Inżynieria wytwarzania - egzamin:
1. Wykorzystanie kompozytów warstwowych i polimerów wysokotemperaturowych jako
zamienników materiałowych we spółczesnych procesach wytwarzania
Kompozyty to materiały makroskopowo jednolite, składające się z połączonych wzajemnie
komponentów (materiałów o różnych właściwościach). To połączenie materiałów ma na celu
uzyskanie nowego materiału o ściśle określonych właściwościach eksploatacyjnych. Kompozyty są
więc wytwarzane w celu uzyskania właściwości lepszych i/lub nowych (dodatkowych) w stosunku do
komponentów użytych osobno lub wynikających z prostego sumowania tych właściwości.
Polimery, związki, których cząsteczki składają się z bardzo wielu mniejszych,
powtarzających się ugrupowań atomowych, merów. Tworzywa wysokotemperaturowe
charakteryzujÄ… siÄ™ staÅ‚Ä… temperaturÄ™ użytkowÄ… powyżej 150°C. Precyzyjniej sÄ… to te
materiały, które oferują najwyższe właściwości polimerów  takie jak właściwości ślizgowo-
cierne, minimalizacja ciężaru i odporność chemiczna, które nie ulegają pogorszeniu nawet
przy wysokiej, długotrwałej temperaturze użytkowej.
Użycie specjalnych materiałów wzmacniających, np. włókna szklane, kulki szklane lub
włókna węglowe może podnieść odporność na odkształcenia termiczne i zwiększyć
sztywność. Dodatki takie jak PTFE, grafit i włókna aramidowe poprawiają znacząco
właściwości ślizgowo-cierne, podczas gdy dodatek włókien metalowych lub sadzy
przewodzącej prowadzi do polepszenie przewodności elektrycznej.
Najważniejsze obszary zastosowania tworzyw wysokotemperaturowych
·ð elementy mechaniczne obciążone Å›lizgowo-ciernie (Å‚ożyska Å›lizgowe, rolki, dyski naciskowe,
pierścienie tłokowe, uszczelnienia) w budowie maszyn, przemyśle tekstylnym, technice
biurowej i motoryzacji
·ð zastosowania odporne na wysokie temperatury i wstrzÄ…sy w przemyÅ›le szklarskim i
aeronautyce
·ð odporne na wysokie temperatury, nie emitujÄ…ce gazów, wysoko izolujÄ…ce lub ze
zdefiniowaną przewodnością materiały dla inżynierii elektrycznej i przewodników
·ð elementy urzÄ…dzeÅ„ medycznych odporne na hydrolizÄ™
·ð nie emitujÄ…ce gazów, odporne na promieniowanie komponenty dla techniki próżniowej i
zastosowań w obszarze technologii promieniowania rentgenowskiego i energii nuklearnej
·ð komponenty dla przemysÅ‚u chemicznego
·ð
Kompozytowe płyty warstwowe znalazły zastosowanie zarówno w budownictwie jako ściany tuneli,
prefabrykowane panele elewacji (np. hal), zadaszenia, stropy, jak również jako elementy kadłubów
samolotów, szybkiej kolei, łodzi itp.
2. Metoda hydroformowania przekrojów zamkniętych - przykład
Hydroformowanie to nowoczesna technologia kształtowania profili zamkniętych i blach płaskich za
pośrednictwem ciśnienia płynu. Metoda ta jest powszechnie stosowana w przemyśle
motoryzacyjnym i rowerowym. Elementy wykonane za pomocą tej metody odznaczają się dużą
wytrzymałością, estetyką i bardzo dużą dokładnością wykonania. Przy zastosowaniu
hydroformowania można uzyskad elementy o znacznie mniejszej wadze. Główną przeszkoda we
wprowadzeniu tej technologii w Polsce jest wysoki koszt maszyn oraz brak zainteresowania ze strony
przemysłu. Przykład zastosowania hydroformingu to np. tłumiki samochodów BMW, słupki przednie i
dachowe kabrioletu Volvo i BMW, ramy nośne niektórych samochodów ciężarowych i
półciężarowych - głównie amerykaoskich, a także karoseria nowoczesnych samochodów sportowych.
