29 września 2022

fmarzec2018


(felieton)

Nasze państwo jest hojne. Hojnie rozdziela logotypy tego czy innego ministerstwa do honorowych patronatów różnym imprezom. Jakoś tak – nie wiedzieć czemu – taki honorowy patronat ministerstwa kojarzy mi się z honorowym golem, czyli bramką strzeloną przy wysokiej porażce, tak na otarcie łez. W sumie więc klęska, ale jakiś ruch został wykonany, żeby nie można było zarzucić bezczynności.

Tomasz Gerard

Mamy więc honorowe patronaty ministerstwa nad targami, jednymi czy drugimi, ale uczestników takich imprez niezbyt dużo. Za granicą też organizuje się targi przemysłowe i gromadzą one często podobną do naszych imprez liczbę wystawców, ale za to ilość odwiedzających jest tam nieporównywalnie większa, nawet kilkanaście razy. Czyżby u nas mało kto interesował się techniką czy technologią? A może raczej ludziom, którzy mają i inicjatywę, i umiejętności, ale są zduszeni uciskiem podatkowym, i biurokratycznym, i proceduralnym, skutecznie odebrano możliwości i widoki na rozwinięcie swoich działalności? A może mają też trochę dosyć oglądania produktów drugiego sorta, które trafiają na nasz rynek, bo pierwszy gatunek i najnowsze technologie idą tam, gdzie będą mogły zostać zastosowane? Tam, gdzie są rzeczywiste warunki rozwojowe?
Państwo może stwarzać warunki do rozwoju przemysłu, gospodarki itd., ale może też niszczyć inicjatywę, przedsiębiorczość, a te warunki do rozwoju stworzyć tylko dla nielicznego grona koncesjonowanych wybrańców. A niestety, właśnie tak jest u nas, od wielu lat. I nie zmienią tego puste gadki o innowacyjności, start-up’ach, przemyśle 4.0, czy prezentowanie świetnych wskaźników rozwoju. Takie warunki to raj dla cwaniaczków, drobnych lub większych, dla których tylko mętna woda to żywioł odpowiedni. I tak jak zwykle – największe profity idą do tych, co to niby walczą z tym zapóźnieniem gospodarczym. Tyle, że jakby naprawdę walczyli to mogliby przecież odnieść zwycięstwo, nawet niechcący, i wtedy z czego by się utrzymywali? Nie są więc zainteresowani w zmianie istniejącego stanu rzeczy. Regres gospodarczy zawdzięczamy rządzącym w naszym kraju i trzeba o tym pamiętać.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (126) marzec 2018


Od pierwszych lat istnienia samochodu rozwój techniczny pobudzany był głównie przez rajdy i wyścigi. Do dzisiaj nic się nie zmieniło. Formuła 1 to nie tylko wyścigowy cyrk. Obok widowiskowych zmagań kierowców trwa walka konstruktorów i inżynierów.

Ryszard Romanowski

O ile wraz z upływem czasu nazwiska mistrzów zacierają się w pamięci, o tyle rozwiązania techniczne powiązane z markami samochodów i nazwiskami ich twórców trafiają do podręczników zupełnie nie związanych z historią motoryzacji. Rozwiązania z dawnych aut wyścigowych rozpowszechniły się w samochodach seryjnych. Twórcy przepisów technicznych Międzynarodowej Federacji Samochodowej FIA dbają, by tak pozostało, stawiając przed konstruktorami coraz to większe wyzwania.

