ŠKODA AUTO a.s. Vysoká škola
Studijní program: B6208 Ekonomika a management Studijní obor: 6208R088 Podniková ekonomika a management provozu
Zp sob zabezpe ení kvality v procesu sva ování karoserií
Pavla LANDECKÁ
´
Vedoucí práce: Ing. Ji í Lubina, Ph.D.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalá skou práci vypracovala samostatn s použitím uvedené literatury, pod odborným vedením vedoucího práce. Prohlašuji, že citace použitých pramen autorská práva (ve smyslu zákona
je úplná a v práci jsem neporušila
. 121/2000 Sb., o právu autorském a o
právech souvisejících s právem autorským).
V Mladé Boleslavi, dne 02.05.2011
…………………………
3
Pod kování Tímto bych cht la pod kovat Ing. Ji ímu Lubinovi, Ph.D. za odborné vedení bakalá ské práce, p edevším Ing. et Ing. Martinu Foltovi a pracovník m jednotlivých útvar spole nosti Škoda AUTO a.s., za as, který mi v novali a za trp livou a ochotnou pomoc, kterou mi v souvislosti se vznikem této práce poskytovali.
4
OBSAH SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ...................................................................... 6 1.
ÚVOD .............................................................................................................. 7
2.
SYSTÉM ÍZENÍ KVALITY V PODNIKU ......................................................... 9 2.1 Pro kvalita.................................................................................................... 9 2.2 Základní normy systému managementu kvality .......................................... 11
3.
VÝROBA KAROSERIÍ – SVA OVNA............................................................ 13 3.1 Popis procesu výroby karoserií ................................................................... 13 3.2 Použité spoje na karoserii ........................................................................... 14 3.3 Zajišt ní kvality ve sva ovn ....................................................................... 16
4.
ZKUŠEBNA SVA OVNY............................................................................... 17 4.1
Model procesu zkušebny sva ovny ......................................................... 17
4.2
Zp sob a metody provád ní zkoušek...................................................... 20
4.3 Proces kontroly ve sva ovn ....................................................................... 25 5.
P ÍPADOVÁ STUDIE – NOVÉ MATERIÁLY NA KAROSERII ...................... 27 5.1 Vysokopevnostní plechy ............................................................................. 27 5.2 Kontrola dodávaných díl ve ŠKODA AUTO a.s. odd lením GQD ............. 30 5.3 Vyhodnocení spoj v r zných sestavách plech ......................................... 31
6.
NÁVRHY VARIANT DOPORU ENÝCH
EŠENÍ ......................................... 35
7.
ZÁV R ........................................................................................................... 37
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY....................................................................... 39 SEZNAM OBRÁZK A TABULEK ....................................................................... 41 SEZNAM P ÍLOH ................................................................................................ 43
5
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK CAD data
Datové modely
CATIA
Software pro 3D po íta ové konstruování
CO2
Oxid uhli itý
CRASHtest
Destruktivní zkouška, nárazový test
CT
Po íta ová metoda vyhodnocení rentgenového snímkování
EuroNCAP
Konsorcium, které provádí nárazové zkoušky
GQF
Odd lení ízení kvality
ISO
Mezinárodní organizace pro normalizaci
KTL
Katoforéza – protikorozní povrchová úprava
MAG
Sva ování s p ídavným kovem v aktivním plynu
MIG
Sva ování s p ídavným kovem v interním plynu
PDM list
Rozpracování výkresové dokumentace
PH
Pilotní hala
PV
Koncernové zkušební p edpisy
PVS
Produkt Versucht Serie – p edsériová výroba
TIG
Obloukové sva ování wolframovou elektrodou
UT
Kontrola ultrazvukem
VW normy
Koncernové normy pro Volkswagen
ŽP
Životní prost edí
6
1. ÚVOD Ve výrob automobil jde neustále o to u init vozidlo zárove stabiln jším, leh ím a bezpe
jším. Na jedné stran mají být cestující p i nehodách lépe chrán ni, na
druhé stran
konstrukté i usilují o leh í karoserie, a už se to týká nových
technologií, použitých materiál
p i výrob karoserie, nebo optimalizací r zných
druh a množství spoj použitých na karoserii. V této práci je uvedena d ležitost kvality ve výrobním procesu a z jakého d vodu je nutné v as odhalovat neshody v procesu a jaké metody a nástroje ízení kvality použít pro v asné odhalování t chto neshod. Cílem této práce je vyhodnotit zp sob zabezpe ení kvality v provozu výroby karoserií ve které se vyráb jí karoserie. V práci je uveden model procesu výroby karoserií, kde jsou popsány jednotlivé vstupy, zdroje, související podklady, vše, co je d ležité pro správný pr
h procesu, který vede ke kone nému produktu. Sva ená karoserie je hlavním
výstupem procesu sva ování karoserií. Jsou zde p edstaveny r zné druhy spoj , které jsou používány p i výrob sva ené karoserie. Sou ástí provozu výroby karoserií je odd lení kvality, které se nazývá Zkušebna sva ovny, ta se zam uje na v asné odhalení vad a nedostatk zlepšení proces
ve výrob
umož ující
karoserií. Zkušebna sva ovny získává stávající
poznatky o potenciálech ke zlepšení (optimalizaci) a ty poté zapracovává do úprav stávajících typ a nových model . Na základ výstup z provedených zkoušek a kontrol se s výrobou realizují opat ení, která zabrání výrob neshodného produktu. Zkušebna sva ovny vyhodnocuje spoje na karoserii pomocí r zných metod. Jsou bu
to zkoušky bu
destruktivní nebo nedestruktivní. Mezi destruktivní zkoušky,
jež pat í metalografické zkoušky, které pomocí mikroskop
odhalí vnit ní vady
v jednotlivých spojích, které snižují jejich pevnost. K t mto zkouškám se využívají zné p ístroje a p ípravky, které slouží k v asnému, rychlejšímu, levn jšímu a esn jšímu odhalení vad a nedostatk na jednotlivých sva ených podkompletech karoserie, což zabrání, aby následn vznikaly následn vysoké náklady p i jejich odhalení a odstran ní ve vyšších sestavách a dalším výrobním toku. Ve zkušebn sva ovny byly provedeny jednotlivé zkoušky, které jsou popsány v ípadové studii, jež je zam ena na používání nových, lepších materiál .
Cílem
je s t mito materiály dosahovat vysoké pevnosti karoserie a zárove snižovat její 7
hmotnost a po et použitých konstruk ních prvk
(výztuh, tlouš ky materiálu,
svarových spojení). Zkoušky byly provedeny na odporových svarových bodech p i zném párování plech . Jedná se o pozinkované a vysokopevnostní plechy. Byly simulovány r zné možnosti oprav nedržících svarových bod a jejich vyhodnocení destruk ní seká ovou zkouškou a metalografickou zkouškou. Tyto opravy zabrání - p i zjišt ní nedržícího nebo chyb jícího spoje - zvýšení náklad karoserie a zárove
na šrotaci
zajistí pevnost karoserie, která je d ležitá z hlediska
bezpe nosti cestujících. Cílem této práce je provést p ípadovou studii a zam it se na vybraný problém. Shrnutím jednotlivých zkoušek navrhnout varianty možných ešení a navrhnout možná opat ení, která zabrání výrob
neshodných výrobk
karoserií.
8
v procesu výroby
2. SYSTÉM ÍZENÍ KVALITY V PODNIKU 2.1 Pro kvalita Již ve starov ku se lidé zajímali o to, jak jim slouží výrobky, které sm
ovali na
trhu. Nejstarší definice kvality, která je p isuzována Aristotelovi, není však vhodná pro využití v ekonomice. Pro ízení firem byla vypracována definice kvality, která uvádí, že kvalita je celkový souhrn znak
entity, které ovliv ují schopnost
uspokojovat stanovené a p edpokládané pot eby. Entita je vymezena jako všechno to, co je možné individuáln popsat a vzít v úvahu (Nenadál, 1998). Kvalita je jedním z hlavních faktor
úsp šného podniku a jejím cílem je splnit
ekávání zákazníka a najít správný pom r mezi o ekáváním zákazníka, cenou výrobku a náklady na jeho výrobu. Pro pln ní t chto cíl se s postupem asu m ní i p ístup k ízení kvality podnik
a zavád ní nových, p ípadn
optimalizovaných
nástroj k ízení kvality, z nichž n které jsou uvedené v tabulce 1. Tab. 1 Nástroje a metody ízení kvality PDCA Brainstorming Paret v diagram Ishikaw v diagram Histogram FMEA QFD Benchmarking DFMAS VSŠ
-Plan-Do-Check-Acti, obecná metodologie zlepšování kvality -"bou ení mozk ", týmová technika pro vyhledávání postup a ešení -pomáhá ur it priority -zachycení všech možných p ina a následk -p evádí nep ehledné tabulky do srozumitelné formy -Failure Mode and Effects Analysis, analýza p in vad a jejich d sledk -Quality Function Deployment, usnadn ní p evedení požadavk zákazník -jeho cílem je najít a aplikovat nejlepší praktiky -metody k úspo e náklad – DFM, DFA, DFS -Výrobní systém ŠKODA-standard prezentací a práce, který si vytvá í firma pro optimalizaci procesu
zdroj: NENADÁL, J., Interní dokumentace ŠKODA AUTO a.s.
