Výzkum a optimalizace strojírenských technologií

SP2023/020

Čada Radek prof. Ing., CSc.

01. 01. 2023 - 31. 12. 2023

The focus of the project is focused on four areas of research, namely welding, engineering forming, engineering materials, and their surface treatment, including the design and management of engineering production. Research in the field of welding will be focused on the fabrication of parts and repair of components by robotic welding using the WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) and WLAM (Wire Laser Additive Manufacturing) methods and subsequent determination of its properties. The mechanical properties and weldability of these components will be investigated. The optimization of welding of AlSi10Mg alloy produced by SLM (Selective Laser Melting) method will be addressed. Another subject of research in the field of welding is the analysis of changes in the microstructure of the base materials in the cutting region during thermal cutting of materials. Furthermore, the subject of research will be the weldability of non-ferrous metals, especially aluminium and copper. Numerical simulations of welding processes by the finite element method in Simufact Welding software will be performed during the analyses. The research in the field of engineering forming will focus on material forming using the ECAP method, specifically volume forming of magnesium alloys under conditions of multiple plastic deformation. The subject of the research will be the application of the DRECE method in increasing the mechanical properties of sheet metal using innovative forming equipment. The influence of the deformation zone geometry setting, the influence of the strip feeding speed of the sheet and the influence of the number of passes on the achieved mechanical properties will be analyzed. The subject of the research in the field of forming will be the optimization of technologies for the production of components by forming and the analysis of the formability of sheet metal. Furthermore, research will be focused on the forming of titanium alloy Ti 6242 by thermal expansion of different materials. Research in the field of engineering materials and their surface treatments will be focused on the determination of mechanical properties of electrolytically excluded zinc coatings on base material with different degrees of transformation, where this base material for research will be formed by the DRECE method. At the same time, the adhesion of the coating to the base material during the actual forming process will be investigated using the chosen method. The material properties obtained will provide new insights into the relationship between the hardening of the material after forming and the quality of the subsequent surface finish. Another object of research will be the analysis of the decrease in mechanical properties of the electrolytically excluded Ni-Cu coating system on steel and also of a similar coating system with a composite copper coating with the presence of nanoparticles over a time horizon of several weeks at room temperature and at reduced temperature. For the electrodeposited Ni-Cu coating system on steel, the nickel coating will be excluded from the sulfamate electrolyte and the subsequent copper layer will be excluded from the pyrophosphate electrolyte. Several types of cyanide-free passivation will be selected for the entire system. The composite coating will also be passivated. Furthermore, the research will be focused on analyzing the effect of edge shape on the quality and properties of the organic coating. The experimental part will compare different edge treatments on two different base materials. One of them will be coated with zinc coating after edge treatment and then epoxy coating will be applied on it. The resulting epoxy coating will be tested according to the following standards: EN ISO 2178 Coating thickness measurement, EN ISO 2409 Coatings – Grid test, EN ISO 4624 Coatings – Tear-off adhesion test, EN ISO 9227 Corrosion tests in artificial atmospheres – Salt spray tests. The subject of research in the field of engineering production design and management will be the design or optimization of the logistics and production processes of engineering enterprises with the aim of reducing operating costs and modernizing workplaces. The research will also cover the areas of innovation management, logistics, maintenance, capacity planning, and streamlining of the management system, using a range of necessary analyses and their validation through simulations in relation to engineering enterprises. The research will also focus on the implementation of smart technologies for management and defect detection in engineering production.

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).