izbor materijala i razvoj proizvoda - fsb.unizg.hr · pdf fileizbor materijala i razvoj...

IZBOR MATERIJALA I RAZVOJ PROIZVODA

Prof. dr. sc. T. FiletinIZBOR MATERIJALA, 3+3, 2011.

PRIMJERI VARIJANATA MATERIJAL - OBLIK - PROIZVODNI POSTUPCI KVAKA - aluminij, polimeri, čelici, kombinacije VJEŠALICA - drvo, polimeri, metali, kombinacije NAPLATAK (FELGA) - čelici, aluminij, magnezij, pjene BRANIK AUTOMOBILA - čelici, polimeri, pjena ISPUŠNI SUSTAV - opći čelici, nehrđajući čelici, titan ZUPČANICI - čelici, željezni ljevovi, polimeri KLIZNI LEŽAJI - BRONCE, Al-legure, sivi ljevovi, polimeri, keramika… RADIJATOR, GRIJAĆA TIJELA - sivi lijev, aluminij, kamen, keramika RADNA PLOHA GLAČALA - čelik, aluminij, keramika RADNA PLOHA ZA GLAČANJE SKIJE, REKETI, STRELIČARSKI LUK I STRIJELE, PALICA ZA GOLF

- polimerni kompoziti PROTEZA UMJETNOG KUKA, KOLJENA I SL. ROMOBIL - drvo, čelik, aluminij BICIKL - čelik, aluminij, titan, kompoziti PROZORSKI OKVIRI - drvo, polimeri, aluminij VODOVODNE CIJEVI U KUĆI - čelik, Cu, PE LOPATA ZA SNIJEG - drvo, aluminij, polimeri

AUTOMOBIL

UDJELI POJEDINIH MATERIJALA U EUROPSKIM AUTOMOBILIMA SREDNJE KLASE

POLIMERNI MATERIJALI U AUTOMOBILU

NEŽELJEZNI METALI U AUTOMOBILU

metalne pjene

Mg-legure

Al-legure

Al - naplatak Mg - naplatak

bb

Klipnjača – ojačana ugljičnim vlaknima Sendvič branika

NEŽELJEZNI METALI U AUTOMOBILU

metalne pjene

Mg-legure

Al-legure

POLIMER OJAČAN UGLJIČNIM VLAKNIMA

a - rotor kočnice njemačkog visokobrzinskog vlaka (AlSi7Mg+SiC)b - dijelovi kočionog sustava LUPO automobila c - poluga podizača ventila reli vozila (ojačano dugim vlaknima)d - jezgra elek. vodiča visokog napona

Primjeri primjeneAl - MMC

Primjena kompozita s metalnom matricom

Ventili automobilskog motora napravljeni od kompozita s Ti-matricom koja je ojačana SiC česticama

Profili od Al-legure ojačane s grafitnim vlaknima. Imaju jednaku krutost kao i čelik, a masu manju od aluminija

Klipnjača napravljena od Al-legure ojačane s Al2O3 česticama. Ona ima puno bolja mehanička svojstva i otpornost na umor od čelične klipnjače, a uz sve to ima i 42 % manju masu

Dijelovi plinske turbine napravljeni od SiC/SiC kompozita

Rotor ventilatora za cirkulaciju vrućeg plina napravljen od SiC matrice s kontinuiranim keramičkim vlaknima

Cijevi nakon eksploatacije. Lijeva je napravljena od matricom i ojačanjima od oksidne keramike, a desna je od metala

MINERALNI LIJEV/POLIMERNI BETONZA POSTOLJA STROJEVA

PREDNOSTI- manja masa- 6-10x brže prigušenje vibracija nego SL- mala toplinska vodljivost i neosjetljivost na ΔT

- korozijski postojan- sloboda konstrukcijskog oblikovanja- hladan postupak oblikovanja

DIJELOVI OD POLIMERA OJAČANIH C-VLAKNIMA

VRETENO ROBOTSKA RUKA

KUĆIŠTE MOTORVRETENA

Primjene METALNIH PJENA (Al-pjena)

