Výzkum a inovace strojírenských technologií a jejich efektivní řízení

SP2024/049

Čada Radek prof. Ing., CSc.

01. 01. 2024 - 31. 12. 2024

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 optimalizaci svařování slitiny AlSi10Mg vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting) metodou TIG a následné studium vlastností a mikrostruktury svarových spojů. Budou zhotoveny díly robotickým navařováním metodou WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a následně budou zkoumány mechanické vlastnosti při dynamickém namáhání a mikrostruktura vyrobených návarů případně celých součástí po tepelném zpracování. Součástí výzkumu je sofistikované posuzování vad svarových spojů v průběhu výroby. Dále budou vyhodnocovány vybrané užitné vlastnosti žárových nástřiků ze slitin CuPb20Sn4, WC-Co, AlSi. Bude proveden návh a následné ověření technologie svařování s podporou numerických simulací v programu Simufact Welding. Výzkum v oblasti strojírenského tváření bude zaměřen na analýzu možnosti tváření 3D tisknuté hliníkové slitiny AlSi10Mg realizovaného v podmínkách vícenásobné plastické deformace. Částí výzkumu bude porovnání vlivu dvou variant vstupního tepelného zpracování na následný tvářecí proces. S ohledem na vliv vstupního zpracování lze předpokládat možnost snížení teploty tvářecího procesu, která významně ovlivňuje mikrostrukturní děje a výsledné užitné vlastnosti. Při řešení problematiky protlačování pásů plechů na zařízení DRECE bude předmětem výzkumu vliv nastavení vhodných podmínek protlačování s ohledem na dosažení maximálního zpevnění v protlačovaném plechu. Dalším cílem projektu bude zhodnocení vyrobitelnosti držáku pro kusovou až malosériovou výrobu. Dále bude výzkum zaměřen na optimalizace technologií výroby součástí tvářením a analýzy tvářitelnosti plechů. Výzkum v oblasti strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav bude zaměřen na na proces elektrolytického leštění hliníkových materiálů připravených aditivní výrobou. Elektrolytické leštění je vysoce účinný proces povrchové úpravy, který zlepšuje estetické a funkční vlastnosti tištěných součástí. Tato elektrochemická metoda zahrnuje odstranění kontrolovaného množství materiálu z hliníkového povrchu, což vede k hladkému, leštěnému povrchu. Elektrolytické leštění nejenže zlepšuje celkový aditivně vyrobených hliníkových dílů tím, že snižuje drsnost povrchu a odstraňuje linie vrstev, ale také zvyšuje odolnost proti korozi a únavovou pevnost. Proces zahrnuje ponoření aditivně vyrobeného hliníkového předmětu do elektrolytu a zavedení elektrického proudu, což způsobí rozpuštění povrchových nepravidelností. Tato technika je zvláště výhodná pro složité geometrie a komplikované struktury, protože rovnoměrně ošetřuje všechny plochy, včetně vnitřních a těžko přístupných oblastí. Díky tomu nacházejí elektrolyticky leštěné hliníkové komponenty uplatnění v různých průmyslových odvětvích, jako je letectví, automobilový průmysl a zdravotnictví, kde je rozhodujícím faktorem jak výkon, tak estetika. Tento výzkum bude předně zaměřen na využití netoxického elektrolytu a nalezení optimálních parametrů procesu pro konkrétní materiál a požadované vlastnosti povrchu. Dále se bude výzkum zabývat rozšířením tématu vlivu předúpravy základního materiálu před aplikací epoxidového povlaku. Experiment bude opět zaměřen na vliv tvaru hran na kvalitu a vlastnosti výsledného organického povlaku. Úprava hran bude provedena ve třech variantách: ostrá, zaoblená a zkosená hrana. 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. Rozšířením budou dvě různé tloušťky organického povlaku. 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 bude využívání digitálního dvojčete jako obrazu výrobních procesů a systémů. Jde o digitální model fyzických objektů, který lze využít pro pochopení vztahů a předvídání dopadů plánovaných změn, které mohou být v jednotlivých částech systému a jejich vlivu na celkový výkon. Uplatňuje se pro simulaci, predikci a optimalizaci ještě před samotnou investicí a je to významný nástroj pro snížení míry rizika nákladů z nesprávných rozhodnutí. V současné době je řešena také otázka kvality především v automobilovém průmyslu, kde je velmi silná konkurence a výrobce vozidel tak musí věnovat pozornost i požadavkům například na hlučnost, aby splnil očekávání zákazníků a udržel si konkurenceschopnost, což zahrnuje celou řadu inovací prostřednictvím principů Průmyslu 4.0 potažmo 5.0. V oblasti optimalizace procesů řízení údržby bude výzkum zaměřen na zavádění moderních systémů pro zpracování a využívání dat pro údržbářské procesy a tvorbu primární datové základny.

