wiersz zawiera procesy kształtowania pierwotnego, natomiast procesy wytwarzania
ujęte w kolumnie pionowej obejmują procesy wtórnego kształtowania i obróbkę wy-
kończającą.

Na rysunku 9.56 przedstawiono typową strukturę procesu wytwórczego na

przykładzie obróbki ubytkowej (według J. Schneewinda i E. Chlebusa). Wiele
z atrybutów tego procesu musi być rozstrzygniętych w fazie szczegółowego projek-
towania inżynierskiego.

Projektowanie procesów technologicznych głównie w fazach opracowania kon-

cepcyjnego oraz ogólnego projektowania inżynierskiego uwzględnia następujące
podstawowe czynniki:

czynniki materiałowe,
czynniki kształtu,
czynniki technologiczne.

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1380

produktów i ich elementów

wielkość partii

chropowatość

powierzchni
własności
dyspozycyjność
formy przejściowe
tolerancje
kształt

przedmiot

materiał

motywacje

zlecenia

priorytet

termin wykonania

geometria

materiał

tolerancja

doświad-

czenie

informacje

zdrowotne

programy

do sterowania

numerycznego

dostępność

dostępność

dyspozy-

cyjność

dyspozycyjność

dyspozycyjność

kwalifikacje

wydolność

mocowanie

mocowanie

narzędzi

geometria

ostrza

rodzaj

ostrza

dokładność

sterowanie

zbieranie

sygnałów

system

chłodzenia

wydajność

nastawy

stan

techniczny

zdolność

produkcyjna

głębokość

skrawania

prędkość

skrawania

kolejność

obróbki chłodzenie

posów

układy

hydrauliczne

układy

machaniczne

funkcjonalność

obłożenie

maszyn

plan procesu

wytwórczego

plan

operacyjny

harmo-

nogram

planowanie

i sterowanie

wytwarzaniem

parametry

obróbki

narzędzia

maszyny

i urządzenia

nadzorowanie

procesów

dane

ogólne

człowiek

przedmiot

dane ogólne

planowanie

prac

środki

transportowe

oprzyrządo-

wanie

PROCES

WYTWÓRCZY

Rysunek 9.56

Struktura typowego procesu wytwórczego (według J. Schneewinda i E. Chlebusa na podstawie schematu
K. Ishikawy)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1380

CZYNNIKI MATERIAŁOWE DECYDUJĄCE O DOBORZE

PROCESÓW WYTWARZANIA PRODUKTÓW

Dobór materiału wielokrotnie przesądza o wyborze możliwych do wykorzysta-

nia procesów wytwarzania, które mogą być zastosowane do wytworzenia elemen-
tów z danego materiału. W tablicy 9.22 zestawiono różne procesy technologiczne,
najczęściej stosowane dla różnych grup materiałów. Dobór procesu technologicz-
nego jest związany z zachowaniem się materiału i ograniczany przez twardość, kru-
chość lub plastyczność i temperaturę topnienia materiału. Niektóre z materiałów
są zbyt kruche, aby poddawać je obróbce plastycznej, inne nie nadają się do pro-
cesów odlewniczych ze względu na zbyt dużą reaktywność lub niską temperaturę
topnienia. Możliwość zastosowania obróbki plastycznej jest określona przez obcią-
żenia wymagane przy kuciu lub walcowaniu zależne od plastyczności. Ponieważ si-
ły skrawające oraz temperatura obrabianego materiału i narzędzia podczas skrawa-
nia zależą od twardości obrabianego materiału, właśnie twardość przesądza o moż-
liwości wykorzystania obróbki skrawaniem.

Własności użytkowe produktu są uzyskiwane tylko wtedy, gdy zostanie użyty

właściwy materiał wytworzony w odpowiednio dobranym procesie technologicz-
nym nadającym zarówno wymagany kształt i inne cechy geometryczne, w tym to-
lerancje wymiarowe poszczególnych elementów umożliwiające końcowy montaż
produktu, jak również kształtującym wymaganą strukturę materiału, zapewniającą
oczekiwane własności mechaniczne, fizyczne i chemiczne produktów (rys. 9.57).

