Výzkum a optimalizace strojírenských technologií

SP2023/020

Čada Radek prof. Ing., CSc.

01. 01. 2023 - 31. 12. 2023

Zaměření projektu je směřováno do čtyř oblastí výzkumu, a to svařování, strojírenského tváření, strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav včetně projektování a řízení strojírenských výrob. Výzkum v oblasti svařování bude v rámci projektu zaměřen na zhotovení dílů a opravy součástí robotickým navařováním metodou WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a WLAM (Wire Laser Additive Manufacturing) a následné stanovení jejích vlastností. Budou zkoumány mechanické vlastnosti a svařitelnost uvedených součástí. Bude řešena optimalizace svařování slitiny AlSi10Mg vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting). Dalším předmětem výzkumu v oblasti svařování je analýza změn mikrostruktury základních materiálů v oblasti řezu při tepelném dělení materiálů. Dále bude předmětem výzkumu problematika svařitelnosti neželezných kovů, zejména hliníku a mědi. Při analýzách budou provedeny numerické simulace procesů svařování metodou konečných prvků v programu Simufact Welding. Výzkum v oblasti strojírenského tváření bude zaměřen na tváření materiálu metodou ECAP, konkrétně objemové tváření hořčíkových slitin v podmínkách vícenásobné plastické deformace. Předmětem výzkumu bude aplikace metody DRECE při zvyšování mechanických vlastností plechů s využitím inovovaného tvářecího zařízení. Bude analyzován vliv nastavení geometrie zóny deformace, vliv rychlosti podávání pásu plechu a vliv počtu průchodů na dosažené mechanické vlastnosti. Předmětem výzkumu v oblasti tváření budou optimalizace technologií výroby součástí tvářením a analýzy tvářitelnosti plechů. Dále bude výzkum zaměřen na tváření titanové slitiny Ti 6242 pomocí tepelné roztažnosti rozdílných materiálů. Výzkum v oblasti strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav bude zaměřen na zjišťování mechanických vlastností elektrolyticky vyloučených povlaků zinku na základní materiál s různým stupněm přetváření, kdy tento základní materiál pro výzkum bude tvářen metodou DRECE. Zároveň bude zkoumána adheze povlaku k základnímu materiálu během vlastního procesu tváření zvolenou metodou. Získané materiálové vlastnosti přinesou nové poznatky ve vztahu zpevnění materiálu po tváření a kvality následné povrchové úpravy. Dalším předmětem výzkumu budou analýzy poklesu mechanických vlastností elektrolyticky vyloučeného povlakového systému Ni-Cu na oceli a rovněž obdobného povlakového systému s kompozitním povlakem mědi s přítomností nanočástic v časovém horizontu několika týdnů při pokojové teplotě a při snížené teplotě. U elektrolyticky vylučovaného povlakového systému Ni-Cu na oceli bude niklový povlak vyloučen ze sulfamátového elektrolytu a následná měděná vrstva bude vylučována z pyrofosfátového elektrolytu. Pro celý systém bude zvoleno několik typů bezkyanidových pasivací. Kompozitní povlak bude také pasivován. Dále bude výzkum zaměřen na analýzu vlivu tvaru hran na kvalitu a vlastnosti organického povlaku. Experimentální část bude porovnávat různé úpravy hran na dvou různých základních materiálech. Na jeden z nich bude po úpravě hran nanesen zinkový povlak a následně na něj bude aplikována epoxidová nátěrová hmota. Výsledný epoxidový povlak bude zkoušen dle následujících norem: ČSN EN ISO 2178 Měření tloušťky povlaku, ČSN EN ISO 2409 Nátěrové hmoty – Mřížková zkouška, ČSN EN ISO 4624 Nátěrové hmoty – Odtrhová zkouška přilnavosti, ČSN EN ISO 9227 Korozní zkoušky v umělých atmosférách – Zkoušky solnou mlhou. Předmětem výzkumu v oblasti projektování a řízení strojírenských výrob budou návrhy nebo optimalizace logistických a výrobních procesů strojírenských podniků s cílem snížení provozních nákladů a modernizace pracovišť. Výzkum bude rovněž zahrnovat oblast inovačního managementu, logistiky, údržby, kapacitní plánování a zefektivnění systému řízení s využitím řady potřebných analýz a jejich ověření pomocí simulací v návaznosti na strojírenské podniky. Výzkum bude rovněž zaměřen na implementace chytrých technologií pro řízení a pro detekci vad ve strojírenské výrobě.