Nezbytným rysem moderního ízení jakosti je úsilí o vysoký stupe bezvadnosti, neboli produkce s nulovými chybami u dodávaných výrobk a služeb. P edm tem zájmu nem že být pouze výsledný produkt, ale i podmínky, za jakých vzniká. ízení kvality se zam uje na metody, techniky a ídící aktivity, které mají p ispívat
9
k vysoké kvalit finálních výrobk a v kone ném d sledku k uspokojování pot eb zákazník (Veber, 2002). V sou asné dob je velmi asto uplat ován „zákaznický princip“, který vyžaduje i vzniku výrobku systematicky zmapovat požadavky zákazník , definovat produkt a co nejrychleji ony požadavky zrealizovat. Je nutné zvolit vhodná konstruk ní ešení, pou it se z p edchozích nedostatk , a tím p isp t k cenov výhodné výrob . Neprodražovat projekt pozd jšími nutnými zm nami v b žící výrob
a intenzivn
se zam ovat na prevenci (Nenadál, 1998). Pro prevenci
v r zných fázích projekt je d ležité za len ní útvar kvality do konstruk ních a plánovacích proces . Jejich úkolem není jen ov ování shody, ale také prevence, která m že být zavád na pouze systematickými a jednozna nými rozbory p
in
závad jak v b žící sériové výrob , tak i ve fázích prototyp a p edsériových výrob. Významnou roli hrají dodavatelé, pokud jsou integrováni do proces firmy již od po átku. T chto efekt se docílí aktivní spoluprací hmotnou i nehmotnou motivací, s cílem snižování náklad na kontrolu vstupujících díl od dodavatel . Vytvá ení tlaku a motivace vede k vyšším a kvalitn jším výkon m (Nenadál, 1998). iny, které vedou k neshodné produkci vadnou práci pracovník .
i službám, ukazují z 20 až 50% na
ízení kvality nabízí vedle popisu p ístup a doporu ení,
která by se m la stát nedílnou sou ástí firemní praxe, adu metod a postup , které mají tyto aktivity usnadnit a sjednotit. Podstatou zlepšování kvality je odstra ování nedostatk v chodu firmy. Jedná se nap íklad o nedostate nou kvalifika ní strukturu pracovních sil, opakované neshody v dodávkách od dodavatel , opot ebení výrobních za ízení, nevhodné ešení materiálových tok
apod. Existuje široká škála podn
ke zlepšování
využitím r zných strategií. Mezi tyto strategie pat í KAIZEN, který má rysy pozvolného, evolu ního zdokonalování. Naproti tomu je odlišná strategie REENGINEERING, kde se jedná o dramatické, revolu ní zm ny. Neustálé zlepšování systému managementu kvality je znázorn no na obrázku 1.
10
Zdroj: norma SN EN ISO 9001, s.13
Obr. 1 Zlepšování systému managementu kvality
2.2 Základní normy systému managementu kvality Jedním z hlavních tlak
na vznik dokumentované kvality byl tlak vojenského
pr myslu. Na konci 40. let si za ínají podniky i kone ní spot ebitelé vynucovat kvalitu od svých dodavatel , což vede ke vzniku souboru minimálních požadavk , které musí dodavatel zboží nebo služeb splnit, aby byl považován za spolehlivého a
d
ryhodného.
K založení
mezinárodní
organizace
pro
standardizaci
ozna ovanou jako ISO došlo v roce 1947. V roce 1987 Mezinárodní organizace pro standardizaci ISO poprvé zve ejnila normy, které se nezabývaly technickými požadavky na výrobky a procesy, ale výhradn požadavky na systém kvality. Rozhodující postupy v ízení kvality jsou upraveny v doporu eních vyplývajících z norem ISO ady 9000. Tyto normy mají univerzální charakter, nezávisí ani na charakteru proces , ani na povaze výrobk . Jsou aplikovatelné jak ve výrobních organizacích, tak i v podnicích služeb bez ohledu na jejich velikost. Tyto normy nejsou závazné, ale pouze doporu ující a jsou souborem minimálních požadavk , které by m ly být ve firmách implementovány. Pokud se dodavatel v obchodní smlouv
zaváže odb rateli, že u sebe aplikuje systém kvality podle n které
z modelových norem ISO, stává se tato norma pro daného výrobce závazným 11
edpisem. Zkušenosti ukazují, že ani striktní uplat ování požadavk norem ISO nedokáže garantovat základní cíl ú inného managementu jakosti, což znamená plnou spokojenost a loajalitu zákazník Nejnáro
jší z t chto norem ISO,
i dobré ekonomické výsledky [8].
SN EN ISO 9001 je doporu ována t m
podnik m, které mají sv j vlastní vývoj a p ípravu výroby. Mezi n které z dvaceti požadavk na systém kvality uvedené v této norm pat í nap íklad odpov dnost vedení, což upozor uje na nezastupitelnou roli vrcholového vedení firmy v systémech kvality. Dalším požadavkem je požadavky na operativní
ízení procesu, který popisuje
ízení výroby. Požadavek na kontrolu a zkoušení
vyžaduje pot ebu dokumentovaných postup pro vstupní, meziopera ní a výstupní kontrolu. Tyto normy necht jí od firem nic jiného než po ádek v organizaci a ízení (Nenadál, 1998). Vyšším stupn m je ISO 9004 - Sm rnice pro zlepšování výkonnosti, kde je uveden návod na širší rozsah cíl systému managementu jakosti, než poskytuje ISO 9001. V norm
ISO 9000 jsou uvedeny základy a zásady systému
managementu jakosti a terminologie (www.businessinfo.cz). Kvalitu výrobk není možné slu ovat pouze se souborem špi kových parametr . Ke kvalit výrobk pat í i další aspekty, jako je nap íklad ekologický standard. Pro udržování a zlepšování kvality prost edí a zdraví ob an
jsou podniky státními
orgány nuceny postupn realizovat environmentální p ezkoumání nebo prov rky aktuálních stav
a vliv
výroby na zne išt ní v nejr zn jších oblastech, jako je
voda, p da, ovzduší. Tyto prov rky jsou provád ny v rámci systému
ízení.
Environmentální systém ízení (dále jen EMS) a úvahy o životním prost edí musí být integrovány do celkového systému ízení podniku podobn jako systém ízení kvality. Návod k p ístupu a postupu je uveden v mezinárodní norm ISO 14 000 (Nenadál, 1998). Zavedení systému managementu kvality by m lo být strategickým rozhodnutím organizace. Návrh a implementace systému managementu kvality organizace jsou ovliv ovány prost edím, m nícími se pot ebami, konkrétními cíli, poskytovanými produkty, používanými procesy, velikostí a strukturou organizace ( SN EN ISO 9001: 2008).
12
3. VÝROBA KAROSERIÍ – SVA OVNA 3.1 Popis procesu výroby karoserií V modelu procesu výroby karoserií uvedeném v p íloze A jsou znázorn ny jednotlivé d ležité faktory, které slouží k dosažení jediného spole ného cíle – sva ené karoserii. Na vstupech lze vid t, že sva ená karoserie se skládá z jednotlivých podkomplet jak od interních, tak externích dodavatel . K interním dodavatel m pat í nap íklad lisovna, ná
ovna. Od externích dodavatel
jsou
dodávány již n které sva ené podkomplety, které jsou sou ástí karoserie. ležitou sou ástí procesu je, aby byly p i výrob pln ny cíle kvality a programy životního prost edí. Jednotlivými kroky - ve sva ovn
nazývanými operacemi - vzniká sva ená
karoserie od sva ení podlahy, dále sva ením rám , st echy a posledním krokem se p idají panelové díly, mezi n ž pat í p ední a zadní dve e, kapota, páté dve e a blatníky. Kone ným výstupem z tohoto procesu je tedy sva ená karoserie v etn panelových díl . Ke kone nému výstupu dochází pomocí použití r zných druh spoj , které jsou uvedeny v následující kapitole 3.2. Jedním z m ítek procesu je p edevším pln ní cíl nutné zajistit kontrolu svarových spoj
kvality, kde je v prvé ad
a ov ení kvalitativních parametr . Mezi
dalšími d ležitými m ítky procesu je pln ní operativních plán , pln ní limit vliv a cíl životního prost edí a výsledky audit jak externích, tak interních. Mezi interní zákazníky pat í lakovna a montáž voz . Externími zákazníky jsou autorizovaní prodejci. ímo v procesu výroby karoserií probíhá n kolik kvalitativních kontrol, které jsou uvedené v plánu kontrol a
ízení. Pat í sem nap íklad vizuální kontrola
provedených svarových spoj , která je popsána v pracovní návodce operátora svá ení. Další je namátková kontrola d lníkem podle p edepsaného postupu. Jedná se o zkoušky s návratem (tedy nedestruktivní). Mezi nedestruktivní zkoušky, které jsou provád ny p ímo ve výrob , pat í kontrola ultrazvukem. Ta se provádí podle plánu p edepsaných kontrol a pouze na bodových svarech.
