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