kompozyty f1

Od ponad czterdziestu lat trwa rywalizacja dotycząca budowy jak najlżejszych i najbardziej wytrzymałych konstrukcji z kompozytów. Przestrzenne ramy rurowe i kadłuby przykryte nadwoziami z kompozytu zawierającego włókna szklane trafiły już do muzeów. Kompozyty przeszły do sportu motorowego z przemysłu lotniczego i od lat najbardziej wysublimowane ich zastosowania można znaleźć w samochodach wyścigowych.
Dzisiejsze samochody Formuły 1 wykonane są w 85% z kompozytu, głównie wykorzystującego włókna węglowe. Te 85% elementów stanowi zaledwie około 20% masy samochodu. Przed kilku laty znajomy inżynier z przemysłu samochodowego był z wizytą w bazie McLarena. Po powrocie opowiadał, że jeszcze do końca nie rozumie tego, co oglądał. – Wyglądało to jak pracownia krawiecka. Kobiety wycinały coś z materiału. Następnie trafiło to do autoklawu i wyciągali gotowy wahacz.
Pozostałe miejsca, w których powstawał samochód Lewisa Hamiltona nie były dostępne dla zwiedzających. Jednakże udostępniony niewielki fragment zakładu potrafił zadziwić osoby pracujące w fabrykach samochodów, którym nie obce były działy sportu motorowego.
Przepisy techniczne F-1 co roku ulegają zmianom. W 2018 r. zobowiązały konstruktorów do wyposażenia aut w dodatkową strukturę zabezpieczającą kierowcę, zwaną HALO. Zmieniły także kształty i wymiary spoilerów. Według Scuderia Ferrari modyfikacje dodały do masy bolidu 5 kg. Aby zachować założoną masę samochodu wynoszącą 733 kg należało jeszcze precyzyjniej obchodzić się z kompozytami: dokładnie przemyśleć układ włókien, skład i ilość żywic, a szczególnie budowę wymaganych materiałów pregpreg. Zwykle tajemnice zespołów wyścigowych są pilnie strzeżone i nie ujawniane nawet po wielu latach. Coraz większa specjalizacja w każdej z płaszczyzn konstrukcji samochodu sprawia, że nawet teamy reprezentujące wielkie koncerny korzystają z niewielkich, ściśle wyspecjalizowanych firm zewnętrznych, a te czasem uchylają nieco rąbka tajemnicy.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (126) marzec 2018


Kazimierz Czechowski, Iwona Wronska

Stopy aluminium należą do grupy zastosowań materiałów skrawających N wg normy ISO 513:2012, która to grupa obejmuje ogólnie metale nieżelazne, a w szczególności następujące materiały obrabiane [1]:

  • miękkie (o twardości do 130 HB), takie jak m.in. stopy bazujące na aluminium (Al), miedzi (Cu) i stopy miedzi (mosiądze i brązy oraz miedzionikle), stopy bazujące na cynku (Zn), stopy bazujące na magnezie (Mg) itd.,
  • wysokowytrzymałe brązy (o twardości powyżej 225 HB),
  • kompozyty z osnową metalową (MMC – Metal Matrix Composites) zawierające np. aluminium i węglik krzemu (SiC do 30%).

Obrabialność metali nieżelaznych jest bardzo zróżnicowana, na co wpływ mają m.in. tendencje do tworzenia narostu na ostrzu (np. czyste aluminium), zawartość krzemu w stopach aluminium (bardzo ścierne oddziaływanie przy zawartości Si powyżej 12%), ilość węglików krzemu w kompozytach MMC (znaczne zmniejszenie trwałości ostrzy z uwagi na duże oddziaływanie ścierne przy zawartości 20-30% SiC) itd.

obrobka wiorowa
Rys. 1    Narzędzie do frezowania z dużą prędkością skrawania stopu aluminium w postaci głowicy o średnicy D=25 mm z dwoma płytkami skrawającymi z węglików spiekanych wygładzonych za pomocą specjalnej obróbki tzw. microfinish

