3. Geneza, teza, cel i zakres pracy

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "3. Geneza, teza, cel i zakres pracy"

Kamila Owczarek
9 lat temu
Przeglądów:

1 Kszta towanie struktury i w asno ci pow ok hybryowych na rewersyjnie skr canych matrycach o wyciskania 3. Geneza, teza, cel i zakres pracy 3.1. Geneza pracy Obróbka plastyczna jest barzo szeroko rozpowszechnion technologi wytwarzania elementów o z o onych kszta tach. Jenym z pi ciu postawowych procesów obróbki plastycznej stosowanych w przemy le przetwórczym metali jest wyciskanie (rys. 6), którego uzia szacuje si na oko o 28%. Obecnie panuje pogl, e wyciskanie jest najbarziej ekonomiczn meto z procesów obróbki plastycznej metali, a przewiywana perspektywa rozwoju tej ga zi przemys u jest optymistyczna. Rysunek 6. Uzia poszczególnych meto obróbki plastycznej w wytwarzaniu pó prouktów z aluminium (wg Aluminium Technology Roamap 2006) Szybkie zu ycie powierzchni roboczych matryc w trakcie wyciskania ma istotne znaczenie technologiczne i gospoarcze, poniewa pogarsza ok ano wymiarow oraz jako powierzchni prouktu finalnego. W Polsce zia a wiele przesi biorstw wykorzystuj cych technologie wyciskania o proukcji ró nego rozaju profili i kszta towników z metali nie elaznych, a liczb nowych matryc wykorzystywanych w tych procesach w ci gu roku mo na oszacowa na kilka tysi cy sztuk. Na postawie anych rynkowych wielko proukcji w przypaku wyciskanych kszta towników z aluminium kszta tuje si na poziomie t, co wymaga zastosowania oko o 4000 matryc o szacowanym koszcie 40 mln z otych. 3. Geneza, teza, cel i zakres pracy 25

Jenym z pi ciu postawowych procesów obróbki plastycznej stosowanych w przemy le przetwórczym metali jest wyciskanie (rys. 6), którego uzia szacuje si na oko o 28%.

2 Open Access Library Volume 10 (16) 2012 Zwi kszenie trwa o ci matryc na poziomie 10% powouje oszcz no ci 5-8 mln z otych. Warto równie zaznaczy, e w Europie konsumpcja jeynie profili aluminiowych kszta tuje si na poziomie 1,2 mln ton. Powy sza analiza, jak równie wysokie wymagania ono nie o g ako ci powierzchni i tolerancji wymiarowej prouktów uzyskiwanych z wykorzystaniem technologii wyciskania eterminuj poszukiwanie innowacyjnych rozwi za w obszarze in ynierii powierzchni, powy szaj cych trwa o i jako eksploatacyjn matryc formuj cych. Najskuteczniejszym sposobem powy szenia trwa o ci wielu prouktów jest wytworzenie na ich powierzchni pow ok, w szczególno ci o strukturze nanokrystalicznej metoami fizycznego osazania z fazy gazowej lub chemicznego osazania z fazy gazowej. Na w asno ci mechaniczne oraz eksploatacyjne pow ok mo na wp ywa przez opowieni obór sk au chemicznego warstwy wierzchniej oraz optymalizacj warunków procesu jej nanoszenia [ ]. Analiza stanu zaganienia w zakresie in ynierii powierzchni oraz kierunku jej rozwoju (rys. 7) wskazuje, e treny rozwojowe zostan utrzymane, zarówno w Polsce, jak i na wiecie [43, 57, 121, 135, 136]. Równie wyniki projektu FORSURF [58, 137, 138] realizowanego w Instytucie Materia ów In ynierskich i Biomeycznych w ramach baa foresightowych wskazuj, e kierunkami rozwoju najkorzystniejszych rozwi za technologicznych otycz cych kszta towania struktury i w asno ci warstw powierzchniowych prouktów i ich elementów w ci gu najbli szych 20 lat b technologie nanostrukturalnych warstw wierzchnich, w sk a których wchoz tak e wybrane metoy fizycznego i chemicznego osazania z fazy gazowej (rys. 8-10). Jenocze nie nale y pokre li, e perspektywy rozwoju strategicznego spo ró technologii fizycznego Rysunek 7. Rozwój technologii PVD i CVD na przyk azie materia ów stosowanych na narz zia (we ug Oerlikon Balzers) 26 K. Lukaszkowicz

