Upload
duongkien
View
304
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
Predmet: NAPREDNE TEHNOLOGIJE MATERIJALA
NAPREDNI POSTUPCI LIJEVANJA METALA
Prof.dr.sc. Faruk Unkić
KRATKI OSVRT NA RAZVOJ SUVREMENIH POSTUPAKA LIJEVANJA METALA
Shematski prikaz tehnologije lijevanja metala obzirom na postupak izrade kalupa i način lijevanja
Napredni postupci lijevanja metala
3
● Zahtjevi tržišta - proizvodnja tankostijenih, multifunkcionalnih, integralnih odljevaka, kompleksne
geometrije ● Povećanje konkurentske sposobnosti:
- povećanje kvalitete, - povećanje produktivnosti, - povećanje profitabilnosti, - zadovoljenje ekoloških kriterija, - brz razvoj novog proizvoda i njegov plasman na tržište. ● Pokretači tehničkog razvoja: - globalna konkurencija (“Floating casting”), - ekološka motivacija, - implementacija novih strategija i sustava, - kontinuirana rad na poboljšanju tehnološke kompetentnosti, - implementacija suvremenih koncepcija i tehnologija razvoja i proizvodnje odljevaka.
SUVREMENE KONCEPCIJE RAZVOJA I PROIZVODNJE ODLJEVAKA
5/29/2015 4
Zahtjevi tržišta odljevaka
• Skraćenje vremena razvoja,
• Smanjenje troškova proizvodnje,
• Poboljšanje kvalitete,
• Povećanje sigurnosti,
• Poboljšanje dizajna i funkcionalnosti,
• Ispunjenje ekoloških zahtjeva.
Integralni pristup proizvodnji odljevaka
Razvoj, Izrada, Upotreba, Recikliranje.
Sekundarni uvjeti proizvodnje
Trošak energije,
Raspoloživost energije,
Troškovi materijala,
Troškovi rada,
Vrijeme zamjene proizvoda,
Troškovi deponiranja,
Granične vrijednosti štetnih tvari,
….
Simultano inženjerstvo
CAD/CAM/CAE tehnologije,
Modeli i simulacije
Rapid prototyping,
Centralno upravljanje podacima o proizvodu,
Međufunkcijski timovi,
Ekspertni sustavi,
Baze znanja.
SUVREMENE KONCEPCIJE RAZVOJA I PROIZVODNJE ODLJEVAKA
5/29/2015 5
• Implementacija novih strategija i koncepcija - kontinuirano poboljšanje procesa (CIP – Continuos Improvement Process),
- “Lean production”,
- “Jidohka” (osiguranje kvalitete putem strategije proizvodnje bez greške),
- “Keizen” (kontinuirano poboljšanje motiviranjem kreativnosti djelatnika),
- “Six Sigma”,
- “Near net shape castings”,
- “Right at the first time”,
- primjena računala na svim razinama: - planiranju (CAP), - dizajnu ili konstrukciji (CAD), - proizvodnji (CAM), - inženjerstvu (CAE), - kontroli kvalitete (CAQ),
- simultano inženjerstvo (SE),
- brza izrada prototipa (RP).
SUVREMENE KONCEPCIJE RAZVOJA I PROIZVODNJE ODLJEVAKA
5/29/2015 6
Automobilska industrija apsorbira veliki dio proizvodnje odljevaka.
- U industrijski razvijenim zemljama Europe 40 do 50 % ukupne proizvodnje odljevaka otpada na automobilsku industriju,
- ljevaonice budno prate razvoj automobilske industrije, posebno
razvoj motora kao i ekološke implikacije,
- pred nove generacije motora postavljaju se primani razvojni ciljevi:
- smanjenje potrošnje goriva,
- smanjenje emisije
(EU do 2012 g. 130 g CO2/km),
- porast snage, (sustav “common rail”,
prisilno upuhivanje zraka u cilindre
turbo punjačem),
- povećanje udobnosti pri vožnji.