Materiały obrabiane z grupy metali nieżelaznych nierzadko znajdują zastosowanie w takich branżach, jak np. lotnicza, motoryzacyjna i budowy maszyn; dotyczy to m.in. stopów aluminium, które ze względu na niedużą masę właściwą (gęstość), przy równocześnie dużej wytrzymałości właściwej i sztywności właściwej, są stosowane w konstrukcjach lekkich. Gęstość ρ stopów aluminium wynosi ok. 2,7 g/cm3, czyli jest ok. 3-krotnie mniejsza niż stali (ok. 7,9 g/cm3). Przy tym wytrzymałość właściwa na rozciąganie, stanowiąca iloraz wytrzymałości na rozciąganie Rm i ciężaru właściwego γ (tj. iloczynu gęstości ρ i przyspieszenia ziemskiego g) wyrażająca się w jednostkach długości, dla stopów aluminium wynosi ok. 14,8 km, czyli jest ok. 1,7-krotnie wyższa niż dla stali (ok. 8,9 km). Z kolei sztywność właściwa, stanowiąca iloraz modułu sprężystości podłużnej E (modułu Younga) i ciężaru właściwego γ wyrażająca się w jednostkach długości, dla stopów aluminium wynosi ok. 2593 km, czyli jest zbliżona do sztywności właściwej dla stali (ok. 2675 km) [2].
Wytrzymałość właściwa na rozciąganie i sztywność właściwa stanowią wskaźniki użytkowe, na podstawie których można określić, w jakim stopniu materiał konstrukcyjny przy spełnieniu wymagań dotyczących wytrzymałości i sztywności konstrukcji, umożliwi wykonanie tej konstrukcji jako lekkiej. Ma to szczególnie istotne znaczenie, zarówno w przemyśle lotniczym, którego specyfika wymusza stosowanie lekkich konstrukcji, jak i również w przemyśle motoryzacyjnym, gdzie projektowanie konstrukcji lekkich sprowadza się do poszukiwania optymalnych kształtów i wymiarów konstrukcji, z uwzględnieniem czynników ekonomicznych, ekologicznych, ergonomicznych, a zwłaszcza związanych z bezpieczeństwem użytkowników [2, 3].

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (126) marzec 2018


Do budowy obrabiarek zespołowych stosuje się częściowo zespoły zunifikowane, a częściowo zespoły specjalnie konstruowane do konkretnych detali, obrabianych na tych maszynach. Do zespołów zunifikowanych należą m.in. stoły podziałowe, zarówno wzdłużne, jak i obrotowe. Służą one do przenoszenia obrabianych detali z jednego stanowiska obróbczego na następne. Są jednymi z najważniejszych zespołów każdej obrabiarki zespołowej o wielu stanowiskach obróbczych. Muszą spełniać bardzo wysokie wymagania dotyczące dużej dokładności pozycjonowania, a zwłaszcza utrzymania tej dokładności w całym okresie eksploatacji obrabiarki.

Aleksander Łukomski

Urządzenia podziałowe są w zasadzie dobrze znane w obróbce detali, jak choćby podzielnica (która służy do obracania i ustalania kątowego, na ogół pojedynczego detalu, np. podczas frezowania różnych płaszczyzn pod różnymi kątami w tym detalu) czy urządzenia podziałowe w oprzyrządowaniu np. wiertarskim.

stol obrotowy
Fot. 1 Stół obrotowy JAG czterostanowiskowy

Stół obrotowy podziałowy JAG składa się z tarczy o pionowej osi obrotu, mechanizmu napędu obrotu i zatrzasku ustalającego kolejne położenia. W obrabiarkach zespołowych na stole obrotowym podziałowym, z pionową osią obrotu tarczy, montuje się kilka przyrządów (od czterech do dwunastu). Dodatkowo oddziałują na niego różne siły skrawające, niekiedy znaczne, z różnych kierunków. Taki stół obrotowy podziałowy musi więc spełniać przede wszystkim:

  • wysoką (żądaną) dokładność podziału, której wielkość decyduje o wyborze konstrukcji zatrzasku;
  • odporność na oddziaływanie sił skrawania. Jeżeli siły te są znaczne, mogą wywołać w zatrzasku naprężenia ścinające lub zginające. Dlatego należy po dokonaniu każdego podziału zamocować tarczę obrotową do korpusu (podstawy) stołu podziałowego. Likwiduje się w ten sposób także drgania tarczy podczas obróbki, co ma duży wpływ na gładkość powierzchni obrabianych.