13
3.2 Použité spoje na karoserii Sva ená karoserie se skládá ze základních konstruk ních prvk , tzv. podkomplet , které se spojují r znými druhy svarových spoj . Svarový spoj se volí podle konstruk ního provedení sestavy díl , dobré p ístupnosti k místu sva ování, podle zvolené technologie sva ování (druhu materiálu), požadavku na únosnost a podle provozní spolehlivosti svarového spoje. Výb r správného svarové spoje je ur en nejprve podle simulace spoje výpo tem, pozd ji se ov í crash testem. Ur itý druh svarového spoje m že být proveden r znými zp soby (Pilvous, 1985). Níže jsou uvedené spoje použité na karoserii: Odporové bodové svary Odporové bodové sva ování je v sou asné dob
dominující metoda spojování
tenkých ocelových plech . Je to metoda odporového sva ování tlakem, p plechy v míst
kontaktu zah ívají a p sobením síly se bodov
emž se
sva ují. Proud a
pot ebná síla se p enášejí bodovými sva ovacími elektrodami. Výhodou svarového bodu je rychlost jeho provedení a nízké náklady. Nevýhodou je omezení pr
rem svarového bodu (Bodové sva ování).
Sva ování MIG a MAG i sva ování MIG/MAG plní odtavující se elektroda sou asn funkci p ídavného materiálu i nositele oblouku, kde se sva ovací drát zavádí do sva ovacího ho áku, kde v tzv. kontaktní trubici dochází k p estupu proudu. Volný konec drátu je soust edn obklopený plynovou hubicí. Vytékající ochranný plyn brání chemickým reakcím žhavého povrchu výrobku s okolním vzduchem, ímž se dosahuje vyšší pevnost a houževnatost p ídavného materiálu. Ve funkci ochranného plynu se používají jak inertní, tak i aktivní plyny, proto mluvíme o sva ování Metal-Inert-Gas (= kov-inertní-plyn, MIG) Metal-Aktiv-Gas (= kov-aktivní-plyn, MAG) (FRONIUS eská republika s r.o.), p íklad MAGového spoje je uveden na obr. 2.
14
Obr. 2 Tavný svar MAG TIG U TIG svaru dochází obloukovému sva ování wolframovou elektrodou v ochran inertního plynu a nej ast ji se používá p i opravách, nap . u laserového pájení (Zezulka, 2003). Výhodou tohoto spoje je malé tepelné zatížení, a nevýhodou malá rychlost, která prodlužuje takt ve výrob . Z tohoto d vodu se používá tento spoj spíše p i opravách. Lasery – sva ování a pájení Svá ení - p i tavném sva ováni laserem je pro vytvo ení svarového spoje velmi ležitý minimální energetický vstup, který umož uje vytvo it hluboký a úzký svar, (uvedený na obr. 3) s minimálním teplotn ovlivn ným pásmem. Navíc, protože objem roztavené oceli je velmi malý, je možno pracovat i p i v tších tlouš kách bez p ídavného materiálu.
Obr. 3 Laserový svar 15
Pájení – v pr
hu pájení sv tlo laseru taví p ídavný materiál se zna
nižší
teplotou tání, než je teplota tání materiálu spojovaných komponent. Jako pájku lze použít nap . m
-zinek (mosaz) nebo slitiny cínu (Laserové zpracování tenkých
ocelových plech ). Mezi další použité spoje, které nevznikají svá ením, pat í nap íklad lepené spoje. Lepené spoje se p edevším používají v místech, kde není možnost provést svarový spoj nebo je nutné zvýšit pevnost a t snost karoserie. N které lepené plochy jsou d ležité z hlediska hlu nosti ve voze. Podle použití se lepidla d lí na vysokopevnostní a pevnostní, která se používá v místech, kde nelze použít svarový spoj, nebo se lepidlo p idává ke svarovému spoji, aby se zvýšila pevnost v rizikových
ástech karoserie. Další lepidla jsou t snící a tlumící, které se
používají p edevším na crash výztuhy a zabra ují hluk m v karoserii. Mezi další spoje pat í nýtování. Nýt je mechanická sou ást pro nerozebíratelné spojování plech . Nýtování se provádí pomocí nýtovacích kleští. Výhodou nýtování na karoseriích je, že nedochází k tepelné deformaci základního materiálu jako u svá ení. Nevýhodou nýtování je vytvo ení otvoru pro nýt. Nýtovací matice a šrouby p edstavují univerzální ešení pro vytvo ení zatížitelného, mati ního nebo šroubového závitu ve stavebním dílci.
3.3 Zajišt ní kvality ve sva ovn Jedním z hlavních m ítek procesu výroby karoserií je pln ní cíl zajiš uje
zkušebna
sva ovny.
Zkušebna
sva ovny
provádí
kvality, které zkoušky
(jak
destruktivní, tak nedestruktivní) a pravidelné kontroly procesu sva ovny. Na základ t chto kontrol se vytipují a analyzují místa, kde dochází k problém m a neshodám. Týká se to sva ené karoserie, v etn panelových díl , které se hodnotí podle výkresové dokumentace, PDM-list , ale i konstruk ních dat CATIA. Ve spolupráci s odbornými útvary se odhalené neshody eší, nebo se hledají možná ešení v jednotlivých týmech k tomu ur ených. Zkušebna sva ovny se zabývá p edevším pevností karoserie. Zahrnuje kontrolu provedení spoj
na karoserii a kontrolu procesu. V kapitole 4. je popsána
podrobn ji innost zkušebny sva ovny a metody provád ní zkoušek p i kontrole procesu.
16
4. ZKUŠEBNA SVA OVNY V sou asné dob
do innosti Zkušebny sva ovny náleží provád ní seká ových
zkoušek a jejich vyhodnocení, v etn
hodnocení lepených ploch na karoserii,
korozní zkoušky, metalografické zkoušky, ale i provád ní kontrol procesu výroby karoserií.
4.1 Model procesu zkušebny sva ovny Zkušebna sva ovny provádí pevnostní a metalografické zkoušky spoj na sva ené karoserii a jejich podkompletech s cílem uvolnit a kontrolovat stabilitu procesu. K tomuto ú elu je zpracovaný model procesu zkušebny sva ovny uveden v p íloze B, kde jsou rozd leny jednotlivé vstupy a výstupy sloužící pro kvalitní pr
h
procesu. Mezi vstupy do procesu Zkušebny sva ovny pat í podle plánu pevnostních zkoušek (v p íloze C), provedení destruk ní zkoušky na karoserii po kataforézním lakování, dále KTL. Karoserie musí být po KTL hodnocena z d vodu vytvrzení lepidel, což se na základ zkušeností jeví jako nutnost pro objektivní hodnocení slepených ploch na karoserii. P i zkoušce se na karoserii zkontrolují všechny pevnostní spoje - jak svarové, tak i lepené. V pr 4000 svarových bod
a p ibližn
ru se na karoserii nachází cca
150 lepených ploch. Karoserie se rozloží
seká em od nejvyšších sestav po malé sou ásti. Poté p ijde na
adu
odborné vyhodnocení jednotlivých sestav a výroba se seznámí s nalezenými odchylkami. Zkouška se vyžaduje i tehdy, jestliže dojde k úprav svá ení nebo ke zm
parametr
místa svá ení. D vodem zkoušky je i p ípad, kdy
konstruktér provede úpravy ve výkresové dokumentaci, nap íklad když provede posunutí svarových bod
nebo zm ny v po tu svarových spoj . Je-li zjišt na
neshoda v procesu nebo dojde-li k p evedení výroby interních díl na dodavatele, tzv. vy le ování výrob, i tehdy je samoz ejm nutné provést zkoušky. Na základ t chto zkoušek zkušebna vypracuje odborné protokoly k jednotlivým podkomplet m, ve kterých se posuzují pr spoje polohov nedostate
ry svarových bod , chyb jící spoje,
neodpovídající, body s malým pr
rem, p íliš krátké spoje,
slepené plochy, malé množství lepidla nebo špatná poloha lepidla,
vzhledem k výkresové dokumentaci, PDM list m a dle p edepsaných VW normám 17
a PV-zkušebním p edpis m. Výroba je se závažnou závadou okamžit seznámena, ostatní závady jsou p edstaveny na záv re ném hodnocení. Jsou požadována nápravná opat ení, která se následn
prov í procesní kontrolou.
V návaznosti na destruk ní zkoušky se u vybraných neshodných spoj provede metalografická zkouška, která je rozhodující pro daný spoj dle jednotlivých koncernových norem VW. Další zkouška se provádí na panelových dílech karoserie, kde se mimo jiné provedou i ezy lem , hodnotí se jejich geometrie a vypln ní lepených spoj . Toto hodnocení je velice d ležité z hlediska koroze a pevnosti, nap íklad p i CRASH testech (ukázka testu na obr. 4).
zdroj: Interní materiály ŠKODA AUTO a.s.