Konzola - sedvič

BICIKL

Okvir motocikla

Čelični

Polimerni kompozit: epoksidna smola +ugljična vlakna

ROMOBIL - ALUMINIJSKI SKATEBOARD

Ethylene Vinyl Acetate) foamed resin

Proteza umjetnog kuka

Naprave od pametnih Ni-Ti legura za ravnanje zubi

Proteza koljena

MEDICINA I STOMATOLOGIJA

Stent Ni-Ti legura

Zalistak srca - pirolitički C

Razvoj lakšeg ILIZAROV vanjskog fiksatora(Mr. rad Zdravko Schauperl, FSB)

ČELIČNI:X12CrNi18-8Masa prstena 228 g

Epoksidna smola+ ugljična vlaknaMasa prstena 80 g

ZRAKOPLOVI

KOMPOZITI ZA ZRAKOPLOVNU INDUSTRIJUF-14 Tomcat (1969) - 1 % AV-8V Harrier (1982) - 26 %ATF Stealth (1989) - 40 %

Airbus A380 i 500 - više od 20% CFPSonic Cruise (Boeing) - do 40% CFP

LJUSKA – DIO TRUPA BOEING 787 GLARE LAMINAT - AIRBUS A380

Al + prepreg (polimer i stakl. vlakna)

ČELIČNI SPREMNIK SPREMNIK OD POLIMERNOG KOMPOZITA

BOCA ZA PLIN OD PMC

BRODOVI, PLOVILA I OFF SHORE PLATFORME

CIJEVI OD POLIMERNIH KOMPOZITA(ojačani staklenim vlaknima)

KUĆANSKI APARATI

TELEFONI

KUĆANSKI APARATI

NANOTEHNOLOGIJE – ORGANSKO ANORGANSKI SLOJEVI NANEŠENISOL-GEL POSTUPKOM

NIJE OD TITANA, NEGO VJEROJATNO PVD SLOJTiN i TiC

KVAKE I OKOVI

Dekorativne PVDprevlake

RADIJATORIPROZORSKI OKVIRI

CIJEVI OD OJAČANOG PP

SPORTSKI REKVIZITI

STRELIČARSTVO

70% poliamidno vlakno, 30% elastansko vlakno.LZR Pulse je najlakši tkani plivački materijal na svijetu. Jako je čvrst, voda klizi preko glatke Površine, otporan je na klor i brzo se suši

LZR RACER ima umetnute ultra tanke poliuretanske membranekoji se režu preciznim laserom.

SPEEDO PLIVAČKO ODIJELO

CEPIN

RAZLIČITI KOMPOZITNI DIJELOVI

PULTRUDIRANI PROFILI OD POLIMERNIH KOMPOZITA U GRADITELJSTVU

Drvo

Metal+koža ili ratan

Polikarbonat PC Kompozit – ugljična vlakna

SLOG – HR patent

MUZIČKI INSTRUMENTI I KUTIJE ZA INSTRUMENTE

Epoksidna smola + ugljična vlakna

Kutija za violončeloEpoksidna smola + ugljična vlaknaPatent inovatora iz Pule

DRVENI WC KERAMIČKA WC ŠKOLJKA

POLIMERNI BETON

MATERIJALI ZA PAKIRANJA

RAZLOZI USAVRŠAVANJA POSTOJEĆIH PROIZVODA

pojava novih materijala;promijenjeni uvjeti rada u uporabi;poboljšanje uporabnih karakteristika proizvoda;otežana nabava definiranog materijala – vrsta, oblik, dimenzije, nezadovoljavajuća kvaliteta; nezadovoljavajuće ponašanje u proizvodnji; kvarovi u uporabi zbog materijala - deformacije, lomovi, prekomjerno trošenje ili korozija;pojava novih zakona, normi, propisa i uputa;novi zahtjevi za recikličnost i općenito utjecaj materijala na okoliš;smanjenje troškova i postizanje bolje konkurentnosti;zahtjevi tržišta - moda, konkurencija…

ČIMBENICI KOJI UTJEČU NA RAZVOJ PROIZVODA

1. TEHNIČKI – funkcijski i eksploatacijski zahtjevi te odgovarajuća svojstva i radne karakteristike proizvoda, tehnologija i raspoloživa oprema, energetska svojstva;