prof. Ing. Radek Čada, CSc.
prof. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D.
prof. Ing. Stanislav Rusz, CSc.
prof. Ing. Petr Mohyla, Ph.D.
doc. Ing. Lucie Krejčí, Ph.D.
doc. Ing. Jan Nevima, Ph.D.
Ing. Ondřej Hilšer, Ph.D.
Ing. Libor Nečas, Ph.D.
Ing. Jindřich Kozák, Ph.D.
Ing. Vladislav Ochodek, Ph.D.
Ing. Martin Pastrňák, Ph.D.
Ing. Vladimíra Schindlerová, Ph.D.
Ing. Ivana Šajdlerová, Ph.D.
Ing. Vlastimil Čep, Ph.D., MBA
Ing. Jiří Chalupecký
Ing. Maja Mujevičová
Ing. Marek Hejna
Ing. Bc. Tomáš Pektor
Ing. Tomáš Doležel
Ing. Vendula Pustovková
Bc. Michal Vařeka
Bc. Jakub Hořínek
Ing. Rostislav Zabystrzan
Ing. Jiří Švec
Ing. Miroslav Tichý
Ing. Martin Fryšák
Ing. Miroslav Lindovský
Ing. Jiří Bílek
Ing. František Vysoudil
Mgr. Marek Vindyš
Ing. Hana Krupová
Ing. Kristýna Sternadelová, Ph.D.
Ing. Michal Bučko
Bc. Antonín Hikade
Ing. Ondřej Polka
Bc. David Lichý
Bc. Marek Zaremba
Ing. Martin Polcr
Ing. Jakub Hercík
Bc. Matěj Hlubek
Bc. Michal Báča
Ing. David Šrom
Ing. Karel Civín
Ing. Hubert Schwarz
Ing. Bc. Jan Kocourek, MBA
Ing. Michal Fabián
Ing. Petr Dostál
Ing. Václav Sýkora, MBA
Bc. Jakub Strnadel

Cílem výzkumu v oblasti svařování je zhotovení dílů a opravy součástí robotickým navařováním metodou WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a WLAM (Wire Laser Additive Manufacturing) a následné stanovení jejích vlastností. Budou zkoumány mechanické vlastnosti a svařitelnost uvedených součástí. Bude řešena optimalizace svařování slitiny AlSi10Mg vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting). Dalším cílem výzkumu v oblasti svařování je analýza změn mikrostruktury základních materiálů v oblasti řezu při tepelném dělení materiálů. Dále bude zkoumána problematika svařitelnosti neželezných kovů, zejména hliníku a mědi. Při analýzách budou provedeny numerické simulace procesů svařování metodou konečných prvků v programu Simufact Welding.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenského tváření bude tváření materiálu metodou ECAP, konkrétně objemové tváření hořčíkových slitin v podmínkách vícenásobné plastické deformace. Rovněž bude řešena aplikace metody DRECE při zvyšování mechanických vlastností plechů s využitím inovovaného tvářecího zařízení. Bude analyzován vliv nastavení geometrie zóny deformace, vliv rychlosti podávání pásu plechu a vliv počtu průchodů na dosažené mechanické vlastnosti. Dalšími cíli výzkumu v oblasti tváření budou optimalizace technologií výroby součástí tvářením a analýzy tvářitelnosti plechů. Dále bude zkoumáno tváření titanové slitiny Ti 6242 pomocí tepelné roztažnosti rozdílných materiálů.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav bude zjišťování mechanických vlastností elektrolyticky vyloučených povlaků zinku na základní materiál s různým stupněm přetváření, kdy tento základní materiál pro výzkum bude tvářen metodou DRECE. Zároveň bude zkoumána adheze povlaku k základnímu materiálu během vlastního procesu tváření zvolenou metodou. Získané materiálové vlastnosti přinesou nové poznatky ve vztahu zpevnění materiálu po tváření a kvality následné povrchové úpravy. Dalším cílem výzkumu jsou analýzy poklesu mechanických vlastností elektrolyticky vyloučeného povlakového systému Ni-Cu na oceli a rovněž obdobného povlakového systému s kompozitním povlakem mědi s přítomností nanočástic v časovém horizontu několika týdnů při pokojové teplotě a při snížené teplotě. Dalším cílem výzkumu bude analýza vlivu tvaru hran na kvalitu a vlastnosti organického povlaku.

Cílem výzkumu v oblasti projektování a řízení strojírenských výrob budou návrhy nebo optimalizace logistických a výrobních procesů strojírenských podniků s cílem snížení provozních nákladů a zlepšení pracovišť. Výzkum bude rovněž zahrnovat oblast inovačního managementu, logistiky, údržby, kapacitní plánování a zefektivnění systému řízení s využitím řady potřebných analýz a jejich ověření pomocí simulací v návaznosti na strojírenské podniky. Dalším cílem výzkumu jsou způsoby implementace chytrých technologií pro řízení a pro detekci vad ve strojírenské výrobě.

Výstupy:
Publikace v odborných časopisech (Manufacturing Technology, MM Science Journal, Strojírenská technologie, All for Power, Konstrukce apod.) a sbornících odborných konferencí indexovaných v uznávaných databázích (WoS, SCOPUS) nebo na uznávaných odborných národních konferencích – celkem 6x článek. Výstupy budou rovněž využity v diplomových pracích studentů řešitelského týmu.

Harmonogram:
01/2023–02/2023 Rešeršní a studijní etapa (studium současného stavu poznání v jednotlivých dílčích oblastech projektu, přípravy vzorků a modelů pro experimentální práce na předmětných technologiích),

03/2023–04/2023 Příprava a návrh experimentů (vývoj metodik experimentů a numerických simulací v rámci jednotlivých výrobních technologií),

05/2023–08/2023 Provedení experimentálních zkoušek (vývoj a provedení jednotlivých experimentů vycházejících z cílů projektu),

9/2023–12/2023 Zpracování výsledků a příprava publikací (příprava výstupů jednotlivých dílčích projektů do publikací, diplomových prací, případně do nepublikačních výstupů).