoczenia paneli nadwozia prototypu stosuje się stop aluminium na wykonanie stempla i żywicę na wykonanie matrycy, a tylko dla blach o grubości 1 mm i więcej - stop aluminium (rys. 3, 4). W przypadku płytkich przetłoczeń lub niewielkich zmian w powierzchni, stosuje się tylko matrycę z żywicy (rys. 5). Wtedy stempel jest wykonywany z płaskiej gumy i pod wpływem nacisku odkształcając się przetłacza blachę na matrycy (rys. 6). Jest to o tyle istotne, że w takich przypadkach obróbka komputerowa i późniejsza skrawająca (razem z pracochłonnym wykańczaniem ręcznym) dotyczy już tylko jednego elementu tłocznika, gdyż drugi powstaje jako odbicie negatywowe z odpowiednim przesunięciem o grubość blachy.
Modelowanie otrzymanej części na stempel wykonuje się w tym samym systemie komputerowym co konstrukcję. Na przykład w przypadku nadkola tworzy się stempel lewego i prawego razem z odpowiednimi progami ciągowymi. Przechodzi się z opisu powierzchniowego na bryłowy, a to ze względu na tworzenie danych dla obrabiarki numerycznej. Do tego celu służą specjalne programy (rys. 7). Czasami zdarza się, że taki program nie wyrabia się z jakimś obszarem (np. tam, gdzie dwie powierzchnie są połączone małym promieniem wewnętrznym). Wtedy takie miejsce zostawia się do wykończenia ręcznego po obróbce, gdyż trwa ono krócej niż specjalne dopisywanie programu. Taka właśnie jest specyfika tworzenia części prototypowych.
Gotowy program jest przesyłany siecią do komputera obrabiarki numerycznej, gdzie przekształca się go na język maszyny przez tzw. post procesor. Dopiero po tym następuje właściwa obróbka. W celu zaoszczędzenia materiału i czasu pracy maszyny najpierw wykonuje się styropianowy model stempla z nadmiarem 10 mm (rys. 8). Jest to dokładny pozytyw tego narzędzia z dorobionymi później ręcznie wypustami zaznaczającymi podstawowe osie oraz podstawą z wnękami do mocowania do prasy z uszami lub otworami do transportu. Model ten stanowi wzorzec dla zgrubnego odlewu stempla, który zwykle jest wykonywany przez specjalistyczną firmę.
Otrzymany odlew oczyszcza się z pozostałości zgorzelin. Teraz następuje właściwa obróbka stempla na następnej obrabiarce numerycznej. Także i tu stosuje się przesłany siecią program z tym, że jest on przekształcony przez swój post procesor i dostosowany do nowego zadania. Po ustawieniu surowego odlewu w osiach maszyna rozpoczyna swoją pracę. Zwykle wystarczają trzy podejścia z odpowiednimi frezami: zgrubne, dokładne i wykańczające. Jeżeli zdarzy się tak, że zabraknie materiału, stosuje się ręczne napawanie. Po zakończeniu tej obróbki ma miejsce ręczne wykańczanie powierzchni. W następnej fazie przygotowuje się stempel i docisk do negatywowego odbicia kształtu powierzchni tłoczenia na matrycę z odpowiednim przesunięciem o grubość tłoczonej blachy. W tym celu obydwa narzędzia są składane na poziomej płycie odpowiednio względem siebie. Szczelinę pomiędzy nimi wypełnia się modeliną, a na miejsca bardziej obciążone (np. na uskokach powierzchni, na granicy stempla i docisku) przykleja się kawałki styropianu, aby grubość odlewanego później lica była większa. Równolegle odbywa się budowa skrzyni matrycy. Ma ona kształt prostopadłościanu z blachy o grubości 5 mm. Do górnej płaszczyzny przylegania do prasy dochodzi przestrzenne użebrowanie z płaskowników o szerokości 100 mm w odstępach nie większych niż 500 mm. Krawędzie po przeciwległej stronie skrzyni mają obrys odwzorowany od docisku i dodatkowo wzmocnione są prętami stalowymi wzdłuż tego obrysu oraz po skosie do użebrowania. Na ściankach bocznych znajdują się prostokątne otwory do mocowania do prasy oraz okrągłe dla kołków transportowych. Całość jest składana metodą spawania. Następnym etapem jest wypełnienie skrzyni matrycy i przygotowanie do położenia lica. W tym celu dokonuje się pierwsze nałożenie skrzyni na stempel i docisk, by ustalić miejsca najwyżej położone na powierzchni tłoczenia, w których będą umieszczone kanały odpowietrzająco-przelewowe. Kanały wlewowe natomiast mają swoje miejsce po przekątnej lub przy najdalszych bokach. Obydwa rodzaje kanałów są wykonane z rur stalowych o średnicy 30 mm i spawane do reszty