Obr. 4 Bo ní EuroNCAP, detail
Mezi d ležité
lánky procesu výroby karoserií pat í samoz ejm
kvalifikovaný
personál, který prochází neustálým zvyšováním kvalifikace a odbornosti. Pravideln
probíhají r zná školení jak na metrologii, tak v souvislosti se
seznamováním se s novými metodami zkoušení nebo p i zm nách hodnocení zkoušek a podobn . Na jednotlivé kroky procesu (od p ípravy vzork dokumentace) musí být zp tná vazba v podob neshody.
18
k vyhodnocení a vytvo ení
realizací opat ení na jednotlivé
Výstupem jsou protokoly a zkušební zprávy obsahující fotodokumentaci, které jsou ur eny pro jednotlivé zákazníky. Mezi zákazníky pat í lisovna, lakovna, sva ovna a další útvary závodu, ale i pobo né závody Kvasiny a Vrchlabí. Mezi externí montážní závody pat í závody v Rusku,
ín a Indii. Jedním ze zákazník jsou i
dodavatelé technologií Škoda AUTO a.s. Pro každý proces je d ležité definovat jednotlivé kroky a m ítka. Ve zkušebn nabývá tento systematický p ístup na významu. Podle výsledk kontrol se provádí nastavení a ov uje se celý výrobní tok. Pokud by docházelo k nejednozna ným výklad m zkoušek a následným chybným rozhodnutím, rostlo by v p ímé úm e i riziko vadných výrobk , což je v rozporu s firemním mottem „Prezission“. Z diagramu v p íloze D je také patrné, kdy je nutné ešit problém na vyšší úrovni ízení a jaké kroky mohou následovat. Mezi hlavní úkoly zkušebny pat í: •
Kontrola procesní stability p i p edáních a náb zích nových technologií (série),
•
definování požadovaných parametr
pro uvoln ní procesu výroby a jejich
následná kontrola s odborným záv rem – uvoln no, neuvoln no, uvoln no s podmínkou, •
finan ní efekty – v asné odhalení rizik – minimalizace škod,
•
podklady pro optimalizaci parametr svá ecích stroj ,
•
prevence p ed neo ekávanými výpadky na linkách – sledování tolerancí jednotlivých proces a výrobních krok ,
•
namátková kontrola systematiky provád ní p edepsaných zkoušek ve výrobním procesu,
•
zdroj informací pro další náb hy a b žnou sérii,
•
konzultace s technickým vývojem p i odhalení možnosti zlepšení ešení konstruk ních nedostatk
(prosazování pot eb praxe v konstruk ních
ešeních).
19
4.2 Zp sob a metody provád ní zkoušek V této kapitole jsou p edstaveny jednotlivé metody provád ní zkoušek Zkušebnou sva ovny na karoseriích a jednotlivých podkompletech. Jedná se o nedestruktivní, destruktivní a metalografické zkoušky. Jsou zde uvedeny p íklady a ukázky výstup z t chto zkoušek: Nedestruktivní zkoušky Nedestruktivní zkoušky jsou zkoušky, p i kterých nedojde p i kontrole k narušení spoje nebo k deformaci materiálu, a výrobek m že být vrácen zp t do výrobního procesu bez kvalitativních zm n. Mezi tyto nedestruktivní zkoušky používané zkušebnou sva ovny pat í zkoušky ultrazvukem. Ultrazvukové (dále UT) zkoušky se provádí pomocí akustického vln ní, jehož frekvence leží nad hranicí slyšitelnosti lidského ucha, tedy nad hranící zvuku 20 kHz. V nedestruktivní zkušební technice se cílen využívá dobrá schopnost pevných látek vést zvuk a vlastnosti zvukových vln na rozhraních. Zvukové vlny p ivedené do plechu pomocí sondy opat ené membránou, která slouží k dobré p ilnavosti k povrchu svarového bodu, vyvolají nejprve tzv. „echo“, odezvu na zadní st
a sled opakovaných ech
(Ultrazvuk). Pomocí ultrazvuku se hodnotí bodové svary. Podle tvaru, výšky a polohy ech lze hodnotit druhy poruch. Na obrázku 5 a 6 lze vid t výstup z UT ístroje EPOCH 4 a hodnocení bodového svaru podle výšky jednotlivých ech. Mezi tyto poruchy, které lze odhalit pomocí UT kontroly, pat í malý bod, nedržící bod i póry v bodu. Ú innost UT zkoušek je cca 80%. V roce 2001 byl p ipraven a zaveden pilotní projekt Škoda AUTO a.s. provád ní UT zkoušek ve výrob karoserií (Interní materiály Škoda Auto a.s.).
Obr. 5 Ukázka z UT, prova ený bod
Obr. 6 Ukázka z UT, bod neprova en 20
Destruktivní zkoušky Pro ideální ešení v oblasti pevnosti by m la probíhat destruktivní zkouška podle po tu díl v rozpracovanosti až po místo, kde lze ješt provád t opravy v p ípad nevyhovujících spoj . Toto nejnáro
ešení je samoz ejm
jší variantou. V p ípad
nejen nejdražší, ale i
vozu Octavia je to asi každý 250. kus.
Ov ování je nutné provád t kvalifikovaným personálem a s destrukcí dílu, tzv. seká ová destruk ní zkouška. Tato metoda je v sou asné dob nasazována pro kontrolní odb ry na funkci systému a p i náb zích nových spojení, p ípadn optimalizacích. Proces zkoušek destruk ních a nedestruk ních je ízen na základ statistických údaj
a výsledk
laboratorních zkoušek. Pro periodické provád ní
destruk ních zkoušek celé karoserie jsou zpracovány plány zkoušek na celý rok, (plán zkoušek je uveden v p íloze C). Zkoušky provád né ve zkušebn sva ovny jsou náro
jší na as a zpracování. Jsou d ležitým ukazatelem pro vnit ní vady
spoj , r zné defekty materiál vzniklé lisováním, velikosti grot z hlediska koroze, ukazatelem pro geometrii lem , vypln ní a množství lepidel na jednotlivých dílech. Všechny jsou hodnoceny dle p edpis , norem a výkresové dokumentace. Mezi další destruktivní zkoušky pat í také zkouška tvrdosti. Tyto zkoušky pat í mezi nejstarší a nejrozší en jší zkoušky. Tvrdost je definována jako vlastnost, jež se projevuje odporem proti pružné nebo plastické deformaci t lesa. Ve zkušebn je p i zkoušce tvrdosti uplatn na metoda podle Vickerse. Podstatou této zkoušky je vtla ování diamantového t lesa ve tvaru pravidelného ty bokého jehlanu do povrchu zkušebního t lesa (ukázka na obrázku 7 a) (Metrotest). V oblasti zkoušky mikrotvrdosti se musí dbát na pe livou metalografickou p ípravu výbrusu vzorku, na obrázku 7 b). Pro p esn jší výpov di o pr
hu tvrdosti v bodových svarech se
používá HV 0,2, nejmenší zkušební síla.
a)
b) Obr. 7 a) Zkouška tvrdosti podle Vickerse, 7 b) provedená zkouška
21
Další destruktivní zkouškou je také tahová zkouška provád na na trhacím stroji. Tyto zkušební stroje jsou zkonstruovány pro kvazi-statické, plynule vzr stající zat žování (na obr. 8). Jako univerzální zkušební systémy jsou ur eny pro zkoušky tahem, tlakem nebo ohybem. Pro upínání zkoušených t les je nutné použít pouze takové typy upínacích elistí, jejichž konstrukce zaru uje bezpe ný pr
h zkoušky. Výstup z trhací zkoušky je pomocí vyhodnocovacího softwaru.
Zkouška tahem, která se provádí ve zkušebn , dokládá pevnost, p itom musí dojít k destrukci vzorku v základním materiálu (PV 6702, 2010). V p íloze E je výstup ze zkoušky tahem
ty
vzork , z ehož je jeden vzorek z hlediska pevnosti
nevyhovující, pod hranicí 200 MPa. Toto hodnocení je dle daného p edpisu.