“Downsizing” koncept
“Leichtbau” koncept
SUVREMENE KONCEPCIJE RAZVOJA I PROIZVODNJE ODLJEVAKA
5/29/2015 7
Tehnologija lijevanja mora omogućiti:
• - proizvodnju ispravnih, kompaktnih, tankostijenih odljevaka ponovljivih svojstava,
• - proizvodnju odljevaka s potencijalno maksimalnim svojstvima lijevane legure,
• - maksimalnu slobodu oblikovanja odljevaka kompliciranih oblika,
• - kontroliranu brzinu punjenja kalupa,
• - kontrolirane uvjete skrućivanja i hlađenja odljevka
LAGANA KOMPONENTA
KONSTRUKCIJA TEHNOLOGIJA
MATERIJAL
• “Leichtbau” koncept
SUVREMENE KONCEPCIJE RAZVOJA I PROIZVODNJE ODLJEVAKA
5/29/2015 8
CAD konstrukcija Geometrijski opis u obliku CAD podataka (STL, IGES, STEP …) Izračunavanje ponašanja procesa Simulacija punjenja kalupa, skrućivanja, zaostalih naprezanja, … Izračunavanje svojstava odljevka Analiza čvrstoće pri različitim pogonskim opterećenjima, vijeka trajanja, …
Proces konstrukcije zahtjeva kombinaciju i iteraciju 3 koraka
Optimizacija komponente uzimajući u obzir funkcionalnost i procesne parametre (uvjeti
skrućivanja, zaostala naprezanja, sustav napajanja ..)
RAZVOJ ODLJEVAKA
SUVREMENE KONCEPCIJE RAZVOJA I PROIZVODNJE ODLJEVAKA
Tri glavne faze u razvoju novog odljevka uključuju: - dizajniranje ili konstrukciju proizvoda, - razvoj pribora (modela ili alata) (engl. tooling development) i - pokuse u ljevaonici (engl. foundry trials).
5/29/2015 9
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija – vilica ovjesa
Najopćenitija smjernica u razvoju neke komponente je informacija o prostoru za ugradnju i dopuštenom ponašanju pod opterećenjem. Ti rubni uvjeti već su dovoljni programima za optimizaciju oblika za preliminarnu skicu odljevka
Optimizacijom topologije nađen je unutar danog prostora (lijevo) preliminarni oblik, optimiziran obzirom na opterećenje (desno). Za jednu takvu optimizaciju potrebno je oko 25 iteracija.
5/29/2015 10
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
Preliminarni oblik komponente izložene opterećenju u obliku je mreže konačnih elemenata. Zbog toga se preliminarni model mora preraditi s ljevarsko-tehničkog gledišta i prevesti u 3D-CAD konstrukciju.
CAD konstrukcija napravljena na osnovi preliminarnog oblika odljevka dobivenog programom optimizacije oblika
5/29/2015 11
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
Po izradi CAD konstrukcije svrsishodno je ispitati njeno ponašanje pri opterećenju i utvrditi kreću li se deformacije unutar dopuštenih granica
Provjera CAD konstrukcije na naprezanja i deformacije pod opterećenjem s pomoću FEM programa pokazuje da se deformacije nalaze unutar dopuštenih granica. Maksimalna naprezanja su pri 55 MPa i nalaze sebu blizini točke zahvata opterećenja
5/29/2015 12
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
Određivanje toplinskih modul za vilicu ovjesa pokazuje tri neovisna toplinska centra. Na osnovi rezultata tog proračuna određuje se razmještaj i veličina pojila.
Na osnovi izračunavanja toplinskih modula postavljaju se pojila, a lijevanje se obavlja kroz jedno od pojila.
5/29/2015 13
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
Brza izrada prototipa predstavlja slijedeći korak u razvoju nekog proizvoda. Ljevarsko-tehnička iskustva stečena lijevanjem prototipa i putem simulacije procesa lijevanja prototipa osnova su za provedbu serijskog procesa lijevanja.
Model od polistirena, odljevak i lijevani prototip, izrađen postupkom lijevanja u pune kalupe.
5/29/2015 14
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
Simulacija ulijevanja taljevine u vertikalno podjeljen kalup. Primarni cilj optimizacije bio je izbjegavanje poroznosti, a sekundarni minimalizacija volumena pojiča. Polazna i konačna situacija nakon optimizacije.
Napredni postupci lijevanja metala
Postupci brze izrade prototipa – Nosač kompresora
Nosač kompresora - 3D model odljevka
Napredni postupci lijevanja metala
INOVATIVNI POSTUPCI PROIZVODNNJE METALNIH ODLJEVAKA U JEDNOKRATNIM KALUPIMA
Postupci brze izrade prototipa
3D Model, izrađen stereolitografskom metodom (STL)
Stroj "3D System tip: 190/250" u prototipnoj radionici CIMOS-a za izradu STL modela
Napredni postupci lijevanja metala
INOVATIVNI POSTUPCI PROIZVODNNJE METALNIH ODLJEVAKA U JEDNOKRATNIM KALUPIMA
Postupci brze izrade prototipa
a) 3D model s kompletnim uljevnim sustavom i sustavom napajanja
b) Izgled stvorene mreže ćelija primijenjene u simulaciji lijevanja
Napredni postupci lijevanja metala
INOVATIVNI POSTUPCI PROIZVODNNJE METALNIH ODLJEVAKA U JEDNOKRATNIM KALUPIMA
Postupci brze izrade prototipa
Punjenje kalupa, kriterij “Filltime”
Skrućivanje odljevka, kriterij”Feedmode”
Napredni postupci lijevanja metala
Postupci brze izrade prototipa
Pješčani kalup, donja polovica
3 D model jednokratnog kalupa,
Sklopljen jednokratni kalup u koji je lijevan prototipni odljevak
Napredni postupci lijevanja metala
Postupci brze izrade prototipa
Kontrola prototipnih odljevaka RX metodom a) Plan snimanja odljevaka u 8 pozicija b) Određene zone i veličine poroznosti prema S 321158
Rendgenski snimci odljevka na pozicijama: a)1, b)2, c)3, d)4, e)5, f)6, g)7 i h)8.