konstrukcji. Na stempel i docisk przykryte kocem i folią ponownie kładzie się skrzynię matrycy. Całość skręca się taśmami, kanały zakleja taśmą, a do brzegu skrzyni przykleja folię dla zachowania czystości. Teraz wypełnia się przestrzeń nad folią żywicą epoksydową wymieszaną z granulowanym piaskiem. Można tu użyć zestalonych kawałków z poprzedniego cyklu, gdy po zakończeniu ubijania ściąga się nadmiar towaru listwą (podobnie jak przy równaniu betonowej wylewki). Po wyschnięciu żywicy matryca odkładana jest na bok, a na stemplu i docisku wyrównuje się łączącą ich modelinę i wyrzuca styropian. Na tak przygotowaną powierzchnię przykleja się folię woskową odpowiedniej grubości. Tworzy ona zadany dystans dla blachy pomiędzy stemplem i matrycą, by w trakcie tłoczenia nie następowało zakleszczanie. W przypadku dużych, gładkich powierzchni, np. dachu, przyklejanie wosku na całości nie jest konieczne. Wystarczy zakryć tylko obszary prostopadłe do kierunku tłoczenia, rowek docisku oraz wybrzuszenie naciągające. Po zalaniu lica rozsunięcie obydwu zespołów o zadany dystans już utworzy odpowiednie miejsce nawet tam, gdzie nie ma wosku, gdyż normalne na dużej płaskiej powierzchni zmieniają swój kierunek w bardzo małym zakresie. Teraz następuje ostatni etap tworzenia tłocznika. Matryca, po uprzednim udrożnieniu kanałów, ponownie kładziona jest na stempel i docisk, ale tym razem z 15 mm dystansami wykonanymi z tworzywa. Oznacza to, że co najmniej taka będzie grubość lica. Szczelina pomiędzy matrycą i dociskiem jest oklejana taśmą i uszczelniana modeliną twardniejącą pod wpływem temperatury. Do kanałów wlewowych przykleja się blaszane lejki odpowiedniej wysokości i pojemności, które mają dawać wystarczające ciśnienie przy zalewaniu lica. Od góry na matrycę kładzie się folię przedziurawioną w miejscach kanałów wypływowych, w które wkłada się papierowe rurki niższe od lejków wlewowych. Folia zwinięta na krawędziach służy jako koryto do zatrzymania nadmiaru wypływającej żywicy. Zalewanie odbywa się ręcznie żywicą, która dla uzyskania odpowiedniej twardości jest wymieszana z pyłem metalowym. Odpowiednio wysoki słup cieczy w lejkach tworzy ciśnienie, dzięki któremu cała przestrzeń ponad stemplem jest dokładnie wypełniana, a powietrze i nadmiar żywicy opuszcza ją w najwyżej położonych punktach. Po wyschnięciu i oczyszczeniu górnej powierzchni matrycy, ustala się wysokość całego tak złożonego tłocznika (co najmniej 10 mm ponad dotychczasową). Dzięki temu można łatwo uzyskać równoległość powierzchni współpracujących z prasą. Polega to na przyspawaniu blaszek dystansowych do skrzyni matrycy. Po odwróceniu jej licem do góry (uprzednio oddzielonej od stempla) i postawieniu na płycie przykrytej folią zalewa się powstałą przestrzeń żywicą z domieszką drobnego piasku. Niedaleko od krawędzi skrzyni matrycy pod folię kładzie się zapory w postaci dowolnych kształtowników (np. kątowników), aby zatrzymać żywicę. Ostatnią operacją w budowie tego typu tłocznika dla części prototypowej jest nawiercenie otworów odpowietrzających. Ze względu na wytrzymałość matrycy mogą one mieć średnicę najwyżej 6 mm. W przypadku stempla, który jest wykonany ze stopu aluminium, otwory te (zwykle trzy) wyznaczają dwie główne osie symetrii tego elementu. Jest to bardzo przydatne w momencie dokonywania zmian powierzchni (tzw. IDC - Information for Design Changing), tak przecież częstych w prototypach - znacznie ułatwia i przyspiesza ponowne ustawienie stempla w obrabiarce numerycznej. Na koniec opisu budowy tłocznika dla części prototypowej można dodać, że istnieje także inny, ale w swojej idei bardzo podobny sposób wytwarzania tego narzędzia. Każdy z głównych elementów tłocznika jest przykręcany do specjalnej ramy, wykonanej ze staliwa i posiadającej już zespół docisku. W takim przypadku matryca i stempel są częściami wymiennymi, a dla większości wytłoczek wystarczą już tylko dwie lub trzy główne ramy tak zbudowanego tłocznika. |
Publikowane na temat powstawania nowego modelu samochodu informacje ograniczają się na ogół do zaprezentowania szkiców studyjnych i kilku prototypów najbardziej zbliżonych do ostatecznej wersji. 