Obr. 8 Trhací stroj Metalografické zkoušky Mezi destruktivní zkoušky adíme také metalografické zkoušky. Tyto zkoušky jsou náro
jší z hlediska asu. P íprava vzork
musí být pro správné vyhodnocení
provedena v n kolika krocích. Pro provád ní vý ez podkomplet
z velkých díl , karoserie a
se používá plazmová eza ka a pásová pila. Pro p esn jší vý ezy
pro metalografickou zkoušku se provádí intenzivn chlazené ezy. Zde dochází k d lení jednotlivých spoj , nap . na odporových bodových svarech, tavných svarech, klin ích, tucker , ale provádí se zde i jednotlivé detailní vý ezy sloužící k vyhodnocení geometrie lem , rádius , grot
atd. P íprava malých vzork
je
provád na na metalografickém lisu, vzorky se zalévají do hmoty tvrzené tlakem a 22
teplotou, což umožní p ipravit více vzork
najednou. Plocha vzork
musí být
náležit upravena, nejprve sbroušena a následn vylešt na do zrcadlového lesku. Na vylešt ném vzorku jsou vid t vady materiálu, nap . trhliny, póry, vm stky. Aby bylo možno ur it strukturu, je t eba výbrus chemicky naleptat. K vyhodnocení makro a mikro struktury se ve zkušebn používá stereo-mikroskop se zv tšením 3,5x – 90x a metalografický mikroskop se zv tšením 25x – 2000x. Na dobré íprav vzork závisí výsledek a správnost vyhodnocení vzork . V následujících p íkladech je uvedeno, co lze vid t p i provád ní metalografických zkoušek. U laserového spoje (Schottplatte A5) byl proveden jemný ez, leptáno a zv tšeno 25x, zde se hodnotí správnost geometrie spoje. Na obrázku 9 a) došlo k správnému prova ením rozdíl od obrázku 9 b) kde lze vid t, že v horním rohu nedošlo k prova ení plech . Po naleptání vidíme strukturu prova ení.
a)
b) Obr. 9 a) Laser svár vyhovující, b) nevyhovující
Na dalším vzorku je ukázán rozdíl stupn prova ení. Jedná se o bodový odporový svar, který byl vybroušen a leptán. Na obrázku 10 a) je ukázka správného prova ení bodového svaru, kde je po naleptání vid t vznik svarové obrázku 10 b) nedošlo ke vzniku svarové
ky. Na
ky a plechy nejsou prova eny, tedy
jde o vznik nedržícího svarového bodu hodnocený jako nedostate ný stupe prova ení.
a)
b) Obr. 10 a) Svarový bod vyhovující, b) nevyhovující
23
i zv tšení 250x na obrázku 11 a) lze vid t tepelné ovlivn ní okolního materiálu, íklad laser (5. dve e A05, st echa B6), vzorek byl broušen a leptán, je zde vid t kde se nachází jemn jší zrno než v základním materiálu, rozmíst ní zrn podle jemnosti m žeme vid t ve spoji na obrázku 11 b).
a)
b) Obr. 11 a) Laser detail TOO, b) oblasti hrubosti zrn
ležitou sou ástí spoje je jeho istota, p i zv tšení 400x, p íklad laser 5. dve e A05, broušeno a leptáno, na obrázku 12 a) jsou patrné vm stky a nevhodné promíchání materiál , na obrázku 12 b) p i zv tšení 50x je viditelný pór, který p i ekro ení velikosti, jak uvádí p edpis, je z hlediska pevnosti v daném spoji nevhodný.
a)
b) Obr. 12 a) vm stky ve spoji, b) póry ve spoji
Na dalším vzorku, na obrázku 13 a) je vid t, jak d ležité je dodržet optimálnost svá ecích parametr . Byl proveden ez bodovým odporovým svarem, vybroušeno a leptáno. P i zv tšení vzorku 25x, na obrázku 13 b) je vid t, že nebyly dodrženy optimální
parametry
svá ení
a
došlo
nedostate nému prova ení plech .
24
k hlubokému
vtisku
epi ek
a
a)
b)
Obr. 13 Svarový bod a) optimální parametry, b) nevyhovující parametry
4.3 Proces kontroly ve sva ovn Návrh procesu, který je zobrazen ve vývojovém diagramu uvedeném v p íloze D, znázor uje, že každá provedená kontrola musí mít zp tnou vazbu, což znamená, že všechny nalezené závady v procesu musí být zaznamenány a od výroby je poté požadováno definování p
in neshody a návrhy nápravných
opat ení, kde musí být uvedena zodpov dnost a termín nápravného opat ení. Na základ
t chto opat ení se provede následná kontrola ú innosti opat ení. P i
namátkové kontrole nebo další destruk ní zkoušce se provede zjišt ní, zda nedošlo k nestabilit ve výrobním procesu. Všechny innosti zkušebny mají stejný pr ešení problém
h procesu, který požaduje okamžité
z hlediska kvality sva ené karoserie. Jsou-li neshody ve
výkresové dokumentaci a nap íklad svarový bod nelze nap íklad umístit na místo edepsané v dokumentaci z d vodu nep ístupnosti místa nebo umíst ní spoje v rádiusu nebo na o ezové hran , kontaktuje se odd lení vývoje a konstruktér musí navrhnout
ešení, p ípadn
opat ení, která lze ešit okamžit
opravit výkresovou dokumentaci. Ostatní v procesu, eší výroba ihned. Jsou-li n jaké
neshody, eší se v rámci „Komise kvality“ a „Týmech pevnosti a lepidel“ za ítomnosti technolog , se izova
, eventueln technického vývoje. Pro uvoln ní
a kontrolu výrobního procesu jsou zpracovány konkrétní požadavky, tj. po ty zkoušek na díle pro jeho uvoln ní, kontrolní plány na uvoln ných dílech pro sledování ú innosti proces . Díky t mto plán m a systematickým krok m je možné p esn ji plánovat finan ní prost edky pro zkoušky a optimalizovat je. Jako u všech procesních krok je i v oblasti kontroly svar nutné definovat a popsat jejich pr
h a zodpov dnost osob.
Ve zkušebn
sva ovny pro hodnocení kvality je nutné používat p edepsanou
dokumentaci sloužící pro správné provád ní kontrolní 25
innosti, která odpovídá
požadavk m organizace. Mezi dokumentaci d ležitou pro kontrolní innost pat í PDM listy (ukázka v p íloze F). Jedná se o rozpracovanou výkresovou dokumentaci a jsou používané pro hodnocení lepených ploch, kde jsou na jednotlivých listech znázorn ny detaily díl a spoj . Další d ležitou dokumentací jsou výkresy, kde jsou detailn
zakresleny všechny spoje na karoserii, popsán
druh spoje a p edepsané rozm ry spoje. Výkresy lze používat v papírové form , nebo používat CAD data a CATIA, což jsou datové modely ve 3D. K výkres m také pat í schválené odchylky od výkresové dokumentace, kde je popsán schválený rozdíl mezi výkresem a skute ností, dojde-li ke zm
oproti výkresu.
i hodnocení jednotlivých spoj na karoserii je nutné dodržovat VW normy a PV normy, ve kterých jsou p edepsané postupy a metody provád ní zkoušek a jejich vyhodnocení. Ke kontrole a dodržení správného postupu na pracovištích ve sva ovn slouží obrazové pracovní návodky (v p íloze G), které jsou umíst né na jednotlivých pracovištích výrobních operátor a je zde popsán postup, který musí být dodržován p i provád ní jejich
innosti. K další dokumentaci pro kontrolní
innost pat í také plány zkoušek, kde je ur eno v jakém sledu a jak asto budou zkoušky provád ny.
26
5. P ÍPADOVÁ STUDIE – NOVÉ MATERIÁLY NA KAROSERII V této kapitole byla pozornost zam ena na kontrolu procesní stability provád nou Zkušebnou sva ovny p i p edáních a náb zích nových technologií do sériové výroby. Jedná se o používání nových materiál , které zvýší bezpe nost karoserie a zárove sníží její hmotnost. P ípadová studie se zabývá d vody, pro používat nové materiály, kontrolou kvality díl , které p icházejí od dodavatel , a jsou zde uvedeny výsledky zkoušek na odporových bodových svarech a jejich možnost opravy p i nevyhovujícím provedení svarového spoje.
5.1 Vysokopevnostní plechy S vývojem ocelí se pro výrobce automobil , kte í stále hledají nové materiály pro lehké konstrukce, otvírá nová perspektiva. S rostoucí konkurencí hliníku a plastu musejí výrobci v karoserii zavád t pevn jší produkty. Krokem tímto sm rem je vývoj ocelí s vysokou plasticitou a pevností. Oceli, které se vyzna ují vysokými hodnotami tvá itelnosti, pevnosti, se v sou asné dob ásti voz . Nové vlastnosti materiál
používají jen na n které
vyžadují rozvinuté technologie a p ísn jší
dodržování parametr . Pro zvýšení bezpe nosti a zlepšení ochrany posádky se v konstrukci karoserie stále ast ji využívají vysokopevnostní materiály. Jedná se edevším o A a B sloupky, bo ní výztuhy dve í a prah , díly rámu, uchycení nárazníku, p
né i podélné nosníky (znázorn no na obr. 14). V tší množství díl
z t chto materiál
je plánováno použít na velkou ást platformy vozu u náb
nových výrob.
