Projekti / Programi
RAZVOJ IN IZDELAVA STROGO NAMENSKIH REZALNIH ORODIJ, OPLAŠČENJ IN PRIPADAJOČIH OBDELOVALNIH TEHNOLOGIJ ZA INDIVIDUALNO ORODJARSKO INDUSTRIJO
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.10.00 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T130 |
Tehnološke vede |
Produkcijska tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
frezala po meri, geometrija orodja, individualna proizvodnja, večplastne nano prevleke, nanostrukturna prevleka, obrabna obstojnost
Raziskovalci (26)
Organizacije (3)
Povzetek
Povečano vstavljanje naprednih visoko-deformacijskih jekel v avtomobilskem sektorju dosega zelo dobre rezultate v smislu teže in varnosti v karoserijah. Zadnja analiza je pokazala, da glavne avtomobilske znamke uporabljajo do 70% naprednega visoko-deformacijskega jekla za karoserije svojih avtomobilov. Kljub temu, da je bilo veliko truda vloženega na področju materialov in strategij načrtovanja, se na žalost ozko grlo trenutne rešitve opira na proizvodnjo preoblikovalnih orodij.
Na eni strani se odziv takega materiala med preoblikovanjem in po preoblikovanju zelo spremeni v primerjavi s tradicionalnim jeklom z malo trdnostjo, tako da sta določitev orodja in priprava procesa precej bolj zapletena. Visoka trdnost materiala povzroča visoko obrabo preoblikovalnih orodij, kar povečuje stroške vzdrževanja teh orodij. Upoštevati pa je treba tudi, da je potrebno uporabiti trdnejše materiale za izdelavo orodij, saj so lahko preoblikovalne sile tudi do štirikrat večje v primerjavi s tradicionalnim jeklom. Tako pa izdelava preoblikovalnih orodij za napredna visoko-deformacijska jekla postane precej zahtevna, saj trši materiali zahtevajo obdelana in ustrezna frezalna orodja, da so le-ta optimalna, pa mora biti določena geometrija in prevleka. Rezultat vseh teh pomanjkljivosti pa je cena orodja za preoblikovanje naprednega visoko-deformacijskega jekla, ki je lahko celo trikrat višja kot za orodje za preoblikovanje navadnega jekla.
Ta projekt si prizadeva za razvoj naprednih rešitev, ki bi ponudile avtomobilskem sektorju zanesljiva in dostopna preoblikovalna orodja za izdelavo trajnostnih dizajnov. Pričakovane so nove frezalne rešitve (izbira velikosti, geometrije in prevleke rezal) za izdelavo naprednih preoblikovalnih orodij za napredna visoko-deformacijska jekla. Predvideno zmanjšanje stroškov znaša 15%.
Današnji trg nudi le rezala standardnih dolžin, standardnega radija, standardne kvalitete materiala, standardne krivulje vijačnice, s standardnimi prevlekami itd., da so primerna za masovno proizvodnjo. Za individualizirano proizvodnjo preoblikovalnih orodij, ki zajemajo nestandardne oblike, spreminjanje pogojev frezanja in mnoge druge težavnosti, pa so potrebna drugačna rezala. To se nanaša na materiale, geometrijo in površinsko obdelavo. Pri zasnovi rezalnega orodja za obdelovanje trdnih materialov je potrebno upoštevati tako nizko stopnjo prenosa toplote, kot tudi majhen modul elastičnosti. Za premagovanje teh ovir je potrebno vključiti visokostrižno geometrijo. Ustrezna geometrija rezalnega roba lahko pomaga predvideti čas preloma z zmanjšanim drdranjem orodja in obdelovanca. Drdranje in vibracije lahko zmanjšamo z izbiro ustrezne dolžine in togosti orodja. Pa tudi prevleke močno povečujejo zmogljivost rezalnih orodij, saj predstavljajo oviro izzivom obdelovalnih procesov, ki potekajo s težko-obdelovalnimi materiali obdelovanca; prevleke so namreč nereakcijske, odporne proti obrabi ter zmanjšujejo trenje. Splošen proces izbire orodja bo razvit v okviru projekta.