http://www.pan-ol.lublin.pl/wydawnictwa/Motrol9/11_Idzior.pdf
3. Kontrola on-line procesu zgrzewania punktowego blach stalowych do grubości 2,5 mm
Ze względu na wielką liczbę połączeo odpowiedzialnych wykonywanych techniką zgrzewania
oporowego punktowego (np. w przemyśle samochodowym) istnieje silna potrzeba kontroli jakości
wykonywanych zgrzein punktowych już w trakcie ich powstawania, w trakcie tworzenia ciekłego
jądra zgrzeiny i równocześnie korekcja niezgodności i zakłóceo w procesie zgrzewania oporowego
punktowego. Obecnie stosowanych jest kilka metod kontroli jakości zgrzein w trakcie procesu
zgrzewania. Najczęściej stosowane to: pomiar rezystancji dynamicznej, pomiar emisji akustycznej i
pomiar promieniowania cieplnego. Do najczęściej spotykanych niezgodności połączeo zgrzewanych
należą: przyklejenie, zbyt małe wymiany jądra zgrzeiny oraz ekspulsje (wypryski). Najbardziej
nowatorskimi metodami, dającymi nadzieję na eliminację ww. niezgodności są metody kontroli
jakości w czasie rzeczywistym tj.
żð system kontroli jakoÅ›ci poÅ‚Ä…czeo zgrzewanych dziaÅ‚ajÄ…cy w oparciu o sieci neuronowe *1+,
żð PQS system kontroli dziaÅ‚ajÄ…cy na bazie fuzzy logic *2+,
żð systemy ultradz
więkowej kontroli jakości zgrzein punktowych w czasie rzeczywistym
Wymienione metody umożliwiają wykrycie niezgodności już w fazie ich powstawania. W przyszłości
metody te oprócz identyfikacji niezgodności powstałych w trakcie procesu zgrzewania umożliwiały
będą sterowanie parametrami procesu zgrzewania (prądem i czasem zgrzewania, siłą docisku
elektrod), tak aby każda wytworzona zgrzeina spełniała stawiane jej wymogi.
http://www.ein.org.pl/sites/default/files/2005-02-12.pdf
4. Technologia wytwarzania i proces kontroli wiÄ…zek instalacji elektrycznej
5. Robotyzacja linii produkcyjnych - klasyfikacja robotów wykorzystywanych w procesach tłoczenia,
zgrzewania i lakierowania
6. Technologie nakładania powłok i pokryd ochronnych - kataforeza
Malowanie kataforetyczne, lub ogólnie malowanie elektroforetyczne, to technika malowania oparta
o zjawisko elektroforezy, czyli przemieszania się naładowanych cząstek pod wpływem przyłożonego
pola elektrycznego. Proces ten pozwala malowad elementy o dużych rozmiarach i skomplikowanych
kształtach i z tego powodu jest bardzo często wykorzystywany w motoryzacji (jako pierwszy użył jej
Ford w 1960 roku).
Do kolejnych zalet zaliczamy tworzenie jednolitej powłoki nawet w miejscach trudno dostępnych dla
tradycyjnych technik lakierniczych. Proces jest automatyczny i nie wymaga ciągłej uwagi człowieka.
Farby sÄ… tanie i bezpieczne dla otoczenia.
Proces malowania składa się z następujących etapów:
1. przygotowanie do malowania - to różnego rodzaju procesy czyszczące, odtłuszczające
materiał
2. nakładanie farby - zanurzenie elementu w wannie z elektrolitem z rozpuszczoną farbą i
przyłożenie napięcia, zwykle w zakresie 20 - 400 V. Malowany element jest jedną z elektrod.
3. płukanie - w celu pozbycia się cząstek farby, które nie zostały związane z elementem. Po
odfiltrowaniu farba do ponownego użycia.
4. wygrzewanie - czyli utwardzanie naniesionej farby, w celu jej wygładzenia i wzmocnienia
Przykłady zastosowao:
żð ochrona przed korozjÄ… materiałów aluminiowych, stalowych, żeliwnych itp.
żð motoryzacja, gÅ‚ownie karoserie
żð obudowy maszyn i sprzÄ™tu ciężkiego
7. Dobór technologii i komponentów w procesie lakierowania tworzyw sztucznych
Lakierowanie tworzyw sztucznych
Technologia lakierowania materiałami konwencjonalnymi-rozpuszczalnikowymi
Pierwszą czynnością, jaką musi wykonać lakiernik przed przystąpieniem do lakierowania jest rozpoznanie
podłoża tj. rodzaju tworzywa, z jakiego wykonano element. Jest to konieczne, ponieważ w przypadku
elementu niegruntowanego przez producenta pozwoli na wybranie odpowiedniego podkładu
zapewniającego dobrą przyczepność powłoki do podłoża.