Powy sza analiza, jak równie wysokie wymagania ono nie o g ako ci powierzchni i tolerancji wymiarowej prouktów uzyskiwanych z wykorzystaniem technologii wyciskania eterminuj poszukiwanie

3 Kszta towanie struktury i w asno ci pow ok hybryowych na rewersyjnie skr canych matrycach o wyciskania osazania z fazy gazowej (PVD), okre lone jako barzo wysokie, posiaaj metoy katoowego oparowania ukowego (CAD), natomiast w grupie technologii chemicznego osazania z fazy gazowej (CVD) najlepsze pozycje strategiczne, zajmuj metoy osazania pow ok z fazy gazowej wspomagane plazm (PACVD/PECVD) (rys ). Rysunek 8. Wyniki baa heurystycznych otycz ce oceny mo liwo ci praktycznej aplikacji w przemy le analizowanych grup technologii w ci gu najbli szych 20 lat [138] Rysunek 9. Wyniki baa heurystycznych otycz ce oceny, którym grupom analizowanych technologii w ci gu najbli szych 20 lat b po wi cone prace naukowo-baawcze [138] 3. Geneza, teza, cel i zakres pracy 27

4 Open Access Library Volume 10 (16) 2012 Rysunek 10. Wyniki baa heurystycznych otycz ce oceny, które grupy analizowanych technologii s kluczowe i ich znaczenie powinno wzrasta w ci gu najbli szych 20 lat [138] Rysunek 11. Denrologiczna macierz warto ci technologii: ( Am 2 ) katoowego oparowania ukowego (CAD), ( Dm 3 ) plazmo-chemicznego osazania pow ok z fazy gazowej (PACVD/PECVD), ( I m 6 ) nak aania pow ok nanokrystalicznych [138] 28 K. Lukaszkowicz

powinno wzrasta w ci gu najbli szych 20 lat [138] Rysunek 11.

5 Kszta towanie struktury i w asno ci pow ok hybryowych na rewersyjnie skr canych matrycach o wyciskania Rysunek 12. Meteorologiczna macierz ozia ywania otoczenia otycz ca technologii: A 2 ) katoowego oparowania ukowego (CAD), ( D 3 ) plazmo-chemicznego osazania ( m pow ok z fazy gazowej (PACVD/PECVD), ( I m 6 ) nak aania pow ok nanokrystalicznych [138] m Rysunek 13. Macierz strategii la technologii: ( A 2 ) katoowego oparowania ukowego (CAD), ( D 3 )plazmo-chemicznego osazania pow ok z fazy gazowej (PACVD/PECVD), m ( I m 6 ) nak aania pow ok nanokrystalicznych [138] 3. Geneza, teza, cel i zakres pracy 29 m

pow ok z fazy gazowej (PACVD/PECVD), ( I m 6 ) nak aania pow ok nanokrystalicznych [138] m Rysunek 13.

6 Open Access Library Volume 10 (16) 2012 Zapewnienie niezawono ci i wysokiej jako ci wyciskanych prouktów oraz enie o obni ania kosztów proukcji jest jenym z najwa niejszych celów jaki stawia sobie wspó czesny przemys. Dlatego poszukiwanie nowych rozwi za oraz pozyskiwanie nowej wiezy w obszarze zwi kszania trwa o ci narz zi poprzez wytwarzanie na ich powierzchni nanokrystalicznych warstw technologiami fizycznego i\lub chemicznego osazania z fazy gazowej stanowi wa ny element tych zia a i jest warty uwagi Teza, cel i zakres pracy Analiza stuialna literatury wskazuje na fakt, e otychczasowe metoy moyfikacji powierzchni matryc stosowanych poczas wyciskania, m.in. poprzez azotowanie lub obróbk hybryow polegaj c na azotowaniu i nanoszeniu pow ok typu TiN, Ti(C,N) lub CrN wytwarzanych metoami fizycznego osazania z fazy gazowej w celu uzyskania struktury wielowarstwowej typu "warstwa azotowana/pow oka PVD", pomimo zwi kszenia efektywno ci procesu, nie rozwi za y wszystkich kwestii zwi zanych z ugofalow popraw jako ci powierzchni wytwarzanych prouktów jak i czasem eksploatacji matryc, czy problemem przywierania wyciskanego materia u o narz zia. Wynika st potrzeba poszukiwania alternatywnych sposobów uoskonalenia powierzchni matryc, które wyeliminuj powy sze nieogono ci zwi zane z ich eksploatacj. Dokonany przegl stanu wiezy w zakresie pow ok wytwarzanych technik fizycznego i chemicznego osazania z fazy gazowej wskazuje, i otychczas nie wykorzystano w pe ni wszystkich mo liwo ci technologicznych zwi zanych z optymalizacj i w a ciwym oborem warstw powierzchniowych. Przeprowazone stuium literaturowe oraz wyniki wykonanych otychczas baa w asnych pozwalaj na sformu owanie nast puj cej tezy pracy: Wymagane cechy u ytkowe matryc o plastycznego kszta towania metali w procesie wyciskania s efektem prawi owego ukszta towania struktury, w asno ci mechanicznych i trybologicznych twarych pow ok nanokrystalicznych z cienk warstw niskotarciow (synergiczne wspó zia anie warstw sk aowych w procesie eksploatacji) z uwzgl nieniem specyfiki procesu wyciskania z cyklicznym skr caniem matrycy. Wynika st konieczno realizowania programów baawczych, zarówno poznawczych, jak i aplikacyjnych uwzgl niaj cych zaganienia in ynierii powierzchni i plastycznego kszta towania metali. 30 K. Lukaszkowicz