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1381

i technologicznego produktów i ich elementów

Rysunek 9.57

Schemat wzajemnych zależności między doborem
materiału, kształtem i cechami geometrycznymi
produktu, jego procesem technologicznym, struk-
turą i własnościami materiału oraz funkcjami
użytkowymi produktu

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1381

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1382

produktów i ich elementów

Tablica 9.22

Procesy wytwarzania stosowane dla różnych materiałów

Oznaczenie:

Proces

Materiał

Odlewanie / kształtowanie

Odlewanie w formach piaskowych

Odlewanie metodą traconego wosku

Odlewanie ciśnieniowe

Kształtowanie wtryskowe

Kształtowanie pianek konstrukcyjnych

Rozdmuchiwanie (wtłaczanie)

Rozdmuchiwanie (wtryskiwanie)

Kształtowanie obrotowe

Kucie / kształtowanie prętów

Wyciskanie udarowe

Spęczanie na zimno

Kucie w matrycach zamkniętych

Prasowanie i spiekanie

Wytłaczanie na gorąco

Kucie na kowarkach

Obróbka skrawaniem

Obróbka z półproduktów hutniczych

Obróbka elektrochemiczna

Obróbka elektroerozyjna

Obróbka z elektrodą drutową

Kształtowanie

Tłoczenie blach

Kształtowanie termiczne

Wyoblanie

Żeliwo

Stal niestopowa

Stal stopowa

Stal odporna na korozję

Al i stopy Al

Cu i stopy Cu

Zn i stopy Zn

Mg i stopy Mg

Ti i stopy Ti

Ni i stopy Ni

Stopy żarowytrzymałe

Termoplasty

Polimery termoutwardzalne

normalna praktyka, mniejsze zastosowanie, nie stosowane.

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1382

CZYNNIKI KSZTAŁTU I TOLERANCJI WYMIAROWYCH

W DOBORZE PROCESÓW WYTWARZANIA PRODUKTÓW

Każdy z procesów wytwarzania jest związany z zakresem kształtów produktów,

które mogą być wyprodukowane z wykorzystaniem tego procesu. Kształt jest ściśle
związany z wytwarzanym elementem, a jego złożoność przesądza o rodzaju proce-
su wytwarzania, który może być wykorzystany. Zwiększenie złożoności kształtu
ogranicza bowiem zakres procesów wytwarzania możliwych do zastosowania
i zwiększa koszty. Podstawową zasadą projektową jest zapewnienie najprostszego
spośród możliwych kształtów produktu. Od zasady tej można jednak odstąpić, je-
żeli bardziej złożony kształt umożliwia połączenie kilku elementów lub pozwala na
eliminację choćby jednego etapu w procesie wytwarzania. W tablicy 9.23 podano
prostą klasyfikację kształtów produktów. Dobierając proces wytwarzania należy
m.in. ustalić, czy umożliwia on uzyskanie wymaganego kształtu, a ponadto prze-
analizować możliwość wykonania podcięć, kątów przejścia, otworów, jak również
prostopadłego pozycjonowania w stosunku do głównych osi obrotu.

Doboru procesów wytwarzania elementów produktu można dokonać na pod-

stawie analizy zależności między zastosowanym procesem technologicznym, wiel-
kością elementów oraz ich złożonością kształtu (rys. 9.58). Złożoność kształtu jest
wyrażona jako:

(9.12)

gdzie:

n – liczba wymiarów,

∆

l – średnia tolerancja,

l

– średni wymiar.

Prosty kształt opisany jest tylko przez kilka bitów informacji, w porównaniu ze zło-
żonym, który wymaga ich wielokrotnie więcej. Przykładowo 10

3

bitów informacji

związanych jest z odlewaniem korpusu spalinowego silnika samochodowego, gdy
wraz z obróbką ubytkową obejmuje ich dwukrotnie więcej w wyniku dodania no-
wych wymiarów oraz zawężenia pasm tolerancji wymiarowych.