Na każdej części z tworzywa sztucznego umieszczany jest symbol określający rodzaj tworzywa, z jakiego
jest ona wykonana .
Z lakierniczego punktu widzenia tworzywa
sztuczne możemy podzielić na:
- laminaty poliestrowe
- tworzywa elastyczne i twarde
- tworzywa miękkie
Farby uzyskują dobrą przyczepność do tworzyw w wyniku zjawiska adhezji, którą rządzą skomplikowane
mechanizmy. Aby adhezja miała szansę na skuteczne zaistnienie potrzebna jest jednak wstępna faza procesu
malowania polegająca na zwilżeniu powierzchni tworzywa przez farbę. Dla uzyskania efektu zwilżenia napięcie
powierzchniowe farby musi być mniejsze niż napięcie powierzchniowe tworzywa będącego substratem
Malowanie tworzyw może odbywać się tradycyjną metodą natrysku ręcznego oraz nieco bardzie zaawansowaną
metodą natrysku automatycznego liniowego (1-płaszczyznowego). Najbardziej zaawansowaną technologicznie
metodą jest zastosowanie w pełni zautomatyzowanych robotów, sterowanych komputerowo. Każda z tych metod
ma pewne wady i zalety.
Przyjęło się uważać, iż natrysk ręczny jest idealny dla krótkich serii produkcyjnych oraz w tych sytuacjach, gdzie
maluje się wiele różnych elementów o skomplikowanych i zmiennych geometriach. Zaletą tej metody jest również
łatwe przełączanie się między różnymi kolorami lub typami farb. Głównymi wadami są problemy z zapyleniem
powłok, spowodowane koniecznością obecności personelu, względnie niska powtarzalność jakości produkcji,
ograniczenia w wydajności instalacji oraz uciążliwości na stanowiskach pracy dla personelu malującego.
Automatyczny natrysk liniowy, w porównaniu z natryskiem ręcznym, wychodzi jeden krok naprzód oferując przede
wszystkim znacznie lepszą powtarzalność jakości produkcji i wyższą wydajność instalacji, przez co jest polecany
do linii technologicznej przystosowanej do produkcji masowej. Cechuje się również względnie niskim kosztem
inwestycyjnym i radykalną poprawą warunków pracy ze względu na brak konieczności ciągłego zaangażowania
malarzy na linii. Wadą tej metody aplikacji farb jest jej nieprzystosowanie do malowania przedmiotów o złożonym
kształcie oraz relatywnie wysokie zużycie farby w porównaniu z systemami w pełni zrobotyzowanymi.
Malowanie za pomocą zautomatyzowanych robotów ma w porównaniu z dwoma poprzednimi metodami
podstawową zaletę w postaci najwyższej powtarzalności procesu. Zapewnia również optymalne zużycie farby i
umożliwia malowanie elementów o skomplikowanych kształtach. Zasadniczą wadą malowania za pomocą
robotów jest wysoki koszt inwestycji. Z tego powodu malowanie za pomocą robotów zaleca się stosować przy
procesach wymagających średniej wydajności i do wyrobów o złożonych kształtach. Ważne jest również
podkreślenie faktu, iż sterowanie zrobotyzowaną linią malowania wymaga personelu o bardzo wysokich
kwalifikacjach.
8. Metoda LCA (Life Cycle Assessment) - zasada punktacji w procesie określenia ilościowego cech
obciążenia środowiskowego
LCA jest procesem oceny efektów, jaki dany wyrób wywiera na środowisko podczas całego życia,
poprzez wzrost efektywnego zużycia zasobów i zmniejszenie obciąż eo środowiska . Ocena wpływu
na środowisko może by d prowadzona zarówno dla wyrobu jak i dla funkcji. LCA jest traktowane jako
 analiza od kołyski do grobu . Podstawowymi elementami LCA s ą (1) zidentyfikowanie i ocena
ilościowa obciążeo środowiska, tj. zużytych materiałów i energii oraz emisji i odpadów
wprowadzanych do środowiska, (2) ocena potencjalnych wpływów tych obciążeo oraz (3)
oszacowanie dostępnych opcji w celu zmniejszenia obciążeo.
9. Konfiguracja stanowisk na linii montażowej, magazyny międzyoperacyjne, strefy pod montaży.