Innowacje w technologii i automatyzacji II (E-book)

Monografię otwierają rozdziały poświęcone modyfikacji materiałów nienaturalnych. Tworzywa są typowo modyfikowane w fizycznych procesach przetwórstwa przez dodatki przeróżnego typu napełniaczy, pełniących równocześnie funkcję wzmacniającą (napełniacze aktywne), jak i wypełniającą, która sprawia 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 materiałów. Ważnym obszarem używania materiałów nienaturalnych jest medycyna, w której tworzywa polimerowe są już nieodzownym materiałem. W rozdziałach 2-5 zaprezentowano wyniki badań zarówno eksperymentalnych, jak i numerycznych dotyczących wykorzystywania polietylenu ultra o wysokiej masie cząsteczkowej w endoprotezach stawów kolanowych i biodrowych i w barłożyskach. Analizowano procesy zużycia tych materiałów w różnych stanach obciążenia, co jest kluczowym kryterium przy ich użytkowaniu w organizmach żywych ze względu na brak możliwości usunięcia produktów zużycia w trakcie eksploatacji. Przedmiotem rozważań kolejnych rozdziałów monografii są zagadnienia związane z konstrukcją obrabiarek skrawających, analizą współpracy składników geometrycznie złożonych, a także 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 użyciem aplikacji CAD/CAE. Rozwój technik wytwarzania w zakresie obróbki metali sprawia stały wzrost zapotrzebowania na obrabiarki coraz sprawniejsze, skrupulatniejsze i o wyższym stopniu automatyzacji. Współczesne obrabiarki CNC różnią się od obrabiarek klasycznych konstrukcją, sterowaniem, jak dodatkowo stosowanymi komponentami. Obrabiarki tradycyjne w większości przypadków były w pełni tworzone w ramach poszczególnych firm, a obrabiarki CNC w obszernym stopniu posiadają budowę modułową, składane są z części produkowanych poprzez wyspecjalizowane producenta. 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 części umożliwiła wykonanie obrabiarki CNC we własnym zakresie. Obrabiarka ta przewidziana została do obróbki frezami o znikomej 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 profilu prostoliniowym czy stożkopochodnym jest stykiem dwóch powierzchni wypukłych. Występują wtedy niewielkie promienie zastępcze krzywizn zarysów wzdłuż linii styku, co przyczynia się do powstawania wielkich nacisków i trudności w utrzymaniu filmu olejowego w przestrzeni międzyzębnej. W sytuacji zarysów krzywoliniowych styk zębów ślimaka zachodzi jako kontakt powierzchni wypukłej z powierzchnią wklęsłą. Tworzą one wtedy znaczne promienie zastępcze krzywizn, co lepsze warunki do powstawania i utrzymania filmu olejowego pomiędzy współpracującymi powierzchniami i sprzyja powstawaniu mniejszych nacisków, dlatego też dokonano analizy przypadku współpracy zębów ślimaka o kształcie wklęsłym w przekroju osiowym, opisanym funkcją kwadratową z kołem ślimakowym. Widocznym zagadnieniem w produkcji części maszyn jest spełnienie określonych wymagań eksploatacyjnych zależnych w obszernej mierze od jakości i stanu ich powierzchni. Proces nagniatania pozwala na uzyskanie oczekiwanych własności użytkowych wyprodukowanych powierzchni. W pracy przedstawiono wyniki badań przebiegu cyklu zużycia w warunkach tarcia technicznego suchego warstw wierzchnich po wybranych sposobach obróbki nagniataniem naporowym powierzchni zewnętrznych. Stały postęp w technice, technice czy inżynierii materiałowej dotyczy także szeroko pojętego spawalnictwa. W ramach tego pojęcia mieszczą się charakterystyczne procesy spawalnicze, poprawnie znane metody spawania elektrycznego czy gazowego, jak również liczne procesy pokrewne spawaniu. Spomiędzy licznych procesów klasyfikowanych jako pokrewne spawaniu pokaźne miejsce znajdują procesy cięcia cieplnego. Spośród tych procesów cięcia szczególne miejsce znajduje cykl cięcia plazmą, łączący wysoką jakość krawędzi i powierzchni po cięciu z umiarkowanymi kosztami. W rozdziałach 10 i 11 niniejszej monografii przedstawiono proces cięcia plazmowego, a także analizę jakości powierzchni i krawędzi po cięciu. W tych pracach zwrócono jednocześnie uwagę na pogarszającą się jakość cięcia wraz ze wzrostem grubości ciętych oraz niekorzystne oddziaływanie tego procesu cięcia na środowisko pracy. W kolejnym rozdziale monografii przedstawiono wyniki badań nad niepodatnością na korozję wżerową zespoi spawanych ze stali austenitycznych. W badaniach zaimplementowano trzy gatunki stali nierdzewnych, dla których wykonano złącza doczołowe poddane następnie badaniom korozyjnym zgodnie z normą ASTM G48. Wyniki badań wskazują na pozytywny wpływ wykorzystania spawania łukiem pulsującym na niepodatność korozyjną badanych zespoli spawanych. Tak samo ważny w tym zakresie jest optymalny 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 postępowym zrobotyzowanym procesom spawalniczym, jakimi bez dwóch zdań są spawanie laserowe i spawanie hybrydowe. Procesy te zostały zaimplementowane do wykonania połączy teowych ze stali S700MC, która znajduje coraz szersze wykorzystanie w produkowaniu konstrukcji spawanych. Uzyskane wyniki badań wskazują na silne oddziaływanie zastosowanych źródeł ciepła na geometrię złącza, a także jego strukturę i zmierzoną twardość. Użycie spawania hybrydowego pozwoliło w tym przypadku na osiągnięcie udoskonalonej geometrii złącza, a także mniejszego gradientu twardości i przewidywalnej pokaźniejszej trwałości złącza.