Specifický výzkum technologií obrábění a 3D tisku

SP2022/50

Petrů Jana prof. Ing.et Ing.Mgr., Ph.D.

01. 01. 2022 - 31. 12. 2022

Projekt bude svým zaměřením rozdělen do 3 ucelených částí, které na sebe logicky navazují a propojují se: 1) Tvorba šablon obrábění při programování CNC obráběcích strojů (odpovědný spoluřešitel prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D., prof. Ing. Robert Čep, Ph.D.) Projekt je zaměřen na problematiku programování CNC obráběcích strojů se zaměřením na operaci frézování. Projekt se bude zaměřovat na tvorbu šablon obrábění s cílem zjednodušit práci programátora a operátora CNC stroje. Jedná se o teoretický rozbor vlastních cyklů frézování a měření s využitím programování v CAM systému a řídícím systému Heidenhain a praktický návrh nových šablon obrábění (např. obrábění více kusů současně s minimálním počtem výměn nástrojů). Cílem projektu je vytvořit šablony obrábění v CAM systému a řídícím systému stroje pro zvyšováním efektivnosti programování u operace frézování. Hlavním cílem projektu je výzkum v oblasti vazby strategií frézování na typovou technologii. Cílem je vytvoření speciálních postupů výroby – šablon, aplikovaných na sérii obdobných součástí. Jedná se tedy o typovou technologii s užší vazbou na tvorbu NC programů. Vytvořené šablony pak budou jednoduše a rychle aplikovány seřizovačem stroje na technologicky příbuzné součásti. Tím se podstatně zkrátí časy programování a seřizování pro jednotlivé součásti. 3) Konstrukce obráběcích nástrojů s využitím počítačové podpory a 3D tisku (odpovědný spoluřešitel prof. Dr. Ing. Ivan Mrkvica) Obráběcí nástroje, především pak nástroje na výrobu ozubených kol, musí splňovat celou řadu podmínek. Především musí korespondovat s vyráběným ozubeným kolem, tedy respektovat jeho modul, počet zubů, úhel záběru a případně i sklonu zubu. Z hlediska hladkého průběhu obrábění pak musí vykazovat i příslušnou řeznou geometrii, přispívající k jeho dlouhé životnosti. Důležité je i upnutí nástroje do obráběcího stroje. Všechny tyto podmínky umožňuje splnit konstrukce nástroje s využitím počítačové podpory. Tělesa osových nástrojů, především pak fréz a nástrojů vrtacích, se dnes stále častěji zhotovují metodami 3D tisku. Snahou je nejen odlehčit tato tělesa, ale současně přivést procesní kapalinu bezprostředně k břitům. Otázkou zůstává, do jaké míry mohou tato 3D tělesa nahradit tělesa klasická co do pevnosti a jak se to projeví i v dalších parametrech procesu obrábění, jako jsou například opotřebení břitu a drsnost obrobeného povrchu ve srovnání s nástroji klasickými. Navržení vhodného nástroje pro výrobu čelního ozubeného kola s využitím vhodného softwaru. Pokusit se zevšeobecnit výpočet pro všechny předpokládané možnosti řešení. Navržení vhodného nástroje s tělesem vytvořeným aditivní technologií výroby a porovnání jeho vlastností s nástrojem klasicky vyrobeným. Porovnání bude provedeno i v souvislosti s parametry procesu, jako jsou silové zatížení nástroje případně vibrace při obrábění, průběh opotřebení nástroje a drsnost obrobeného povrchu. 3) Výzkum samozhášivosti materiálu vyrobeného aditivní technologií (odpovědný spoluřešitel doc. Ing. Marek Pagáč, Ph.D.) V oblasti aditivních technologií stojí v popředí zájmu 3D tisk kompozitních materiálů, které mají vynikající fyzikální a mechanické vlastnosti. Vzhledem k možnosti přípravy vzorků s různou hustotou výplně je možné použít materiál, který lépe odolává vysokým teplotám. Zkoumanými materiály budou Onyx, Onyx FR, Carbon Fiber, Fiber Glass a Kevlar. V rámci realizace projektu budou řešeny tiskové a procesní parametry, výška vrstvy, hustota výplně a doba tisku. Výzkumná část bude zahrnovat měření mechanických vlastností a studium chování materiálu při zvýšených teplotách s aplikačním potenciálem v automobilovém a leteckém průmyslu. Cílem výzkumné činnosti bude studium kompozitních materiálů zpracovaných aditivní technologií s ohledem na různé hustoty náplně s účinkem zkoušení vlastností za použití kuželovitého kalorimetru a také s ohledem na mechanické vlastnosti, kdy budou vzorky podrobeny zkoušce tahem a ohybem. Investiční část projektu: Nákup laserového zařízení pro značení V projektu je plánována investice do nákupu laserového zařízení pro značení vzorků experimentálních měření. Popis zařízení Univerzální laserová značící stanice pro rychlý a precizní popis kovových, platových nebo lakovaných komponentů obsahující laserovou značící hlavu s popisovým polem 110 x110 mm a manuálně nastavitelnou osou „Z“ (opatřené výškovým a navigačním „pointrem“) včetně PC s ovládacím SW v CZ. Využití zařízení Vláknový značící laser bude určený pro nesmazatelný popis všech kovových a většiny plastových materiálů. S rozšiřujícím se nástrojovým vybavením a nutností evidence je vhodné mít jednotné značení, dále bude zařízení využito při experimentální činnosti pro jednoznačné popisování vzorků. Značení bude možné provádět s výplní nebo bez (obrysy), a to pomocí textu, číselně nebo pomocí čárových kódů (DataMatrix, 2D code, QR code, PDF code). Značící lasery mají možnost i hlubokého gravírování (například - rysky, pravítka, stupnice pro odměřování apod.), gravírování obrázků s podporou souborů (DXF, WMF, AI, SVG, MF, PLT, EMF, BMP, JPG, GIF, PNG, TIFF, EPX, PCX). Zdůvodnění investice: V současné době není na Katedře obrábění, montáže a strojírenské metrologie vhodné zařízení pro značení materiálů a experimentálních vzorků, nástrojů, upínačů a dalších komponent nutných pro obrábění proces a jeho mapování. Využití zařízení bude navazovat na studijní předměty v magisterském a doktorském studijním programu napříč Fakultou strojní. Pro výuku svých předmětů a realizaci experimentální činnosti studentů budou moc využít zařízení také pracoviště a katedry ostatních fakult na VŠB – TU Ostrava. Předpokládaná cena: 850 tis. Kč s DPH, 200 tis. Kč se předpokládá spolufinancování katedry Jednotlivé části projektu na sebe úzce navazují a jsou propojeny. Členové řešitelského týmu mohou participovat na všech částech projektu.