W tablicy 9.24 podano bardziej złożoną klasyfikację kształtów produktów opartą

na ich cechach geometrycznych, która może być przydatna do doboru procesów tech-
nologicznych. Produkty o jednakowym przekroju poprzecznym są dwuwymiarowe

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1383

i technologicznego produktów i ich elementów

Rodzaj kształtu

Krótka charakterystyka

Dwuwymiarowy

przekrój produktu nie zmienia się na długości (np. drut, rura, folia, taśma); wiele produktów
dwuwymiarowych jest stosowanych jako materiały wsadowe w procesach, które prowadzą
do wyprodukowania produktów trójwymiarowych

Trójwymiarowy

przekrój produktu zmienia się wzdłuż każdej z 3 osi; większość produktów jest trójwymiarowa

Blachy, arkusze

mają zwykle stałą grubość przekroju, która jest mała w porównaniu z innymi wymiarami

Kostka

mają złożony kształt, często o małej symetrii; lity – nie ma znacznych otworów; wydrążony – ma znaczne otwory

Tablica 9.23

Klasyfikacja kształtów produktów

l

l

n

C

2

lg

,

∆

⋅

=









 

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1383

i wykazują stopień przestrzennej złożoności kształtu równy 0, natomiast wszystkie
pozostałe są trójwymiarowe. Ze zwiększaniem stopnia przestrzennej złożoności
określenie kształtu wymaga dodatkowych parametrów geometrycznych, co jest rów-
noznaczne z koniecznością użycia większej liczby informacji do jego opisania.

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1384

produktów i ich elementów

Rysunek 9.58

Możliwość doboru procesów technologicznych kształtowania produktów w zależności od poziomu złożoności ich
kształtu i masy (opracowano według danych M.F. Ashby’ego)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1384

Na rysunku 9.59 przedstawiono z kolei możliwości doboru procesów technolo-

gicznych w zależności od wielkości elementu mierzonego objętością V oraz od je-

go smukłości S mierzonej dla elementów płaskich stosunkiem grubości g do

długości l lub

, gdzie A jest polem przekroju poprzecznego elementu, a dla ele-

mentów cylindrycznych stosunkiem

Ograniczenia kształtu produktów są zwielokrotnione przez własności materia-

łów oraz przez ograniczone możliwości wykorzystania narzędzi w procesach wy-
twarzania. Ważną rolę odgrywa również grubość ścianek lub przekrojów (rys.
9.60). Generalnym założeniem aktualnie stosowanych procesów technologicznych
jest wytwarzanie elementów o końcowym kształcie (net–shape), umożliwiających

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1385

i technologicznego produktów i ich elementów

Wzrost stopnia przestrzennej złożności kształtu

Rodzaj

Przekr

ój

ró

wnomier

n

y

Pręt
walcowany
okrągły

R

B

S

SS

T

F

Sp

0

1

2

3

4

5

6

7

Pręt

Kształtow-
nik otwarty

częściowo
zamknięty

Rura

Płaskownik

Kształt
kulisty

Zmiana

przekr

o

ju

na k

ońcu

Zmiana

przekr

o

ju

na śr

odk

u

Krzywizna

przestrzenna

Jednostr

onnie

zamknięt

y

Dwustr

onnie

zamknięt

y

Element

pr

ostopadły

Element

nieregular

n

y

(złożon

y)

Tablica 9.24

Klasyfikacja kształtów produktów na podstawie ich cech geometrycznych (opracowano według J.A. Scheya)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1385

bezpośredni montaż, lub jeżeli to nie jest możliwe – w kształcie zbliżonym do koń-
cowego (near–net–shape), wymagających przed zamontowaniem w końcowym pro-
dukcie jedynie niewielkiej obróbki wykończającej, zwykle metodą skrawania. Nie-
możliwe jest wytworzenie jakiegokolwiek elementu dokładnie zgodnie z założony-
mi wymiarami.

