Innowacje w technologii i automatyzacji

Piotr Boral, Jerzy Winczek Przemysław Postawa, Marek Gucwa

Monografię otwierają rozdziały poświęcone modyfikacji tworzyw sztucznych. Tworzywa są najczęściej modyfikowane w fizycznych procesach przetwórstwa  poprzez dodatki różnego rodzaju napełniaczy, pełniących zarówno funkcję wzmacniającą (napełniacze aktywne), jak i wypełniającą, która powoduje zmniejszenie ceny (napełniacze inertne). Obok modyfikacji fizycznej w wielu aplikacjach przemysłowych wykorzystuje się modyfikację chemiczną. Dzięki dodatkom można w późniejszych procesach przetwórstwa aktywować substancje odpowiedzialne za kształtowanie się oczekiwanej struktury formowanych wyrobów z tworzyw. Ważnym obszarem stosowania tworzyw sztucznych jest medycyna, w której tworzywa polimerowe są już nieodzownym materiałem. W rozdziałach 2-5 zaprezentowano wyniki badań zarówno eksperymentalnych, jak i numerycznych dotyczących stosowania polietylenu ultra o wysokiej masie cząsteczkowej w endoprotezach stawów kolanowych i biodrowych oraz w barłożyskach. Analizowano procesy zużycia tych materiałów w różnych stanach obciążenia, co jest kluczowym kryterium przy ich stosowaniu w organizmach żywych ze względu na brak możliwości usunięcia produktów zużycia podczas eksploatacji. Przedmiotem rozważań kolejnych rozdziałów monografii są zagadnienia związane z konstrukcją obrabiarek skrawających, analizą współpracy elementów geometrycznie złożonych oraz z przebiegiem procesu zużywania się powierzchni po obróbce powierzchniowej nagniataniem. W rozdziale dotyczącym analizy MES modelu frezarki pionowej przedstawiono badania wytrzymałościowe zaprojektowanych korpusów obrabiarki z wykorzystaniem aplikacji CAD/CAE. Rozwój technik wytwarzania w zakresie obróbki metali powoduje stały wzrost zapotrzebowania na obrabiarki coraz wydajniejsze, dokładniejsze i o wyższym stopniu automatyzacji. Współczesne obrabiarki CNC różnią się od obrabiarek konwencjonalnych konstrukcją, sterowaniem, jak również stosowanymi komponentami. Obrabiarki konwencjonalne w większości przypadków były w całości produkowane w ramach poszczególnych firm, a obrabiarki CNC w dużym stopniu mają budowę modułową, składane są z komponentów produkowanych przez wyspecjalizowane firmy. W rozdziale dotyczącym procesu montażu wybranych zespołów bramowej frezarki CNC przedstawiono projekt autorskiej frezarki bramowej trzyosiowej o konstrukcji spawanej z profili zamkniętych ze stali o podwyższonej wytrzymałości S355J2 o grubości ścianki 10 mm. Dostępność na rynku wielu komponentów umożliwiła wykonanie obrabiarki CNC we własnym zakresie. Obrabiarka ta przewidziana została do obróbki frezami o niewielkiej średnicy metodą wierszowania powierzchni geometrycznie złożonych. Dodatkowo została wyposażona w czwartą oś obrotową w formie wrzeciona przedmiotowego z uchwytem trójszczękowym samocentrującym, usytuowaną na stole frezarki. W części dotyczącej przekładni ślimakowej przedstawiono analizę śladu styku zębów ślimaka o określonym zarysie z współpracującym kołem ślimakowym. Styk zębów koła ślimakowego w przekładniach ze ślimakiem o zarysie prostoliniowym czy stożkopochodnym jest stykiem dwóch powierzchni wypukłych. Występują wtedy małe promienie zastępcze krzywizn zarysów wzdłuż linii styku, co przyczynia się do powstawania dużych nacisków i trudności w utrzymaniu filmu olejowego w przestrzeni międzyzębnej. W przypadku zarysów krzywoliniowych styk zębów ślimaka zachodzi jako kontakt powierzchni wypukłej z powierzchnią wklęsłą. Tworzą one wtedy duże promienie zastępcze krzywizn, co stwarza lepsze warunki do powstawania i utrzymania filmu olejowego między współpracującymi powierzchniami i sprzyja powstawaniu mniejszych nacisków, dlatego też dokonano analizy przypadku współpracy zębów ślimaka o zarysie wklęsłym w przekroju osiowym, opisanym funkcją kwadratową z kołem ślimakowym. Istotnym zagadnieniem w produkcji części maszyn jest spełnienie określonych wymagań eksploatacyjnych zależnych w dużej mierze od jakości i stanu ich powierzchni. Proces nagniatania pozwala na uzyskanie oczekiwanych własności użytkowych wytwarzanych powierzchni. W pracy przedstawiono wyniki badań przebiegu procesu zużycia w warunkach tarcia technicznego suchego warstw wierzchnich po wybranych sposobach obróbki nagniataniem naporowym powierzchni zewnętrznych. Stały postęp w technice, technologii czy inżynierii materiałowej dotyczy również szeroko pojętego spawalnictwa. W ramach tego pojęcia mieszczą się typowe procesy spawalnicze, dobrze znane metody spawania elektrycznego czy gazowego, jak również liczne procesy pokrewne spawaniu. Spośród licznych procesów klasyfikowanych jako pokrewne spawaniu istotne miejsce znajdują procesy cięcia termicznego. Spośród tych procesów cięcia szczególne miejsce znajduje proces cięcia plazmą, łączący wysoką jakość krawędzi i powierzchni po cięciu z umiarkowanymi kosztami. W rozdziałach 10 i 11 niniejszej monografii przedstawiono proces cięcia plazmowego oraz analizę jakości powierzchni i krawędzi po cięciu. W tych pracach zwrócono jednocześnie uwagę na pogarszającą się jakość cięcia wraz ze wzrostem grubości ciętych materiałów oraz niekorzystne oddziaływanie tego procesu cięcia na środowisko pracy. W kolejnym rozdziale monografii przedstawiono wyniki badań nad odpornością na korozję wżerową złączy spawanych ze stali austenitycznych. W badaniach zastosowano trzy gatunki stali nierdzewnych, dla których wykonano złącza doczołowe poddane następnie badaniom korozyjnym zgodnie z normą ASTM G48. Wyniki badań wskazują na pozytywny wpływ zastosowania spawania łukiem pulsującym na odporność korozyjną badanych złączy spawanych. Równie ważny w tym zakresie jest odpowiedni skład chemiczny stali i jej jakość, rozumiana w tym przypadku jako niska zawartość ferrytu δ i jego równomierne rozmieszczenie w osnowie austenitycznej. Ostatni rozdział monografii został poświęcony nowoczesnym zrobotyzowanym procesom spawalniczym, jakimi niewątpliwie są spawanie laserowe i spawanie hybrydowe. Procesy te zostały zastosowane do wykonania złączy teowych ze stali S700MC, która znajduje coraz szersze zastosowanie w wytwarzaniu konstrukcji spawanych. Uzyskane wyniki badań wskazują na silne oddziaływanie zastosowanych źródeł ciepła na geometrię złącza oraz jego strukturę i zmierzoną twardość. Zastosowanie spawania hybrydowego pozwoliło w tym przypadku na osiągnięcie lepszej geometrii złącza oraz mniejszego gradientu twardości i przewidywalnej większej trwałości złącza.