prof. Ing. Radek Čada, CSc.
prof. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D.
prof. Ing. Petr Mohyla, Ph.D.
doc. Ing. Lucie Krejčí, Ph.D.
Ing. Jindřich Kozák, Ph.D.
Ing. Vladislav Ochodek, Ph.D.
Ing. Ondřej Hilšer, Ph.D.
Ing. Martin Pastrňák, Ph.D.
Ing. Kristýna Sternadelová, Ph.D.
Ing. Vladimíra Schindlerová, Ph.D.
Ing. Libor Nečas, Ph.D.
prof. Ing. Stanislav Rusz, CSc.
Ing. Marek Hejna
Ing. Ondřej Polka
Ing. Jakub Trnka
Ing. Martin Fryšák
Ing. Bc. Tomáš Pektor
Ing. Michal Bučko
Ing. Hana Krupová
Mgr. Kamil Peterek, Ph.D.
Ing. Rostislav Zabystrzan
Ing. Jiří Švec
Ing. Miroslav Tichý
Ing. Michal Fabián
Ing. Miroslav Lindovský
Ing. Jan Slováček
Ing. Petr Dostál
Ing. Václav Sýkora, MBA
Ing. Martin Procházka
Ing. Jiří Bílek
Ing. František Vysoudil
Mgr. Marek Vindyš
Bc. Antonín Hikade
Bc. Filip Kurnota
Bc. Vojtěch Vons
Bc. Jarmila Adámková
Bc. David Černoch
Bc. Adéla Jančarová
Bc. Dominik Keka
Bc. Jan Marčík
Bc. Benjamin Málek
Bc. Vojtěch Híreš
Bc. Jiří Dombai
Bc. Martin Šmíd
Bc. Jiří Kmoníček
Bc. David Andrle
Bc. David Suchý
Bc. Karel Škrobánek
Bc. Ondřej Kremer
Bc. Petr Vantuch

Dílčím cílem v oblasti svařování je výzkum vlastností svarových spojů na výrobcích zhotovených 3D tiskem, konkrétně návrh technologie svařování Al slitiny vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting). Dále je to výzkum navařování metodou WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a následné zkoumání chování dílců při dynamickém namáhání. Další oblastí pak bude studium chování tvarových návarů a jejich vlastností po tepelném zpracování. Součástí výzkumu je posuzování vad svarových spojů ve výrobě. Dalšími cíli výzkumu v oblasti svařování jsou studium vybraných užitných vlastností žárových nástřiků ze slitin CuPb20Sn4, WC-Co, AlSi, návh a ověření technologie svařování s podporou numerických simulací v programu Simufact Welding.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenského tváření bude ověření tváření slitiny AlSi10Mg vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting). Tváření bude realizováno metodou ECAP (Equal Channel Angular Pressing) s využitím konvenční geometrie tvářecího nástroje. Bude analyzován vliv vstupního tepelného zpracování a teploty protlačování na mikrostrukturní změny dané slitiny. Další oblast výzkumu bude zaměřena na problematiku kontinuálního protlačování pásu plechu na experimentálním zařízení DRECE (Dual Rolls Equal Channel Extrusion). Dalším cílem projektu bude zhodnocení vyrobitelnosti držáku pro kusovou až malosériovou výrobu. Dalšími cíli výzkumu v oblasti tváření budou optimalizace technologií výroby součástí tvářením a analýzy tvářitelnosti plechů.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav bude proces elektrolytického leštění hliníkových materiálů připravených aditivní výrobou. Tento výzkum bude předně zaměřen na využití netoxického elektrolytu a nalezení optimálních parametrů procesu pro konkrétní materiál a požadované vlastnosti povrchu. Dále se bude výzkum zabývat vlivem předúpravy základního materiálu před aplikací epoxidového povlaku na kvalitu a vlastnosti výsledného organického povlaku.

Cílem výzkumu v oblasti projektování a řízení strojírenských výrob budou návrhy nebo optimalizace logistických a výrobních procesů a systémů s využitím nejen simulačních metod, ale také metodiky DOE pro řešení problémů s hlučnými díly. Dalším cílem bude také otázka využití prediktivní simulace jako jednoho z možných přístupů při řešení projektu WMS v distribučních skladech. Budeme se také věnovat otázce aplikace kamerového systému s využitím umělé inteligence ve výrobním procesu, jakožto učícího se systému pro detekci vad na vybrané výrobní lince pravých bočnic automobilu. 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.

Výstupy:
Publikace v odborných časopisech (Technical Gazette, Acta Polytechnica, Manufacturing Technology, MM Science Journal, 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 disertacích a diplomových pracích studentů řešitelského týmu.

Harmonogram:
01/2024–02/2024 Rešeršní a studijní etapa (studium současného stavu poznání v jednotlivých dílčích oblastech projektu, přípravy vzorků a modelů pro experimentální práce na předmětných technologiích),

03/2024–04/2024 Příprava a návrh experimentů (vývoj metodik experimentů a numerických simulací v rámci jednotlivých výrobních technologií),

05/2024–08/2024 Provedení experimentálních zkoušek (vývoj a provedení jednotlivých experimentů vycházejících z cílů projektu),

9/2024–12/2024 Zpracování výsledků a příprava publikací (příprava výstupů jednotlivých dílčích projektů do publikací, diplomových prací, případně do nepublikačních výstupů).