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1386

produktów i ich elementów

ODLEWANIE

DO FORM

CERAMI-

CZNYCH

Rysunek 9.59

Możliwość doboru procesów technologicznych kształtowania produktów w zależności od objętości i smukłości
produktu (opracowano według danych M.F. Ashby’ego)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1386

Dozwolone są odchyłki wymiarów mieszczące się w zakresach dopuszczalnych

tolerancji T. Różne procesy wytwórcze zapewniają różny poziom tolerancji wymia-
rowych, ściśle związanych z chropowatością powierzchni R i decydujących o po-
ziomie związanych z tym kosztów. Na rysunku 9.61 przedstawiono konfiguracje to-
lerancji wymiarowych i chropowatości powierzchni, jakie można osiągnąć stosując
różne procesy wytwórcze.

Należy jednak zauważyć przy tym, że zwiększenie dokładności wymiarowej po-

ciąga za sobą zwiększenie kosztów wytwarzania, co przedstawiono przykładowo
dla procesów obróbki skrawaniem na rysunku 9.62.

Technologia grupowa umożliwia projektowanie kształtów produktów poprzez skła-

danie z brył o prostych geometrycznych kształtach, co pozwala na ich wykonanie
prostymi metodami wytwórczymi. Taka technologia ułatwia projektowanie oraz
kontrolę, umożliwia wykorzystanie uniwersalnych obrabiarek i oprzyrządowania
technologicznego oraz jest bardzo podatna na komputerowo wspomagane metody
doboru procesu technologicznego.

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1387

i technologicznego produktów i ich elementów

Rysunek 9.60

Dobór procesów technolo-
gicznych kształtowania
cienkościennych produktów
w zależności od grubości
i szerokości ich ścianek
(opracowano według
J.A. Scheya)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1387

CZYNNIKI TECHNOLOGICZNE W DOBORZE PROCESÓW WYTWARZANIA

Czynniki technologiczne uwzględniane w doborze procesów wytwarzania ze-

stawiono w tablicy 9.25. Na podstawie kryteriów w niej podanych, w kolejnej tabli-
cy 9.26 dokonano ogólnej oceny najczęściej stosowanych procesów wytwarzania.

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1388

produktów i ich elementów

ODLEWANIE

DO FORM

ZAMKNIĘTYCH

ODLEWANIE
DO FORM
GIPSOWYCH

ODLEWANIE DO FORM
CERAMICZNYCH

OBRÓBKA
PLASTYCZNA
NA ZIMNO

SZLIFOWANIE

TOCZENIE

FREZOWANIE

WSKAŹNIK KOSZTÓW

ODLEWANIE

KOKILOWE

ODLEWANIE

METODĄ

TRACONEGO

WOSKU

OBRÓBKA

PLASTYCZNA

ODLEWANIE

ODLEWANIE

DO FORM

PIASKOWYCH

KSZTAŁTOWANIE
ODŚRODKOWE
W FORMIE

MATRYCA
OTWARTA

OBRÓBKA
PLASTYCZNA
NA GORĄCO

MATRYCA
ZAMKNIĘTA

ROZDMUCHIWANIE

PRASOWANIE
TŁOCZENIE

1

0

–1

1

10

1

0

–2

1

0

–3

1

0

–3

1

0

–2

1

0

–1

1

0

2

1

10

1

0

–4

WTRYSKIWANIE

ODLEWANIE
KOKILOWE

KSZTAŁTOWANIE
GALWANICZNE

FORMOWANIE
POLIMERÓW
KSZTAŁTOWANIE
KOMPOZYTÓW

PRZĘDZENIE
WŁÓKIEN

FORMOWANIE
KONTAKTOWE

POLEROWANIE

DOCIERANIE

METALURGIA
PROSZKÓW

METODY
MOLEKULARNE

METODY
WYTWARZANIA
W ELEKTRONICE

OBRÓBKA
SKRAWANIEM

Rysunek 9.61

Zależność tolerancji wymiarowych oraz chropowatości produktów od procesów technologicznych ich kształtowa-
nia w powiązaniu z kosztami wytwarzania (opracowano według danych M.F. Ashby’ego)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1388

W tablicy 9.27 zestawiono natomiast główne cechy podstawowych procesów wy-
twarzania produktów i ich elementów.