Zdroj: Interní materiál Škoda
Obr. 14 Schéma rozložení vysokopevnostních plech na karoserii 27
Vysp lé vysokopevnostní oceli mají vyšší mez pevnosti i tažnosti a díky t mto vlastnostem napomáhají pohlcení energie p i nárazu i p i snižování hmotnosti karoserie vozidla Interní materiály Škoda AUTO a.s.). ekávání zákazník
a zp ís ování legislativy (norem a p edpis ), zejména
v oblasti bezpe nosti a ekologie, jakož i ekonomické cíle koncernu VW a Škody AUTO a.s. jsou efekty, které p sobí jako motiva ní faktory na výrobce automobil . Ti se aktivn podílejí na vývoji, vzniku nových, lepších materiál . Cílem koncernu je s t mito materiály dosahovat vysoké pevnosti karoserie a zárove snižovat její hmotnost a po et použitých konstruk ních prvk svarových spojení). Sou asn
se aktivn
(výztuh, tlouš ky materiálu,
podílejí na jejich testování v rámci
edvývoje a nových prototyp . Sortiment t chto materiál
neustále roste, z
vodu rychlosti vývoje a jejich nasazení definují výrobci i kontrolní parametry chto materiál
p i jejich užití, a tím se podílejí na vzniku norem pro tyto
materiály, které jsou však ne vždy v as zpracovány. Pro zajišt ní bezpe nosti cestujících dávají výrobci automobil
již delší dobu
ednost za tepla tvá ené oceli Usibor 1500P p ed za studena tvá eným materiálem. Díky tomu jsou konstruk ní
ásti vozidla (nap íklad výztuha B -
sloupku, obr. 15), leh í, snížení hmotnosti lze dosáhnout až o 30%, ímž se snižují emise CO2.
Obr. 15 Výztuha B sloupku Požadavkem výrobc
automobil
je dosáhnout v deforma ních zónách lepších
deforma ních vlastností Pinard, 2009). Tato technologie zajistí výrobu komponent 3krát až 4krát pevn jších než klasické ocelové lisované za studena. Technologie tvá ení za tepla je ideální pro výrobu
28
bezpe nostních konstruk ních prvk
automobil , kde se kombinuje nízká
hmotnost s požadavkem vysoké pevnosti (Žaloudek, 2007). V sou asné dob
se ve Škoda AUTO a.s. používá materiál Usibor 1500P na
uvedených dílech v tab. 2. Vysokopevnostní plechy pro stavbu vozu v naší zemi distribuují dodavatelé ArcelorMittal a Benteler. Ve Škoda AUTO a.s. byly vysokopevnostní plechy nasazeny již u vozu Octavia II., ale i Fabia, Roomster, Yetti a Superb. Tab. 2 Seznam díl z vysokopevnostních plech
ást karoserie, projekt výstuha "A" sloupku, SK46x výstuha "B" sloupku, SK46x výstuha "A" sloupku, SK316 výstuha "B" sloupku, SK316
materiál
povrchová úprava
výrobce materiálu
Usibor 1500P
Alu-Si
ArcelorMittal
Usibor 1500P
Alu-Si
ArcelorMittal
dodavatel výlisku ThyssenKruppBerlin ThyssenKruppBerlin
Usibor 1500P
Alu-Si
ArcelorMittal
Benteler
Usibor 1500P
Alu-Si
ArcelorMittal
Benteler
Zdroj: Interní dokumentace Škoda
i náb zích nových výrob se po ítá s vyšším po tem díl
z vysokopevnostních
plech . Týká se to p edevším platformy vozu. Pro testování kvality svarových bod
u vysokopevnostních plech
je n kolik
metod. Jedná se o metody destruktivní a nedestruktivní. Mezi destruktivní metody pat í zkouška seká em, zkouška loupáním, zkouška na trhacím stroji a metalografická zkouška. Pro testování kvality svarových bod
nedestruktivní metodou lze použít
pohledovou zkoušku, klínovou zkoušku (nedojde k úplnému odtrhnutí svarového bodu) a zkoušku ultrazvukem. Tyto nedestruktivní zkoušky umož ují návratnost dílu do procesu, ímž nevznikají náklady na šrotaci jednotlivých díl , na kterých je zkouška provedena. O celkovém stavu karoserie vypovídá seká ová destruk ní zkouška, která se provádí dle Plánu destruk ních zkoušek (uvedeném v p íloze A). Tato zkouška se provede seká em a po odtržení slabšího plechu se provede m ení pr
ru bodu
pomocí posuvného m idla. Provedou se 2 m ení p esazené o 90° a je stanovena pr
rná hodnota z obou m ení (na obrázku 16).
29
Obr. 16 Odd lený svarový bod seká em
5.2 Kontrola dodávaných díl ve ŠKODA AUTO a.s. Pro ov ení kvality dodávaných díl a ov ení kvality materiálu je nutné provád t kontroly v rámci Škoda AUTO a.s., které provádí odd lení kvality dodavatel . Kontroly mohou být pravidelné i namátkové u každé dodávané šarže. Jsou provád ny operativní kontroly. Pro rychlou operativní kontrolu díl p ed zástavbou do karoserie a samotným sva ováním díl
ve sva ovn
jsou vhodné rychlé
nedestruktivní kontroly. Vizuální kontrola dílu - rychlé ov ení tepelného zpracování materiálu, které má vliv na zbarvení výlisku. P edepsaná doba p edeh evu materiálu je 5-10 minut a odpovídá „šedé“ barv
výlisku. Odlišn
zabarvené výlisky (nap . do „zelené“ i
ervené“) vypovídají o nedodržení technologického postupu (ukázka na obr. 17).
Obr. 17 Barevn odlišné výlisky Kontrola tvrdosti – pomocí tvrdom ru lze ur it tvrdost materiálu odpovídající ur itému rozmezí teplot, na které byl materiál oh íván. Lze tak ov it správnost tepelného zpracování. Kontrola tlouš ky povrchové vrstvy – m ení tlouš ky vrstev, nap . m ení magnetickou indukcí, ultrazvukem, atp. T mito metodami sice zm íme tlouš ku vrstvy nanesené na p vodní materiál, nevýhodou však je, že nezjistíme informace
30
o poréznosti i prasklinkách. Zjistíme pouze orienta ní hodnotu tlouš ky vrstvy povrchové úpravy (M ení tlouš ky vrstev povrchov upravených materiál ). V p ípad nesrovnalostí u operativních kontrol díl je vhodné provést destruktivní laboratorní zkoušku. Pomocí metalografického výbrusu lze detailn
kontrolovat
tlouš ku povrchové vrstvy a mikrostrukturu materiálu. Povrchová úprava plech je velmi d ležitá z hlediska protikorozní ochrany. U vysokopevnostních plech
je
vhodné použití ochranné vrstvy Al-Si. Tlouš ka povrchové ochranné vrstvy u polotovaru m že být 20-30 µm. P i tepelném zpracování polotovaru dochází k dalšímu difundování Al-Si a tlouš ka vrstvy nar stá. Z hlediska sva itelnosti dílu je pak maximální p ípustná tlouš ka povrchové úpravy 30-40 µm (TL 4225, 2006). Vyšší hodnoty tlouš ky vrstvy jsou z hlediska sva itelnosti nep ípustné, jelikož sledkem p ekro ení p edepsaných hodnot m že dojít k špatné kvalit provád ných svar
na karoserii. Sva itelnost vysokopevnostních plech
je
podmín na nejen chemickým složením, ale i druhem a zp sobem povrchové úpravy. Pokovení karosá ských plech je d ležité z hlediska koroze, v tšinou se používá zinek nebo hliník. Tyto prvky znesnad ují kvalitní svá ení plech karoserie. Znázorn no na obr. 18.
Obr. 18 Detail jednotlivých vrstev
5.3 Vyhodnocení spoj na r zných sestavách plech Na uvedených materiálech byly provedeny seká ové zkoušky na r zných sestavách plech . Jedná se o vysokopevnostní plech USIBOR 1500P a pozinkovaný plech (dále pozink) DC06, který se b žn (obrázky 19 a, b, c).
31
používá na karoserii
a)
b)
c)
Obr. 19 a) USIBOR x USIBOR, b) Pozink x pozink, c) USIBOR 1500P x pozink U t chto kombinací je patrné, že na obr. 19 a), kde je sestava dvou vysokopevnostních plech , dojde p i seká ové zkoušce k úplnému vytržení svarového bodu z jednoho plechu. V tšinou z ten ího plechu v sestav . U vysokopevnostních plech
je provád ní zkoušky seká em snadn jší než u
pozinkovaného plechu DC06, který je houževnat jší a musí být vynaložena v tší síla a delší as k odd lení dvou plech seká em. Na obr. 19 b), kde je sestava dvou pozinkovaných plech
je vid t, že nedojde k úplnému vytržení bodu. Tyto
zkoušky byly provedeny ve zkušebn
sva ovny. P ímo ve výrob
se kontroly
provádí pohledov a zkouškou ultrazvukem, což je vhodné pro sériové zkoušení bodových svar . Pohledovou zkouškou zjistíme, zda svarový bod je propálený, nedrží, je vylomený nebo chybí v sestav . P i zkoušce ultrazvukem závisí vyhodnocení
na
ozv nách
signálu
(tzv.
charakteristický pro vady uvnit svarové
echa).
