Automobilka Tesla sa snaží minimalizovať výrobné náklady aj tým, že znižuje počet dielcov do svojich e-áut a tým aj robotníkov a robotov. Zakladateľ firmy Elon Musk preto stavil na výrobu odlievaných karosérií. Inšpiroval sa modelmi autíčok, aj „angličáky“ boli v podstate odliatkami.
Tesla na karosériu využíva zliatinu hliníka a kremíka. Jej slabinou je malá deformačná schopnosť. „Čiže jej bezpečnosť je otázna. Navyše, aj pri malom náraze hrozí, že škoda bude totálna,“ hovorí Vedec roka 2023 a expert zo Slovenskej technickej univerzity v Bratislave Alexander Schrek.
Špecializuje sa na tvárniteľnosť takzvaných kombinovaných polotovarov, čo je know-how, ktoré využívajú aj výrobcovia automobilov, aby ich karosérie boli pre posádku čo najbezpečnejšie pri prípadnej havárii.
„Úlohou kombinovaných polotovarov je akumulovať deformačnú energiu. Niektoré predné časti musia byť tenšie, aby sa deformovali a iné časti musia byť vysokopevné a hrubšie, aby náraz zastavili,“ vysvetľuje Alexander SCHREK v rozhovore pre INDEX .
V rozhovore sa dočítate:
- ako sa dajú spájať rôzne kovy, aby sa zvar nezlomil,
- prečo sú odliatky karosérie z jedného či dvoch kovov rizikové,
- prečo sa Elon Musk pri výrobe Tesly inšpiroval autíčkami,
- či existujú lisy, ktoré dokážu odliať karosériu v celku,
- ako sa dajú recyklovať oceľové piliny a kde sa dajú využiť?
Venujete sa tvárniteľnosti kombinovaných polotovarov. Aký to má význam?
Predstavte si kus plechu, ktorý sa dá tvarovať. Bežne je plech celistvý. Ja skúmam také polotovary, ktoré sú zložené z viacerých častí. Každá z nich môže mať iné napäťové a deformačné vlastnosti, vzájomne sú pospájané zvarmi.
Jedna z týchto častí je vždy z ocele, ktorá má však rôznu pevnosť a tvárniteľnosť. Tá ovplyvňuje aj proces premeny tohto polotovaru na finálny výrobok.
Aké finálne výrobky vzniknú z týchto polotovarov?
Výlisky, ktoré musia mať požadované vlastnosti. Využívajú sa napríklad pri karosériách áut. V niektorých miestach majú akumulovať deformačnú energiu, čiže majú byť deformovateľné. V iných častiach majú zabrániť deformácii, aby ochránili posádku auta.
Vysokopevná oceľ umožňuje znížiť hrúbku a výslednú hmotnosť karosérie auta. Tieto výlisky tvoria nosnú štruktúru či kostru vozidla, ktorá prenáša zaťaženie od jeho pohonu, posádky a prevádzky a aj pri nárazoch.
V Česku panika, na Slovensku pohoda. Bratislavský Volkswagen naberie stovky ľudí Čítajte Skúmame spoje, aby nepraskali
Váš výskum smeruje k tomu, aby výlisky a výkovky mali presné tvary?
Áno, tvárnenie dáva polotovaru nový tvar a zlepšuje jeho vlastnosti a vyznačuje sa možnosťou dosiahnuť presné tvary. Niekedy je to aj o stotinách milimetra. Najmä pri objemovom tvárnení za studena.
Na aké súčiastky potrebuje automobilka takto presne tvarované výrobky?
Napríklad na ozubené kolesá, kľukové hriadele či ojnice. Keďže ide o masovú výrobu niekoľko stotisíc súčiastok, tak úspora gramu materiálu má veľké ekonomické prínosy.
Vďaka vášmu výskumu viete predpovedať polohu a orientáciu zvaru, aby nevznikali nepodarky a trhliny. O čo v tomto výskume ide?
Kombinované polotovary sa spájajú laserovým zvarom. Lenže v jeho mieste dochádza k zmenám materiálu, zhoršuje sa jeho tvárniteľnosť. Práve tam môže dôjsť k prasknutiu.
Náš výskum smeroval k tomu, aby sme toto riziko zmenšili. Mali sme nájsť materiály, ktoré sú vhodné na spájanie zvarom, a určiť polohu zvaru tak, aby pri veľkej tvarovej zmene nepraskol.
Zistili sme, že najvhodnejšie sú rôzne druhy ocele. Osobitne vysokopevné ocele, ktoré výrazne zvýšia pevnosť a tuhosť výliskov, čo sa využíva pri karosériách áut.
Okrem ocele sa pri výrobe automobilov používajú aj hliníkové zliatiny. Tie nie sú vhodné na výlisky a ich spájanie?
Sú, ale skôr sa používajú v leteckom priemysle. Celohliníkové karosérie sa používali v autách Audi A8 a A2. Sú poskladané z viacerých odlievaných a lisovaných dielcov.
V tomto prípade bol problém, že sa obťažnejšie spájajú. Okrem toho má hliník horšie deformačné vlastnosti ako oceľ. Preto napríklad Audi A8 mala pre zvýšenie bezpečnosti v podvozku výstužný oceľový rám. Hliník má tiež nižšiu pevnosť ako oceľ.
Automobilky preto od celohliníkových karosérií upustili?
Nie, ale všeobecne sú tieto vozidlá drahšie, pretože výroba hliníka je energeticky náročnejšia. Hliník a jeho zliatiny sa skôr používajú na jednotlivé časti. Napríklad na prednú kapotu, čo je jeden samostatný dielec karosérie. Hliník je ľahší ako oceľ a má vyššiu tepelnú rozťažnosť.
Expertka na cesty: Nikto sa v minulosti neodvážil experimentovať s asfaltom v tuneli (rozhovor) Čítajte Pri súčiastkach do áut sa používa aj keramika. Laická predstava je, že ide o krehký materiál. Nie je to problém?
Keramika sa používa len na niektoré dielce, napríklad na ložiská. Nepredstavujte si to však ako klasickú keramiku z vypálenej hliny. Je to napríklad nitrid kremičitý. Pri keramike vedci riešia problém, ako ju urobiť húževnatejšou.
Škoda môže byť totálna, klampiar nepomôže
Tesla vyrába karosérie ako jeden odliatok. Čo si o tom myslíte?
