Obrábění uhlíkových kompozitních materiálů s polymerními matricemi Autor bakalářské práce: Zbyněk Svoboda Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Soňa Rusnáková, Ph.D. Oponent bakalářské práce: doc. Ing. Ján Kmec, CSc. České Budějovice, červen 2016 Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Ústav technicko-technologický Obsah prezentace ´Motivace a důvod k řešení problému ´Cíl práce ´Výzkumný problém ´Metodika ´Aplikační část ´Čas pro výrobu ´Cenová kalkulace ´Shrnutí Motivace a důvod k řešení problému ´Možnost využití v mnoha odvětvích ´Progresivní rozvoj kompozitů ´Vlastnosti kompozitního materiálu ´Atraktivní téma ´Futuristické téma ´ Zdroj: http://www.compositesworld.com/articles/automotive-cfrp-repair-or-replace [online] Zdroj: http://www.carbonfiber.gr.jp/english/field/craft.html [online] Zdroj: https://rayeski.files.wordpress.com/2013/03/rayeski-arm-concept-sketches-3.jpg [online] Cíl práce ´Cílem bakalářské práce je optimalizace procesu obrábění polymerních kompozitních materiálů, vhodná geometrie nástroje, řezné podmínky a také vliv objemového podílu vláken na kvalitu obrobených ploch. Výstupem experimentální části bakalářské práce budou doporučené podmínky obrábění pro polymerní laminární kompozitní materiály, zejména s uhlíkovou výztuží a s nejčastěji používanými typy matric. Výzkumný problém ´Navrhnutí náhrady za původní součást ´Výkres součásti ´Technologický postup ´Navrhnutí podmínek obrábění ´Výběr strojů a nástrojů pro obrábění ´Geometrie nástrojů ´Cenová kalkulace ´Porovnání původní součástí s kompozitní náhradou Metodika ´Aplikování nabytých zkušeností z teoretické části práce ´Vytvoření návrhu součásti z kompozitního materiálu ´Stanovení technologického postupu ´Teoretické vložení součásti do výroby a její obrobení ´Porovnání originální součásti s novým návrhem Nahrazení originální součásti ´Součást: svislý nosník podkolení protézy ´Původní materiál: Hliník nebo jeho slitiny ´Nový materiál: Uhlíkový kompozitní materiál s polymerní matricí ´ ´Výhody kompozitu: Pevnost, Hmotnost ´Nevýhody kompozitu: Křehkost, Cena Zdroj: http://mojeproteza.cz/wp-content/uploads/2016/01/dvs-012.jpg [online] Spojovací adaptér Rozdíly v obrábění ´Rozdílné třísky ´Třepení a delaminace vrstev ´Škodlivý a abrazivní prach z kompozitu ´Elektricky vodivý prach ´Nasákavá vlákna ´ Zdroj: http://www.mmspektrum.com/multimedia/image/36/3608.jpg [online] Vytvoření modelu ´Autodesk Inventor 2015 ´Individuálně vymodelovaná součást ´Materiál CFRP ´Vytvoření výkresu ´ Zdroj: Vlastní zpracování Technologický postup ´Tvůrčí a kreativní činnost ´Ujasnění následností operací ´Minimalizování komplikací ´Optimalizace výroby ´Volba materiálů a rozměru polotovaru ´Stanovení strojů a nástrojů ´ Charakteristika součásti ´Uhlíkový kompozitní materiál s polymerní matricí ´Spojení s dalšími hlinkovými součástmi ´Usazení do čtvercové drážky ´Uchycení přesnými šrouby průměru 5mm ´Válcová část součásti povrchově upravena lakem Zdroj: Vlastní zpracování Zvolení rozměru polotovaru ´Maximální rozměry součásti ´Průměr: 35mm ´Délka: 350mm ´Polotovar z hlediska minimalizace odpadu ´Průměr: minimálně 35mm ´Délka: 400mm Zdroj: http://www.litomysky.cz/mat/IMM/DSC16355.JPG [online] Výrobní postup součásti Zdroj: Vlastní zpracování Tolerance Kóta Tolerance 1 4xR1 ±0,1 2a 25,0 - 0,1 2b 25,0 - 0,1 3 Ø12 ±0,3 4 Ø35 - 0,3 5 25,0 ±0,1 6 Ø5 5h7 7 350,0 ±0,3 8 300,0 ±0,3 9 Ø30 ±0,3 10 25,0 ±0,1 11 Ø5 5h7 12a 21,2 - 0,1 12b 21,2 - 0,1 13 Ø12 ±0,3 14 4xR1 ±0,1 Zdroj: Vlastní zpracování Zdroj: Vlastní zpracování Výběr strojů Pásová pila SH 330BR Frézka FSS 400 V/2 Vrtačka sloupová VS 32 Soustruh hrotový SV 18 RA/1000 Zdroj: Vlastní zpracování Zdroj: Vlastní zpracování Výběr nástrojů Geometrie nástrojů ´Frézování obdobná geometrie s nástroji pro obrábění kovových materiálů ´rádius řezné hrany a řezné špičky by měl dosahovat co nejnižších hodnot ´Soustružení - pozitivní geometrie řezného břitu ´úhel hřbetu se volí v rozmezí 10° - 12°, úhel čela 18° - 20° ´Vrtání - běžná geometrie ´nejmenší délku příčného ostří ´Sandvik Coromant – specializované nástroje ´Fréza - CoroMill Plura S215… ´Vrták - CoroDrill 856: N20C ´ Zdroj: Katalog nástrojů Sandvik Coromant C-2940-155-CZE Čas pro výrobu prototypu Operace Potřebný čas Řezání 10 minut Frézování 40 minut Vrtání 20 minut Soustružení 10 minut Kontrola a protokolování 30 minut Lakování 210 minut Transport a skladování 40 minut Celkem 360 minut Zdroj: Vlastní zpracování Zdroj: Vlastní zpracování Cenová kalkulace ´Cena polotovaru na trhu: 1700 Kč ´Strojní hodinová sazba: 180 Kč/hodinu ´Litr barvy s tužidlem: 750 Kč ´ Položka Čas (h)/Množství (ks nebo l) Cena Řezání 0,167 30,06 Frézování 0,667 120,06 Vrtání 0,333 59,94 Soustružení 0,167 30,06 Transportní zařízení 0,667 120,06 Lakování 3,500 630,00 Lak 0,250 187,50 Polotovar 1,000 1700,00 Celkem 2877,68 Zdroj: Vlastní zpracování Porovnání Zdroj: Vlastní zpracování Zdroj: Vlastní zpracování Zdroj: http://www.5m.cz/cz/kompozitni-profily/ [online] Shrnutí ´Ve prospěch hliníku: Cena, lehčí obrobitelnost ´Hliník až 10x levnější ´Ve finálním výsledku rozdíl 435,00-712,50 Kč ´Ve prospěch kompozitu: Hmotnost, pevnost ´Uhlíkový kompozit o 0,299kg lehčí ´V praxi možno vyrábět z obou materiálů - inovace ´Možnost výběru pro zákazníka ´Vylepšení – vyvrtat větší otvory a osadit vložkami Děkuji za pozornost ´