Stoły obrotowe podziałowe mają najczęściej proste rozwiązania zatrzasku – ryglowania, które polega na wprowadzeniu w specjalny otwór z tulejką (w tarczy stołu) tłoczka (pilota) – cylindrycznego lub stożkowego. Rozwiązanie z pilotem cylindrycznym obarczone jest stosunkowo dużym błędem, wynikającym z luzów, zarówno w otworze prowadzącym pilota, jak i luzów w otworze tulejki zamontowanej w tarczy stołu. Lepiej jest, gdy tulejka i element ustalający pilota są stożkowe. Wtedy jest mniej o jeden błąd. Rozwiązania te dodatkowo powodują częste zakleszczanie pilota i stosunkowo szybką utratę dokładności, w wyniku zużycia części zatrzasku. Wychodząc z analizy tolerancji można prosto obliczyć błąd podziału dla takich rozwiązań konstrukcyjnych. Oczywiste jest, że im większy promień umieszczenia pilota tym błąd jest mniejszy.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (126) marzec 2018


(artykuł reklamowy)

Filip Ulatowski, Marcin Młynarczyk

Wpływ działania ciepła na konstrukcje inżynierskie jest problemem niezwykle istotnym, dotyczącym wielu konstrukcji, bez względu na ich charakter użytkowy. Dla przykładu – w ustrojach nośnych ciepło pochodzące z zewnętrznych źródeł powoduje zazwyczaj przyrost objętości, co dla elementów posiadających więzy mechaniczne (np. połączenia śrubowe lub połączenie spawane z innymi elementami) łączy się z wystąpieniem naprężeń, zazwyczaj niekorzystnych dla konstrukcji. Analogiczny schemat obserwujemy podczas skręcania nieswobodnego kształtowników stalowych – skręcanie kształtownika obustronnie utwierdzonego musi skutkować wystąpieniem deplanacji przekroju poprzecznego.

analiza naprezen
Rys. 1    Geometria zdyskretyzowana elementami objętościowymi typu Hexa i Penta – siatka hybrydowa

Również projektując obiekty o charakterze przewodników prądu elektrycznego należy uwzględnić szereg zjawisk mających wpływ na generowane naprężenia związane z rozszerzalnością cieplną materiałów. Należy uwzględnić istotne zjawisko Joule’a-Lenza, wynikające bezpośrednio z zasady zachowania energii. Praca wykonywana przez prąd elektryczny zamieniana jest na energię wewnętrzną metalowego komponentu, z którego uwalniana jest w postaci ciepła. Uwzględnianie tego faktu jest konieczne, podczas projektowania np. izolacji kablowych oraz konstrukcji nośnych.
Także zjawiska cieplne zachodzące w urządzeniach ciśnieniowych podlegają tym samym prawom. Medium transportowanym rurociągami jest często gaz o bardzo wysokiej temperaturze. Odkształcenia i naprężenia termiczne są więc i w tej gałęzi inżynierii nieodzownym do uwzględnienia aspektem podczas procesów projektowania oraz utrzymania obiektów eksploatacyjnych..
W niniejszym artykule przedstawimy numeryczne analizy termiczne – analizę naprężeń cieplnych w stanie ustalonym oraz analizę naprężeń cieplnych w stanie nieustalonym. Za przykład posłużył zbiornik ciśnieniowy, magazynujący gaz o wysokiej temperaturze, oraz konektor oczkowy. Wszystkie analizy wykonano w programie MIDAS NFX, stanowiącym przykład oprogramowania specjalistycznego idealnie dostosowanego do wymagań współczesnej inżynierii, opartej o analizy numeryczne (FEA). Wykorzystując MIDAS NFX konstruktor dysponuje możliwością uwzględnienia nie tylko obciążeń o charakterze mechanicznym, ale i termicznych.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (126) marzec 2018