Výskyt
„mezi-ech“
ky (uvedeno na obrázku 20).
Obr. 20 Svarová
ka, vnit ní vady
32
je
i odhalení t chto vad lze provést už na malých sestavách sva ené karoserie opravy, které p edepisuje Typový technologický postup TPP 999 444 016 (uveden v p íloze H). Z karoserie byly odebrány vzorky, na kterých byla simulována oprava nedržících svarových bod
dle p edpisu. Dle p edepsaného Typového technologického
postupu byla provedena oprava svarového bodu tavným svarem MAG, tzv. pr varek. Odvrtá se nedržící svarový bod vrtákem o pr
ru 7 mm ze strany
ten ího plechu, musí být provrtána celá síla plechu a provede se pr varek. Následn
byla provedena tahová zkouška, zda oprava svarového bodu MAG
technologií je z hlediska pevnosti vyhovující. Zkouška byla provedena na sestav plech pozinkovaný plech o síle 0,6 mm a vysokopevnostní plech USIBOR 1500P o síle 1 mm. Z grafického výstupu (uvedeného v p íloze I) a z tahové zkoušky, je prokazatelné, že oprava tavným svarem je z hlediska pevnosti vyhovující. Pro lepší porovnání pevnosti svarového bodu a opraveného bodu tavným svarem MAG jsou vloženy výsledky z tahové zkoušky do jednoho výstupu. Metalografická zkouška byla provedena na sestav plech pozinkovaný plech o síle 1mm a vysokopevnostní plech USIBOR 1500P o síle 1,8 mm. Pr varek byl proveden MAG technologií. Na výstupu z provedené metalografické zkoušky na obrázku 21 lze vid t, že v tavném svaru nejsou žádné vnit ní vady, jako jsou nap íklad trhliny (VW 01106-1, 2009). Na obrázku 22, kde je použita sestava plech pozinkovaný plech o síle 1,7 mm a vysokopevnostní plech USIBOR 1500P o síle 1,3 mm, m žeme vid t nevyhovující opravu. V tavném svaru se nacházejí trhliny a nedošlo k úplnému závaru elní strany plechu.
Obr. 21 MAG vyhovující
Obr. 22 Trhliny v MAGu 33
Další zkouška tvrdosti byla provedena na mikrotvdom ru firmy ZwickRoell, Vickers ZHV2-M. Zkouška byla provedena na sestav pozinkovaný plech o síle 1 mm a vysokopevnostní plech USIBOR 1500P o síle 1,8 mm. Na obrázku 23 jsou patrné rozdíly v tvrdosti na jednotlivých plechách i u p echodu do tepeln ovlivn né ásti, kde dochází ke zm
tvrdosti vlivem tepla. Na plechu Usibor 1500P je patrné, že
tvrdost v tepeln ovlivn né oblasti se sníží a na pozinkovaném plechu se tvrdost v tepeln ovlivn né oblasti zvýší.
Obr. 23 M ené tvrdosti MAGu v r zné TOO
34
6. NÁVRHY VARIANT DOPORU ENÝCH Na základ
EŠENÍ
p ípadové studie, kde bylo provedeno n kolik r zných variant
navrhovaných oprav provedených na nových materiálech a s ohledem na výrobní procesy Škoda AUTO a.s., kde se nachází velký podíl ru ních pracoviš , je nutné odzkoušet vlastní svá ení v etn opravy na hotových dílech. V návaznosti na tyto skute nosti bylo provedeno ov ováním zkušebních vzork sva ovny i výroby. U testovaných vzork
z pohledu zkušebny
bylo prokázáno n kolik zásadních
odlišností oproti stávajícím pozinkovaným plech m. V souladu s požadavky na jistotu a kvalitu proces byly provedeny zkoušky, které jsou uvedeny v kapitole 5.3 s ohledem na odhad možných rizik. Ú elem zkoušky bylo definovat zkušební parametry a stávající rizika. Testováním n kolika možných zp sob oprav se ukázalo, že vlastnosti materiálu neumož ují stávajícími technologiemi provád t n které p edepsané opravy. edevším provedená oprava pr varkovým svarem MAG, kde nelze odvrtat nedržící svarový bod na vrchním plechu, jedná-li se o vysokopevnostní plech. Tepelným p sobením na tento plech v míst
svarového bodu dojde ke zvýšení
tvrdosti a v sou asné dob neexistuje ve Škoda AUTO a.s. taková technologie, která umožní odvrtat nedržící svarový bod ze strany vysokopevnostního plechu. Provedením simulace opravy svarového bodu pr varkovým svarem MAG jen ze strany, kde byl pozinkovaný plech. Další možnou opravu lze provést, je-li p ístup a místo pro umíst ní nového svarového bodu, kde se musí dodržet vzdálenosti svarových bod
mezi sebou a umíst ní od o ezové hrany - tento p edpis je
uveden v norm VW 01105-1. Další možnost opravy svarového bodu lze provád t pouze koutovým tavným svarem MAG o délce 10 mm, svar situovat na okraj plechu na obr. 24 a). Tento tavný svar MAG snižuje u vysokopevnostních plech tvrdost ve spoji a zvyšuje riziko trhlin a pór .
35
a)
b)
Obr. 24 a) Oprava koutovým svarem MAG, b) Výbrus koutového svaru Tlouš ka povrchové ochranné vrstvy je d ležitá z hlediska sva itelnosti díl , hrani ní mez povrchové úpravy p edepisuje norma TL. Ke snížení rizik nedržících spoj , nap íklad z d vodu špatného tepelného zpracování díl , bylo vhodné p edepsat vizuální kontrolu díl (uvedenou v kapitole 5.2), a p i jiné než šedé barv díly nezpracovávat. Již p ed náb hem a zavedením nových materiál do výroby je d ležité, aby byla ast jší kontrola zam ena p edevším na pr
h procesu svá ení. Tím by se
zabránilo, aby docházelo k provedení nevyhovujících, p edevším nedržících nebo chyb jících spoj
na sva ené karoserii. Zvýšením procesních kontrol a kontrol
svá ecích parametr , proškolením výrobních d lník , dodržováním návodek a edpis by se t mto problém m m lo zabránit. Náhradou ru ních pracoviš zavedením nových robotových pracoviš by se m lo zabránit provedení nevyhovujících spoj
na karoserii. Z hlediska náklad
na
zavád ní automatizovaných pracoviš je zatím tato varianta nereálná. Podrobn ji zde nebude ekonomické vyhodnocení analyzováno.
36
7. ZÁV R V oblasti konstrukce a výroby karoserií je nutné zvolit nové postupy pro v asné a rychlé odhalování možných rizik a závad. Zkracováním jednotlivých etap se zvyšuje i riziko vzniku neshodného dílu. Uvedená zjišt ní ukazují, jak d ležité je provád t testy v prost edí výroby. Za t chto podmínek je nezbytné mít k dispozici zkušebnu, která je vybavena ístrojov i personáln tak, aby byla schopna poskytnout reálný obraz o kvalit všech druh svarových a pájených spoj . Nezbytná je innost i v oblasti aplikací nových zkušebních metod. Za p íklad m že sloužit zavedení zkoušení svar
ultrazvukem. Nedestruktivní kontrola bodových
svar s návratností investic do 2 let umožnila významn zkrátit asové lh ty pro vyhodnocení kvality svar ve všech etapách vývoje a vlastní produkce sva enc . Dalším rozhodujícím faktorem pro kvalitu sva ování je zvyšování automatizace technologických proces . Zkušenosti ze sva oven Škoda AUTO a.s. i ostatních zna ek koncernu VW jednozna
ukazují na p ímou závislost, kde se zvýšením
automatizovaných pracoviš se sníží po et nalezených neshod. Další oblastí, kterou výsledky zkoušení svarových spoj ovliv ují, je optimalizace karoserií s cílem redukce hmotnosti. Výsledky zkoušek jsou sou ástí podklad pro rozhodnutí o snižování po tu svarových spojení a konstruk ních díl
karoserie.
Snížení hmotnosti vozu vede ke snížení spot eby paliva, a tím i k snížení emisí CO2 a zvyšuje užitné vlastnosti finálního produktu. Jednou z hlavních p ocelových plech
in chybných svar
jsou rozm rové neshody díl . U
je možné sva ovat i s odchylkami na rozm rech. U
vysokopevnostních plech je nutné dbát na dobré slícování, což je uvedeno jako požadavek v koncepci kvality a vychází ze zjišt ní zkušebny. Tyto poznatky jsou sou ástí bod projednávaných s Technickým vývojem a v kontextu s p edchozími technologickými operacemi- lisovna. Pro vyšší procesní jistotu a nastavení (optimalizaci) parametr svá ení a kontrol se v rámci PVS provád jí kontroly ultrazvukem na každém odporovém bodovém svaru u vysokopevnostních plech . V záv ru PVS se vyhodnocuje zjišt ný stav, který slouží jako podklad pro rozhodnutí, nap íklad o etnosti zkoušek v procesu, 37
zajišt ní proškolení pracovník , vytvo ení obrazových návodek pro lepší ehlednost a vizuální kontrolu. Cílem této práce bylo zam it se na zp sob zabezpe ení kvality v procesu sva ování karoserií. Zam eno p edevším na zavád ní nových materiálu do automobilového pr myslu. Jaké jsou výhody a k jakým problém m m že docházet i použití t chto materiál
na sva ené karoserii a p edevším, jak t mto
problém m p edcházet.