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1389

i technologicznego produktów i ich elementów

Rysunek 9.62

Zależność pomiędzy kosztami
a tolerancjami wymiarowymi
zapewnianymi przez różne
procesy technologiczne

Poziom

Czynniki
technologiczne

Bardzo dobry

Dobry

Dość dobry

Zadowalający

Zły

Czas cyklu

<20 s

20÷60 s

1÷5 min

5÷15 min

>15 min

Elastyczność

nie wymaga czasu

na wymianę

szybka wymiana

średni czas

wymiany

wolna wymiana

wymiana bardzo

utrudniona

Uzysk materiałów

nieznaczne

odpady

odpady <10%

odpady 10÷50%

odpady 50÷100%

odpady >100%

końcowych składników

Jakość

bardzo dobra

dobra

ponad przeciętna

przeciętna

zła, niezawodność

przeciętna

Koszty operacyjne

nie wymaga

dodatkowych

kosztów

niskie koszty

narzędzi

i wyposażenia

średnie koszty

narzędzi

i wyposażenia

wysokie koszty

narzędzi

i wyposażenia

bardzo wysokie

koszty wyposażenia

i narzędzi

Tablica 9.25

Czynniki technologiczne uwzględniane w doborze procesów wytwarzania
(opracowano według L. Edwardsa i M. Endeana)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1389

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1390

produktów i ich elementów

Proces

Kształt

według tablicy 9.24

Czas
cyklu

Elasty-

czność

Uzysk

materiałów

Jakość

Koszty

operacyjne

Odlewanie w formach piaskowych

trójwymiarowy

Odlewanie metodą traconego wosku

trójwymiarowy

Odlewanie kokilowe

trójwymiarowy

Odlewanie ciśnieniowe

trójwymiarowy lity

Odlewanie odśrodkowe

trójwymiarowy wydrążony

Formowanie wtryskowe

trójwymiarowy

Wytłaczanie

trójwymiarowy

Formowanie obrotowe

trójwymiarowy wydrążony

Kucie swobodne

trójwymiarowy lity

Kucie w matrycach zamkniętych

trójwymiarowy lity

Tłoczenie blach

trójwymiarowy

Walcowanie

dwuwymiarowy

Wyciskanie

dwuwymiarowy

Odkształcenie nadplastyczne

trójwymiarowy

Kształtowanie termiczne

trójwymiarowy

Rozdmuchiwanie

trójwymiarowy lity

Formowanie i spiekanie

trójwymiarowy lity

Prasowanie izostatyczne

trójwymiarowy

Odlewanie z gęstwy

trójwymiarowy

trójwymiarowy

trójwymiarowy

Szlifowanie

trójwymiarowy

Obróbka elektroerozyjna

trójwymiarowy

Spawanie

dowolny

Lutowanie twarde

dowolny

Klejenie

dowolny

Połączenie śrubowe

trójwymiarowy

Śrutowanie

dowolny

Hartowanie powierzchniowe

dowolny

CVD/PVD

dowolny

Poziom: bardzo dobry, dobry, dość dobry, zadowalający, zły.