2. EKONOMSKI – troškovi razvoja i proizvodnje i cijena proizvoda, investicijski troškovi, produktivnost i rentabilnost, mogućnosti kooperacije, diverzificiranost proizvoda, zemlje prodaje i dr.;

3. ORGANIZACIJSKI – osposobljenost ljudi, rokovi, kooperacija, dorade, odgovornosti;

4. DRUŠTVENI, HUMANI – potrebe čovjeka i društva, ergonomska svojstva, mogućnosti recikliranja i utjecaj na okoliš, kulturološka (npr. estetska) i informacijska svojstva i dr.;

5. PRAVNI – norme, zakoni, propisi, zaštita izuma, patenata, modela, postupka proizvodnje (know-how i know-why) i dr.

CADFIBER

KONSTRUIRANJE I DIMENZIONIRANJE

CAD/CAE

OSIGURANJE KVALITETE

CAQ

BAZA PODATAKA SVOJSTAVA MATERIJALA

CAD/CAE

SIMULACIJA PROIZVODNOG

PROCESA CAM

STRUKTURA SUSTAVA "CADFIBER" ZA PROJEKTIRANJE I PROIZVODNJU KOMPOZITNIH IZRADAKA

PRIMJER KORIŠTENJA BAZE PODATAKA ZA MATERIJALE PRI RAZVOJU PROIZVODA

GOTOV DIO

USPOREDBA VARIJANTI IZRADE OKRETNA POLUGA DIESEL MOTORA

materijal: Ck 15 materijal: 16MnCr5

POLAZNO OD DVA KOVANA DIJELA POLAZNO OD JEDNOG OTKOVKA

Tehnološki postupci izrade: 1. Priprema oba dijela za zavarivanje 2. Zavarivanje 3. Poravnanje 4. Obrada odvajanjem čestica 5. Naknadno zavarivanje potisnih površina 6. Obrada odvajanjem čestica nakon

zavarivanja 7. Toplinska obrada (Ck 15 loše) 8. Ravnanje nakon toplinske obrade 9. Brušenje

Tehnološki postupci izrade: - - - 1. Obrada odvajanjem čestica - - 2. Toplinska obrada (16MnCr5 dobro) - 3. Brušenje

Troškovi: Materijala 7,5 € Izrade (161 min) 160 € Ukupno: 167,5 € (100 %)

Troškovi: Materijala 8 € Izrade (161 min) 105 € Ukupno: 113 € (67 %)

PRIMJER USPOREDBE ČELIKA ZA SPREMNIK PREMA GRANICI RAZVLAČENJA I TROŠKOVIMAUsporedbeno analizirati primjenu dvaju čelika: H II (Č1204) isitnozrnatog poboljšanog StE 900V za plašt valjkastog spremnika

- vanjskog promjera 2500 mm,

- visine 2500 mm,

s jednim aksijalnim i jednim obodnim zavarom.

Vrsta čelika Svojstva i elementi troškova

H II (Č1204) StE 900 V Rp0,2, N/mm2 245 900 σdop= Rp0,2/1,5, N/mm2

165 600 cijena po Rpo,2, €/Nmm-2 30 3,6 debljina stijenke, d, mm 100 25 ukupna masa čelika, m, kg 12250 3040

Trošak, € % od ukupnih troškova

Trošak, € % od ukupnih troškova

cijena čelika 7350 77,2 3344 74,5 predgrij. prije zavarivanja 200 2,2 50 1,1 elektrode za zavarivanje 425 4,5 100 2,3 zavarivački rad 1300 13,5 220 5,0 ispitivanje 250 2,6 750 17,1 proizvodni troškovi 2175 1120 jednična cijena čelika, €/kg 0,6 1,1 ukupni troškovi 9525 100 4464 100

Primjenom jedinično skupljeg čelika (StE 900 V), ukupni troškovi nisu viši od troškova za čelik H II, nego dapače dvostruko niži, jer su kompenzirani četiri puta manjom debljinom stijenke, odnosno masom plašta. Bitan kriterij je cijena po 1 N/mm2 Rp0,2 , a ne osnovna cijena čelika.