prof. Ing.et Ing.Mgr. Jana Petrů, Ph.D.
prof. Ing. Robert Čep, Ph.D.
prof. Ing. Marek Sadílek, Ph.D.
prof. Dr. Ing. Ivan Mrkvica
doc. Ing. Marek Pagáč, Ph.D.
Ing. et Ing. Milan Matolák, Ph.D.
Ing. Lukáš Kušnír
Ing. Lukáš Drábek, Ph.D.
Ing. Radek Hrubý, Ph.D.
Ing. Filip Kowalovski
Ing. Ondřej Mizera, Ph.D.
Ing. Mgr. Monika Divišová
Ing. Jakub Till, Ph.D.
Ing. Petr Němeček
Ing. Jan Zelinka
Ing. Jakub Petr
Ing. Lukáš Smrček
Ing. Aneta Slaninková
Ing. Martin Janoško
Ing. Jan Jansa
Ing. Radim Vlček
Ing. Petr Bartošík
Bc. Jakub Juřík
Ing. Radim Janeczko
Ing. Jakub Brezina
Ing. Jan Vicherek
Bc. Martin Kocián
Ing. Dominik Krišák
Ing. Vojtěch Vach
Ing. Radek Maceček
Bc. Richard Honeš
Ing. Milan Pacák
Ing. Roman Bláha
Bc. Filip Dočekal
Bc. Jakub Kuděla
Bc. Michal Polcer
Ing. Michal Moťka
Ing. Tomáš Vaněk
Ing. Jiří Roubíček
Bc. Zdeněk Samiec
Bc. Patrik Červenka
Bc. Jakub Procházka
Ing. Ondřej Juřena
Bc. Jan Vaculík
Bc. Václav Kuchař
Bc. Dominik Zdráhal
Ing. et Ing. Tibor Jurga
Ing. Michal Průša
Ing. Ondřej Ledvoň
Ing. Josef Hlavsa

Cílem tohoto projektu je provádět výzkum v oblasti inovativních technologií výroby zvyšováním užitných vlastností povrchu součásti jeho řízenou modifikací v návaznosti na kvalitu výsledné součásti.
Jako výstupy projektu v souladu s metodikou RVVI se předpokládají:
- min. 5 články v časopise s IF;
- min. 5 článků v časopise z databáze WoS (SCOPUS);
- 2 obhájené teze disertační práce;
- 2 obhájené disertační práce;
- 10 obhájených diplomových prací.
Harmonogram řešení projektu:
- leden až březen 2022 – návrh a plán experimentální činnosti;
- duben až červen 2022 – realizace experimentů;
- červenec až září 2022 – měření a vyhodnocení dat, ověření;
- říjen až prosinec 2022 – diskuze výsledků, prezentace výsledků, zhodnocení projektu.