Skrawanie narzędziem jednoostrzowym

Skrawanie narzędziem wieloostrzowym

Odlewanie

Kształtowanie

Obróbka

skrawaniem

Łączenie

Obróbka po-

wierzchniowa

Tablica 9.26

Ogólna ocena cech charakterystycznych typowych procesów wytwarzania

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1390

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1391

i technologicznego produktów i ich elementów

Cecha

Proces

Chropowatość

powierzchni

Dokładność

wymiarów

Złożoność

kształtów

Wydajność

produkcji

Skala

produkcji

Względny

koszt

Wymiary

(pole rzutu)

Odlewanie ciśnieniowe

Odlewanie odśrodkowe

Wytłaczanie

Formowanie wtryskowe

Odlewanie w formach
piaskowych

Odlewanie skorupowe

Odlewanie metodą
traconego wosku

Skrawanie narzędziami
jednoostrzowymi

Frezowanie

Szlifowanie

Obróbka elektroerozyjna

Rozdmuchiwanie

Tłoczenie blach

Kucie

Walcowanie

Wyciskanie

Metalurgia proszków

Poziom

Oznaczenie

Wysoki

>6,3

≤0,13

wysoki

>100

>5000

wysoki

>0,5

Średni

>1,6 i ≤6,3

>0,13 i ≤1,3

średni

>10 i ≤100

>100 i ≤5000

średni

>0,02 i ≤0,5

Niski

≤1,6

>1,3

niski

≤10

≤100

niski

≤0,02

Jednostki

µ

m

mm

–

szt./h

szt.

–

m

2

Tablica 9.27

Główne cechy wybranych procesów wytwarzania

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1391

Doboru procesów wytwarzania różnych produktów można dokonać dwojako:
posługując się mapami doboru procesów opracowanymi przez M.F. Ashby’ego,
które nadają się jednak jedynie do wstępnej selekcji,
w oparciu o znajomość procesów produkcyjnych, gdy ze względu na mniej for-
malne podejście o ich doborze mogą decydować w większym stopniu czynni-
ki subiektywne, a może się zdarzyć, że nawet upodobania i przyzwyczajenia
projektanta.

W celu pełnego zobiektywizowania tych doborów z pewnością najkorzystniej za-
stosować komputerowe systemy wykorzystujące metody sztucznej inteligencji,
w tym np. systemy doradcze, niemniej pod warunkiem, że mogą być dostępne.

W stadium szczegółowego projektowania inżynierskiego, w celu podjęcia decy-

zji o doborze procesu technologicznego wymagana jest znajomość wielu szczegó-
łowych cech charakteryzujących różne procesy technologiczne, w powiązaniu
z możliwościami zastosowania ich do różnych grup materiałów inżynierskich. Nie-
wątpliwie dostępność danego procesu technologicznego, a zwłaszcza koszt jego za-
stosowania, stanowić może istotne ograniczenia w jego wykorzystaniu.

Dla uwypuklenia cech różnych procesów stosowanych do wytwarzania róż-

nych produktów opracowano tablice porównawcze, przedstawiające ogólną cha-
rakterystykę poszczególnych procesów technologicznych, podane w dalszej części
książki, oparte na sprawdzonych doświadczeniach praktycznych, które można wy-
korzystać do ogólnej oceny przydatności danego rozwiązania technologicznego
w każdym z konkretnych przypadków. Takie podejście do zagadnienia zapewnia
m.in. najwyższą możliwą jakość produkcji, ogranicza jej koszty oraz rozszerza za-
kres wymiarów produktów wytwarzanych z zastosowaniem danego procesu tech-
nologicznego.

9.3.2. Projektowanie technologiczne produktów

z różnych grup materiałów inżynierskich

PROCESY ODLEWNICZE

We wszystkich procesach odlewniczych metale lub ich stopy są topione, odle-

wane do form przygotowywanych doraźnie lub w procesach ciągłych (rys. 9.63)
w celu zakrzepnięcia i następnie wyjmowane z form celem dalszej obróbki (tabl.
9.28).

Dobór procesu odlewniczego w dużej mierze zależy od temperatury topnienia

metalu lub stopu. Relatywnie niska temperatura topnienia umożliwia bowiem wy-
korzystanie wielu spośród odlewniczych procesów technologicznych, podczas gdy
ich liczba jest natomiast ograniczona dla materiałów o relatywnie wysokiej tempe-
raturze topnienia (rys. 9.64).