38
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY Bodové
sva ování.
[online].
[cit.
2.11.2010].
Dostupné
z:
SN EN ISO 9001:2008: Úvod, kap. 0.1 Obecn , s. 11. Praha: Ú ad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2009 6. Laserové zpracování tenkých ocelových plech [online]. [cit. 24.10.2010]. Dostupné z: FRONIUS eská republika s r.o. [online]. [cit. 24.10.2010]. Dostupné z: Interní materiály Škoda AUTO a.s. (p íru ky, dokumentace kvality, prezentace, atd.) ení tlouš ky vrstev povrchov upravených materiál Dostupné
z:
[online]. [cit. 2.11.2010].
povrchove-upravenych-materialu> METROTEST [online]. [cit. 15.10.2010]. Dostupné z: NENADÁL, J. Moderní systémy ízení jakosti. 1. Vyd. Praha: Management Press, 1998. ISBN 80-85943-63-8. PILVOUS, V., VÁCLAV, J. Nové metalurgické postupy sva ování ocelí. 1. vyd. Praha: SNTL, 1985. Pinard F.: „Usibor a Ductibor: dokonalá kombinace pro bezpe
jší a leh í auta“.
asopis pro klienty update, listopad 2009, s. 12. PV 6702: Bodové svarové spoje na ocelových materiálech. 2010-03. TL 4225. Legierter Vergütungsstahl 22MnB5 unbeschichtet oder vorbeschichtet. 2006-05, odstavec 4.3.3.3.
39
Ultrazvuk [online]. [cit. 15.10.2010]. Dostupné z: VEBER, J. a kol.
ízení jakosti a ochrana spot ebitele. 1. vyd. Praha: Grada
Publishing, spol. s r. o., 2002. ISBN 80-247-0194-4. VW 01106-1: Sva ování v ochranné atmosfé e, spoje ocelových plech . 2009-08. www.businessinfo.cz. [online]. [cit. 20.10.2010]. Dostupné z: ZEZULKA, L. Sva ování. 1. Vyd. Šumperk: SATES, 2003. ŽALOUDEK, P.: „Výhody s kompletní linkou pro tvá ení za tepla“. asopis MM 2007/10, 9.10.2007 v rubrice Trendy/ Tvá ení, s. 19.
40
SEZNAM OBRÁZK
A TABULEK
Obr. 1
Zlepšování systému managementu kvality
Obr. 2
Tavný svar MAG
Obr. 3
Laserový svar
Obr. 4
Bo ní EuroNCAP, detail
Obr. 5
Ukázka z ultrazvuku, prova ený bod
Obr. 6
Ukázka z ultrazvuku, bod neprova en
Obr. 7
a) Zkouška tvrdosti podle Vickerse, b) provedená zkouška
Obr. 8
Trhací stroj
Obr. 9
a) Laserový svar vyhovující, b) nevyhovující
Obr. 10
a) Svarový bod vyhovující, b) nevyhovující
Obr. 11
a) Laser detail TOO, b) oblasti hrubosti zrn
Obr. 12
a) Vm stky ve spoji, b) póry ve spoji
Obr. 13
Svarový bod a) optimální parametry, b) nevyhovující parametry
Obr. 14
Schéma rozložení vysokopevnostních plech na karoserii
Obr. 15
Výztuha B sloupku
Obr. 16
Odd lený svarový bod seká em
Obr. 17
Barevn odlišné výlisky
Obr. 18
Detail jednotlivých vrstev
Obr. 19
a) USIBOR x USIBOR, b) Pozink x pozink, c) USIBOR 1500P x pozink
Obr. 20
Svarová
Obr. 21
MAG vyhovující
Obr. 22
Trhliny v MAGu
Obr. 23 Obr. 24
ka, vnit ní vady
ení tvrdosti MAGu v r zné TOO a) Oprava koutovým svarem MAG, b) výbrus koutového svaru
41
Tab. 1
Nástroje a metody ízení kvality
Tab. 2
Seznam díl z vysokopevnostních plech
42
SEZNAM P ÍLOH ÍLOHA A
Model procesu – výroby karoserií
ÍLOHA B
Model procesu – Zkušebna sva ovny
ÍLOHA C
Plán destruk ních zkoušek na rok 2011
ÍLOHA D
Vývojový diagram innosti zkušebny
ÍLOHA E
Výstup z vyhrnovacího SW
ÍLOHA F
PDM list
ÍLOHA G
Obrazový pracovní návod
ÍLOHA H
TPP 999 444 016
ÍLOHA I
Výstup z tahové zkoušky
43
ÍLOHA A
Model procesu – výroby karoserií
44
ÍLOHA B
Model procesu – Zkušebna sva ovny
45
ÍLOHA C
Plán destruk ních zkoušek na rok 2011
46
ÍLOHA D
Vývojový diagram innosti zkušebny
47
ÍLOHA E
Výstup z vyhrnovacího SW
48
ÍLOHA F
PDM list
49
ÍLOHA G
Obrazový pracovní návod
50
ÍLOHA H
TPP 999 444 016
51
ÍLOHA H
TPP 999 444 016
52
ÍLOHA I
Nr 1 2
L0 mm 29,98 29,99
Výstup z tahové zkoušky
Fmax. Flom N/mm2 N/mm2 7546,30 1508,82 6017,37 1197,84 1500
lom. Fmax. % % 36,56 20,10 - vz. .5 (pr varek , vrták 8mm, MAG 114 A) 30,32 16,98 - vz. .5a (sv.bod) minimální hodnota pro tlouš ku plechu – t1= 0,6mm
53
ANOTA NÍ ZÁZNAM
AUTOR
Pavla Landecká
STUDIJNÍ OBOR
6208R088 Podniková ekonomika a management provozu Zp sob zabezpe ení kvality v procesu sva ování karoserií
NÁZEV PRÁCE
VEDOUCÍ PRÁCE
Ing. Ji í Lubina, Ph.D.
INSTITUT
IPT
PO ET STRAN
55
PO ET OBRÁZK
24
PO ET TABULEK
2
PO ET P ÍLOH
9
STRU NÝ POPIS
Bakalá ská práce se zabývá zp sobem zabezpe ení kvality v procesu sva ování karoserií ve ŠKODA AUTO a.s.. Je zde definován pojem kvalita a d ležitost zabezpe ení kvality v provozu výroby karoseriísva ovny. Dále je zde vysv tleno, k emu slouží odd lení kvality Zkušebna sva ovny. Jaké používá zp soby a metody provád ní zkoušek p i kontrole procesu výroby karoserií. P ípadová studie je zam ena na to, jaké mohou nastat problémy p i zavád ní nových materiál do výroby karoserií. Testování probíhalo na základ provedení odporových svarových bod na nových materiálech, na zném párování plech a následn provedené destruk ní zkoušce. Studie se zabývá možnostmi ešení, dojde-li k nevyhovujícímu provedení spoje, provedením r zných oprav a jejich vyhodnocením. Bylo zjišt no, že p edepsané opravy nejsou vyhovující a je zde riziko nedostate né pevnosti karoserie. V záv ru je popsána možnost, jak mto neshodám ve výrob p edcházet.
KLÍ OVÁ SLOVA
Sva ování, kvalita, ízení kvality, metalografie, ultrazvuk, destruk ní zkoušky, ISO
ROK ODEVZDÁNÍ
54
2011
ANNOTATION
AUTHOR
Pavla Landecká
FIELD
6208R088 Business Administration and Operations Quality assurance way in the proces sof car body welding
THESIS TITLE
SUPERVISOR
Ing. Ji í Lubina, Ph.D.
INSTITUTE
IPT
YEAR
NUMBER OF PAGES
55
NUMBER OF PICTURES
24
NUMBER OF TABLES
2
NUMBER OF APPENDICES
9
SUMMARY
KEY WORDS
2011
The thesis deals with the method of quality assurance in the process of welding a car body in ŠKODA AUTO a.s. It operates with the term „quality“ and introduces the importance of quality assurance in the service of car body production (melding) There is also explained what the Testing Department of Melding is, which testing methods are used there during controlling the process of producing car bodies. The case study is focused on what problems might occur in introducing new materials into the production process. The testing itself was based on an implementation of resistance welding points on new materials, various pairing sheets and finally on the results of some destructive tests. The study analyses some possible solutions if there is an unsuitable design service, suggests some fixes and evaluates them in detail. It was found that the required fixes are not satisfactory and there is a risk of lack of the car body strength. Finally, it describes the way how we can prevent those problems already in the production.
Welding, quality, quality management, metallography, ultrasound, destructive testing, ISO
55