Postupci brze izrade prototipa
Strojna obrada prototipnih odljevaka a) Univerzalni stroj MORISEKI-NH500 sa 4-osi (x,y,z i a –rotacija) i stezna naprava za obradu prototipnog odljevka, b) Strojno obrađen prototipni odljevak
Postupci brze izrade prototipa
Napredni postupci lijevanja metala
INOVATIVNI POSTUPCI PROIZVODNNJE METALNIH ODLJEVAKA U JEDNOKRATNIM KALUPIMA
Postupci brze izrade prototipa
Simulacija punjenja uzoraka za vlačna ispitivanja
Lijevanje uzoraka za mehanička ispitivanja
Napredni postupci lijevanja metala
INOVATIVNI POSTUPCI PROIZVODNNJE METALNIH ODLJEVAKA U JEDNOKRATNIM KALUPIMA
Postupci brze izrade prototipa
STANJE AlSi7Mg
LEGURE UZORAK Rp0,2 / MPa Rm / MPa A5 / % HB
LIJEVANO
STANJE
UZORAK BR. 1 201,20 211,42 2,4
UZORAK BR. 2 196,59 209,62 2,2
UZORAK BR. 3 195,01 198,40 1,9
UZORAK BR. 4 198,60 205,41 1,4
SREDNJA
VRIJEDNOST 197,85 206,21 2,0
Mehanička svojstva uzoraka ispitivane AlSi8Cu3 legure u toplinski
obrađenom stanju.
5/29/2015 25
Simulacije punjenja kalupa
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
5/29/2015 26
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
Primjer neadekvatno lijevanog odljevka
5/29/2015 Edukacijski program, CMC -Sisak 27
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
5/29/2015 28
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
5/29/2015 29
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
5/29/2015 30
Simulacije skrućivanja
Razvoj proizvodnje odljevaka, CAD/CAM koncepcija
5/29/2015 31
MATERIJALI
Aluminijski ljevovi:
Legura Izvor Primjena
AlSi6Cu4 – AlSi9Cu3 Sekunarni Glave i blokovi motora, visokotlačni lijev
AlSi7Mg Primarni Visokočvrsta duktilna legura
AlSi9Mg Primarni Visokočvrsta legura, dobra livljivost
AlSi10Mg Sekunarni Sekundarna visokočvrsta legura
AlSi7MgMn Primarni Visokočvrsta duktilna visokotlačno lijevana legura
AlSi11MgSr Primarni Legura za naplatke
AlSi12(18)CuNiMg Primarni Legura za klipove
AlSi17Cu4Mg Primarni i sekundarni
Legura za blokove motora
AlSi25Fe3Ni2 Primarni Legura za košuljice cilindara
AlSi7Mg Primarni Tiksotropna legura za specijalne namjene
Primjena suvremenih materijala u proizvodnji odljevaka
5/29/2015 Edukacijski program, CMC -Sisak 33
Primjena suvremenih materijala u proizvodnji odljevaka
5/29/2015 Edukacijski program, CMC -Sisak 34
MATERIJALI
Željezni ljevovi:
- Sivi lijev,
- Vermikularni lijev,
- Nodularni lijev (ADI, SiboDur, SiMo1000, Austenitni lijev).
Primjena suvremenih materijala u proizvodnji odljevaka
KRATKI OSVRT NA RAZVOJ SUVREMENIH POSTUPAKA LIJEVANJA METALA
Napredni postupci lijevanja metala
5/29/2015 Edukacijski program, CMC -Sisak 36
Primjena suvremenih materijala u proizvodnji odljevaka
5/29/2015 Edukacijski program, CMC -Sisak 37
Primjena suvremenih materijala u proizvodnji odljevaka
5/29/2015 Edukacijski program, CMC -Sisak 38
Primjena suvremenih materijala u proizvodnji odljevaka