ARNOLD Umformtechnik: Alufast^® zajišťuje odlehčené konstrukce

Odlehčené konstrukce v průmyslu vítězí – hořčík a hliník se jeví jako optimální spojení materiálů – šrouby Alufast^® předvádějí své výhody

(Forchtenberg) Lehké stavební materiály vyžadují u pohyblivých hmot výrazně méně energie a materiálu než konvenční alternativy. Proto zejména automobilový průmysl již přibližně deset

let sází i v sériové výrobě na „štíhlé“ konstrukce součástek. Zvláště materiály hliník a hořčík se při konstrukcích automobilů osvědčily jako motory inovace, neboť zajišťují významné zlepšení hospodárnosti systémů. Současně rostou také požadavky na používané spojovací prvky a dimenze šroubových spojení.

Skupina Arnold je 100% dceřinou společností globálně působícího koncernu Würth, který s více než
60.000 zaměstnanců a 387 společnostmi dosahuje na celém světě zisku přes 7 miliard euro.

Hliník a hořčík se jako inovační a rozmanitě kombinovatelné konstrukční materiály prosadily téměř ve všech oblastech průmyslové výroby. Hořčík například disponuje vhodnými mechanickými a fyzikálními vlastnostmi k tomu, aby byl používán při výrobě tenkostěnných pod tlakem litých dílů. K bezpečné montáži skříňových dílů, nosičů nebo vyztužovacích komponent z hořčíku společnost Arnold Umformtechnik vyvinula šroubový program Alufast^®. Používaná slitina Al 6056 se plně osvědčila při šroubových spojeních hořčíkových komponent.

Specialisté na spojování z Forchtenbergu tak reagují na požadavek optimálního párování materiálů, které má svůj význam zejména s ohledem na tepelnou roztažnost, korozní chování a recyklaci. Produkty Alufast^® zároveň splňují vysoké požadavky na zachování napínací síly, teplotní stabilitu a úsporu hmotnosti. Rozsáhlé řady pokusů dokazují, že Alufast^® v plném rozsahu pokrývá potřeby trhu.

Alufast^® namísto oceli
Šroubové spojení hořčíkových dílů klade zvláštní požadavky na spojovací prvek. Nízká pevnost podpěry a maticového závitu vyžaduje při použití ocelových šroubů velké hloubky nebo velké plochy pro podložky hlav. S tím jsou spojeny délky šroubů, které mohou snadno kompenzovat hmotnostní výhodu materiálu. Velice různé charakteristiky tepelné roztažnosti kombinovaných materiálů mohou rychle vést ke ztrátám předpínací síly, což může ohrozit funkci dílu. Koroze kontaktních míst snižuje kvalitu spojení.

Vysoce pevné hliníkové šrouby z programu Alufast^® společnosti Arnold jsou osvědčenou odpovědí na uvedené výzvy. Spojovací prvky Alufast^® vynikají volbou vhodné hliníkové slitiny v kombinaci s přesně sladěným tepelným ošetřením šroubů. Produkty Alufast^® jsou vhodné zejména pro šroubová spojení hořčíkových komponent pod korosivní a termickou zátěží. Slitina Al 6056 a její upravené tepelné ošetření zajišťují procesně bezpečné upevňovací a tažné vlastnosti šroubů. Zatímco ocelové šrouby vyžadují u hořčíkových spojení extrémně velké plochy pro podložky hlav, v případě Alufast^® postačí standardní tvar.

Stabilní mechanické vlastnosti
Alufast^® dále přesvědčí dobrou odolností proti korozi v místech kontaktu s hořčíkem. Nižší potenciální rozdíly nabízejí výrazně snížené korozní potenciály oproti ocelové variantě spojovacích prvků. Mechanické vlastnosti šroubů jsou při dlouhodobém zatížení až do teploty přibližně 150°C téměř stabilní. Krátkodobě vyšší teploty do cca 180 °C rovněž nejsou kritické. Šrouby Alufast^® se mohou neizolovaně používat ve spojení s obvyklými hořčíkovými tlakově litými slitinami – jako je například Az91 HP. Nepotřebují žádnou další povrchovou úpravu. Odolnost proti korozi zůstává u součástek po celou dobu provozu stabilní.

Nízké ztráty předpínací síly
Relaxační postupy zejména v sešroubovaných hořčíkových dílech mohou zvláště u spojovacích míst při teplotní zátěží vést ke ztrátám předpínací síly. Riziko plyne z koeficientu roztažnosti hořčíku vyššího oproti oceli s faktorem 2. Zejména teploty motoru a převodovky od - 30°C až do 150°C vedou u šroubových spojení k teplotním rozdílům představujícím až 180°C. Z toho plynou při vysokých teplotách v případě použití ocelových šroubů nejprve termicky indukovaná dodatečná zatížení

šroubového spojení, která poté zpravidla vedou k relaxaci (až k plastifikacím) hořčíku. Tyto relaxační jevy v hořčíku (zejména závit, podložka hlavy šroubu) pak vedou k poklesu předpínací síly při vyšších provozních teplotách. Avšak při ochlazení (např. na začátku jízdy v zimě) se tloušťka sevřeného hořčíkového dílu z termických důvodů mění silněji než délka ocelového šroubu. Následkem toho se při použití ocelových šroubů mohou vyskytnout značné ztráty předpínací síly, které pak za určitých okolností mohou vést k selhání spojení.

Šrouby Alufast^® díky podobnému termickému dilatačnímu chování vykazují podstatně nižší ztrátu předpínací síly při teplotních výkyvech než běžné ocelové šrouby, což je předurčuje speciálně k použití v oblastech s teplotním zatížením.

Hliníkové šrouby typu Alufast^® jsou třikrát lehčí než ocelová alternativa. Úspora hmotnosti při použití 20 šroubů na jednu převodovku může činit až 340 gramů. Redukci hmotnosti lze navíc zvýšit, protože při použití šroubového spojení Alufast^® lze zvolit výrazně menší rozměry šroubu, aniž by to vedlo k nižší kvalitě spoje.

Shrnutí:
Šrouby Alufast^® předvedou své výhody zejména při spojování skříňových dílů, nosičů a vyztužovacích komponent z hořčíku. Bezpečnost šroubového spojení je především v případě optimálních materiálových kombinací zejména pod vlivem tepla podstatně vyšší. Šrouby Alufast^® se zvláště osvědčily při termickém a korosivním zatížení.

Dosahují procesně bezpečných upevňovacích a tažných vlastností při současně dobrých korozních vlastnostech. Potenciál úspor hmotnosti představuje zejména u velkých množstevních struktur – jako například při výrobě převodovek – několik tun oceli ročně.