Porowatość i zagazowanie odlewów, projekt formy i układu wlewowego, gru-

bość ścianek projektowanego odlewu, warunki krzepnięcia w formie oraz lejność
wykorzystywanych stopów odlewniczych stanowią ważne spośród wielu czynników
decydujących o powodzeniu zastosowania procesów odlewniczych.

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1392

produktów i ich elementów

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1392

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1393

i technologicznego produktów i ich elementów

Rysunek 9.63

Ogólna klasyfikacja odlewniczych procesów technologicznych

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1393

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1394

produktów i ich elementów

Element

Charakterystyka

Procesy

odlewnicze

Koszt

Produkcja

Formowanie

piasku

na wilgotno

ΣΣ

0,01÷

300 000

3÷6

4÷6

dni

1

÷20

~

1÷100

Formowanie

z żywicznych

mas utwar-

dzalnych

ΣΣ

0,01÷

100

2÷4

3÷6

tygodnie

5÷50

~

100

Formowanie

w masach

cementowych

Zn do

Cu

Σ

0,01÷

1000

1

1

0

d

ni

1÷10

~

10

Metoda

wytapianych

modeli

Al do

żeliwa

Σ

0,01÷

100

2÷4

4÷6

tygodnie,

miesiące

1÷20

~

500

Metoda

traconego

wosku

ΣΣ

0,01÷

100

1

0,5÷1

godziny,

tygodnie

1÷

1000

~

10÷

1000

Odlewanie

ciągłe

Zn do

żeliwa

nie

T3, 5, F5

0,1÷

100

2÷4

4÷6

tygodnie

5÷50

~

1000

Odlewanie

matrycowe

Zn do

Cu

nie

T3, 5, F5

<0,01÷

50

0,5÷1

3

(Zn:

0,8)

tygodnie,

miesiące

20÷

200

~

100 000

Oznaczenia: bardzo duży, duży, średni, niski, bardzo niski,

Σ

– wszystkie.

materiał (odlewniczy)

porowatość

kształt

masa, kg

minimalny przekrój, mm

minimalna średnica rdzenia,

mm

jakość powierzchni

wyposażenie

forma lub matryca

robocizna

obróbka wykończająca

umiejętności operatora

czas opakowania

wydajność szt./(h-forma)

minimalna skala produkcji

Tablica 9.28

Ogólna charakterystyka procesów odlewniczych

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1394

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1395

i technologicznego produktów i ich elementów

Rysunek 9.64

Możliwość doboru procesów technologicznych kształtowania produktów w zależności od ich masy
oraz temperatury topnienia zastosowanych materiałów (opracowano według danych M.F. Ashby’ego)

