napredni postupci lijevanja metala - fsb.unizg.hr · pdf fileproizvodnje odljevaka. ......

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.


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).


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


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


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


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


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


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


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


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.


Postupci brze izrade prototipa – Nosač kompresora

Nosač kompresora - 3D model odljevka


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




a) 3D model s kompletnim uljevnim sustavom i sustavom napajanja

b) Izgled stvorene mreže ćelija primijenjene u simulaciji lijevanja




Punjenje kalupa, kriterij “Filltime”

Skrućivanje odljevka, kriterij”Feedmode”



Pješčani kalup, donja polovica

3 D model jednokratnog kalupa,

Sklopljen jednokratni kalup u koji je lijevan prototipni odljevak



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.


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





Simulacija punjenja uzoraka za vlačna ispitivanja

Lijevanje uzoraka za mehanička ispitivanja




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


5/29/2015 26


Primjer neadekvatno lijevanog odljevka

5/29/2015 Edukacijski program, CMC -Sisak 27


5/29/2015 28


5/29/2015 29


5/29/2015 30

Simulacije skrućivanja


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


MATERIJALI

Željezni ljevovi:

- Sivi lijev,

- Vermikularni lijev,

- Nodularni lijev (ADI, SiboDur, SiMo1000, Austenitni lijev).


KRATKI OSVRT NA RAZVOJ SUVREMENIH POSTUPAKA LIJEVANJA METALA


napredni postupci lijevanja metala - fsb.unizg.hr · pdf fileproizvodnje odljevaka. ......

Documents