Pomen za razvoj znanosti
Povečana uporaba naprednih visokodeformacijskih jekel v avtomobilskem sektorju dosega zelo dobre rezultate v smislu teže in varnosti karoserij. Zadnja analiza je pokazala, da glavne avtomobilske znamke uporabljajo do 70% naprednega visokodeformacijskega jekla za karoserije svojih avtomobilov. Kljub temu, da je bilo veliko truda vloženega na področju materialov in strategij dizajniranja, se na žalost ozko grlo trenutne rešitve kaže v izdelavi takih preoblikovalnih orodij. Frezanje je vsestranski odrezovalni proces, ki se zelo veliko uporablja za obdelovanje kompleksnih geometrijskih obdelovancev. Postalo je ključna tehnologija v proizvodnji matric in kalupov za letalske in avtomobilske komponente. Zaradi fleksibilnosti odrezovalnega procesa in različnih možnih variacij, je optimizacija procesa frezanja postala ključna za dosego večje produktivnosti in kvalitete. Zatorej je natančno poznavanje odrezovalnega procesa nujno potrebno za učinkovito definiranje obdelovalnih procesov. Zaradi tega proizvajalci orodij predlagajo uporabo obdelovalnih strategij. Obdelovalna strategija določa način dela odrezovalnega orodja v obdelovalnem procesu in določa širino in globino reza, pa tudi krivulje odrezavanja. V vsakem posameznem primeru je uporabljeno poglobljeno znanje izvedbe odrezovalnega orodja. Zato so proizvajalci orodij tisti, ki predlagajo uporabo obdelovalnih strategij za učinkovito uporabo njihovih odrezovalnih orodij. Z znanstvenega vidika je bil cilj tega projekta analitično in eksperimentalno razložiti aplikacijo novih metod in strategij za obdelovanje trdih orodnih jekel. V ta namen je bil izveden niz eksperimentov, katerih cilj je bil primerjava tradicionalnega odrezavanja z odrezavanjem, kjer so bile uporabljene nove strategije. Strategije vključujejo številne parametre, kot so geometrija in oblika frezalnega orodja, priprava rezalnih robov, določitev prevlek ter določanje poti orodja. Primerjava je bila določena glede na analizo rezalnih sil, ki se prenašajo na frezalno orodje, glede na napredovanje obrabe orodja (obstojnost orodja) in kakovosti obdelane površine ter glede na nekatere druge kriterije obdelovalnosti. V projektu novo razvita frezala (geometrija frezal, končna obdelava rezalnega roba, novo razvite prevleke) dosegajo signifikantno izboljšanje obstojnosti v primerjavi s konkurenčnimi orodij. Z izboljšano strategijo obdelave se je skrajšal čas obdelave pri doseženi enaki kakovosti obdelane površine. V projektu pridobljena znanja in rezultati odpirajo nova znanstvena področja. Eno takih je priprava geometrije in končne obdelave rezalnega robu glede na tip in material obdelovanca. Drugo področje, ki je še vedno dosti neraziskano je 3D karakterizacija obrabe rezalnih orodij direktno na stroju. V ta namen je bil razvit, testiran in uporabljen merilni sistem, s katerim smo lahko natančno določili področja obrabe v prostoru, kar je prednost pred klasičnimi do sedaj uporabljenimi 2D metodami.
Pomen za razvoj Slovenije
Proizvodnja preoblikovalnih orodij iz visokodeformacijskih jekel je s predlaganimi novostmi na eni strani trgu avtomobilov nižjega razreda ponudila tehnološke napredke, na drugi strani pa omogočila tudi majhnim in srednje velikim podjetjem vključitev v ta projekt. Konzorcij je razvil rezalno orodje za potrebe individualnih proizvajalcev avtomobilskih orodij, ki se odraža v večji obstojnosti. Proizvodnja je s takim rezilom boljša, hitrejša in cenejša. Z uporabo novih rezalnih orodji se je čas obdelave signifikantno skrajšal pri doseženi enaki kakovosti obdelane površine, kar pomeni, da je tak proces hitrejši in zato tudi cenejši. Doseženi rezultati so dvignili prepoznavnost raziskovalnih ustanov in podjetja tako na slovenskem, evropskem in svetovnem trgu. Sedaj je bilo tako namesko optimiranje izvedeno le za eno podjetje na enem segmentu njegovih aplikacij. Poleg razširitve metodologije znotraj podjetja, bi lahko metodologijo razširili širše po slovenski industriji. Ne samo v sektor obdelave, pač pa tudi v sektor proizvajalcev rezalnih orodij. V tej smeri se raziskovalna ekpia na FS že angažira. Rezultati projekta ponujajo proizvodne strategije, ki omogočajo boljšo obdelovalnost preoblikovalnih orodij za napredna visokodeformacijska jekla. Izdelki iz teh jekel dajo visokotrdno strukturo karoserij avtomobilov, z nižjo težo in z manj emisijami CO2 v primerjavi s karoserijami iz klasičnih materialov. Prav tako pa izdelki iz naprednih visokodeformacijskih jekel omogočajo večjo varnost, a vseeno ostajajo znotraj začrtanih stroškov proizvodnje. Predlagane tehnološke rešitve in strategije odpirajo nove možnosti slovenski industriji, saj poleg boljših performanc obdelave vključujejo tudi priporočila trajnostne proizvodnje. Zato je taka tehnologija okolju prijaznejši kot sedanje tradicionalne tehnologije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