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1395

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1396

produktów i ich elementów

1396

1

6

7

8

9

2

5

3

4

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1396

9.1. Rola projektowania materiałowego w projektowaniu

1397

inżynierskim produktów i procesów ich wytwarzania

1397

W roku 1946 włoski producent pojazdów Enrico Piaggio zaprojektował i wyprodukował pierwszy skuter, który
nazwał Vespa (osa), tworząc w ten sposób całkowicie nową kategorię pojazdów. Najważniejszą cechą tego
nowego pojazdu dwukołowego była frontowa ściana, ochraniająca z przodu kierowcę przed deszczem, kurzem,
błotem i kamieniami, natomiast napęd był bezpośredni (bez łańcucha lub wału Kardana) z silnika umieszczonego
z tyłu na tylne koło napędowe. Konstrukcja skutera, co było bardzo ważne w jego dalszym rozwoju, umożliwiała
jego niekłopotliwe prowadzenie również przez kobiety, ubrane nawet w spódnice czy sukienki. Oczywiście
w owym czasie niemal w całości skuter był wykonany ze stali. Po latach, również w Polsce, podjęto produkcję
skuterów o „oryginalnej” nazwie „Osa”. Dzisiaj skutery podbiły przede wszystkim południowe kraje europejskie,
ale także wiele innych krajów o łagodnej zimie. Mogą nawet być organizowane zawody sportowe z użyciem tych
pojazdów (1). Wśród największych producentów są oczywiście Włosi, ale także Francuzi i Japończycy.
Współczesne skutery wielu marek, takich jak Phoenix (2), Piaggio X9 (3), Skyliner 250 (4), Scarabeo 50 (5)
o konstrukcji bardzo zbliżonej do klasycznej „Vespy”, MBK (6) i MBK Ovetto 100 (7) mają ramę wykonaną
najczęściej ze stopów metali lekkich albo stali, natomiast większość elementów osłonowych bądź owiewki są
wykonane z materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej, w tym także z tłoczywa arkuszowego SMC.
Szczególna postać zadaszonego skutera, jednak trójkołowego, znacznie rozszerza możliwości wykorzystania tego
pojazdu (11). Jedyny skuter, który nie wymaga stosowania kasku ochronnego to BMW C1 o konstrukcji stalowej
i zadaszeniu ze szkła organicznego PMMA (9) i płytami osłonowymi i owiewkami wykonanymi z materiałów
kompozytowych o osnowie polimerowej (10). Motocykl wyścigowy z wózkiem bocznym, ma wszystkie owiewki
i osłony wykonane z materiału kompozytowego o osnowie polimerowej. Oddzielną grupę stanowią natomiast
lekkie pojazdy czterokołowe (12)

÷

(15) i trójkołowe (16), (17) stosowane do celów sportowych, ale także

w rolnictwie, leśnictwie i sadownictwie, których konstrukcja nośna zwykle jest wykonywana ze stali, a osłony
i elementy pokrycia najczęściej są wykonane z materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej. Skutery
śnieżne (18)

÷

(20), poruszające się przy pomocy gąsienic gumowych lub kauczukowych (21), również mają

konstrukcję nośną i płozy ze stali, natomiast obudowy i osłony najczęściej z materiałów kompozytowych
o osnowie polimerowej, odpornych na niską temperaturę, w której te pojazdy są stosowane.

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1397

OBRÓBKA PLASTYCZNA

Wszystkie procesy obróbki plastycznej wykorzystują możliwość zmiany kształ-

tu metali i stopów w wyniku odkształcenia plastycznego. Obróbka plastyczna pół-
produktów masywnych związana jest z odkształceniem plastycznym materiału we
wszystkich kierunkach (rys. 9.65). Produkcja blach i taśm jest związana z odkształ-
ceniem plastycznym dwukierunkowym (rys. 9.66). Ograniczenia obróbki plastycz-
nej głównie zależą od stanu odkształcenia podczas procesu. Im odkształcenia są
bardziej skumulowane (np. przeważa odkształcenie hydrostatyczne), tym mate-
riał o małej odkształcalności może być silniej odkształcony plastycznie. Dobór

9. Podstawy metodologii projektowania materiałowego

1398

produktów i ich elementów

Rysunek 9.65

Ogólna klasyfikacja procesów technologicznych obróbki plastycznej metali i ich stopów na gorąco

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1398

procesów obróbki plastycznej oparty jest więc na znajomości stanu odkształcenia,
poziomu naprężeń oraz temperatury. Temperatura topnienia, z którą związana jest
granica plastyczności, a przez to i twardość materiałów, ma również decydujący
wpływ na wybór procesu obróbki plastycznej (rys. 9.67). Naciski potrzebne przy
kuciu lub walcowaniu są proporcjonalne do naprężeń mogących wywołać plastycz-
ne płynięcie materiału. Pomimo smarowania tarcie odgrywa istotną rolę podczas
obróbki plastycznej, gdyż większość jej procesów wiąże się z kontaktem ślizgowym
obrabianego elementu z narzędziem lub matrycą. Środki smarujące odgrywają

9.3. Zależność projektowania materiałowego

1399

i technologicznego produktów i ich elementów

Rysunek 9.66

Ogólna klasyfikacja procesów technologicznych obróbki plastycznej metali i ich stopów na zimno

9 roz 9-11-02 14:14 Page 1399