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 charakteryzują się stałą temperaturę użytkową powyżej 150°C. Precyzyjniej są 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
elementy mechaniczne obciążone ślizgowo-ciernie (łożyska ślizgowe, rolki, dyski naciskowe, pierścienie tłokowe, uszczelnienia) w budowie maszyn, przemyśle tekstylnym, technice biurowej i motoryzacji
zastosowania odporne na wysokie temperatury i wstrząsy w przemyśle szklarskim i aeronautyce
odporne na wysokie temperatury, nie emitujące gazów, wysoko izolujące lub ze zdefiniowaną przewodnością materiały dla inżynierii elektrycznej i przewodników
elementy urządzeń medycznych odporne na hydrolizę
nie emitujące gazów, odporne na promieniowanie komponenty dla techniki próżniowej i zastosowań w obszarze technologii promieniowania rentgenowskiego i energii nuklearnej
komponenty dla przemysłu chemicznego
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 uzyskać 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 amerykańskich, 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 połączeń 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 zakłóceń 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 połączeń 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.
system kontroli jakości połączeń zgrzewanych działający w oparciu o sieci neuronowe [1],
PQS system kontroli działający na bazie fuzzy logic [2],
systemy ultradźwiękowej 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 wiązek instalacji elektrycznej
5. Robotyzacja linii produkcyjnych - klasyfikacja robotów wykorzystywanych w procesach tłoczenia, zgrzewania i lakierowania
6. Technologie nakładania powłok i pokryć 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 malować 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 są tanie i bezpieczne dla otoczenia.
Proces malowania składa się z następujących etapów:
przygotowanie do malowania - to różnego rodzaju procesy czyszczące, odtłuszczające materiał
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.
płukanie - w celu pozbycia się cząstek farby, które nie zostały związane z elementem. Po odfiltrowaniu farba do ponownego użycia.
wygrzewanie - czyli utwardzanie naniesionej farby, w celu jej wygładzenia i wzmocnienia
Przykłady zastosowań:
ochrona przed korozją materiałów aluminiowych, stalowych, żeliwnych itp.
motoryzacja, głownie karoserie
obudowy maszyn i sprzętu 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 eń środowiska . Ocena wpływu na środowisko może by ć 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 obciążeń środowiska, tj. zużytych materiałów i energii oraz emisji i odpadów wprowadzanych do środowiska, (2) ocena potencjalnych wpływów tych obciążeń oraz (3) oszacowanie dostępnych opcji w celu zmniejszenia obciążeń.
9. Konfiguracja stanowisk na linii montażowej, magazyny międzyoperacyjne, strefy pod montaży.