$i\lub chemicznego osazania z fazy gazowej stanowi wa ny element tych zia a i jest warty uwagi. 3.2.$

7 Kszta towanie struktury i w asno ci pow ok hybryowych na rewersyjnie skr canych matrycach o wyciskania Zasaniczym celem baa by o wykazanie prawziwo ci sformu owanej tezy pracy. Osi gni cie celu zwi zane by o z opracowaniem metoologii kszta towania, kwalifikacji w asno ci oraz analiz struktury warstw wierzchnich (synergicznie wspó zia aj cych warstw wierzchnich), w szczególno ci strefy po czenia mi zy rzeniem a pow ok, jak równie pomi zy poszczególnymi warstwami wytworzonymi na powierzchniach roboczych matryc o plastycznego kszta towania metali nie elaznych, ze szczególnym uwzgl nieniem specyfiki wyciskania z rewersyjnie skr can matryc. Weryfikacja przyj tej tezy wymaga a zrealizowania opowienich zaa baawczych. Ujmuje to opracowany algorytm post powania obejmuj cy zakres niezb nych operacji technologicznych i baa zapewniaj cych wymagane cechy u ytkowe matryc o wyciskania (rys. 14). W celu znalezienia opowiezi na wynikaj ce z tezy pytania baawcze w pierwszej kolejno ci o symulacji numerycznej procesu wyciskania przyj to kszta t matrycy stosowanej w metozie wyciskania z rewersyjnie skr can matryc (KOBO) ze wzgl u na ekstremalnie trune warunki pracy. Rozwi zanie problemu w ramach zrealizowanej pracy wymaga o: opracowania z zastosowaniem meto komputerowych moeli przestrzennych rozk aów napr e w asnych i przemieszcze baanych warstw oraz narz zia w powi zaniu z warunkami eksploatacyjnymi, opracowania technologii wytwarzania warstw o strukturze nanokrystalicznej, w tym nanokompozytowej oraz warstw niskotarciowych o po anych w asno ciach u ytkowych zapewniaj cych zwi kszenie trwa o ci, oporno ci na zu ycie cierne i ahezyjne, przeprowazenia baa opracowanych pow ok w warunkach pracy pokrytych nimi elementów (narz zi matryc) w celu ustalenia przewiywanych zachowa i w asno ci poczas ich eksploatacji, wykonania baa w asno ci mechanicznych i struktury wytworzonych warstw oraz charakteru po czenia mi zy pow ok i powierzchni pokrytego materia u po o a, jak równie pomi zy poszczególnymi warstwami wytworzonymi na powierzchniach roboczych matryc. 3. Geneza, teza, cel i zakres pracy 31

szczególno ci strefy po czenia mi zy rzeniem a pow ok, jak równie pomi zy poszczególnymi warstwami wytworzonymi na powierzchniach roboczych matryc o plastycznego kszta towania metali nie elaznych, ze

8 Open Access Library Volume 10 (16) 2012 Rysunek 14. Zakres prac i baa 32 K. Lukaszkowicz

Podobne dokumenty

OSZACOWANIE WARTOŚCI ZAMÓWIENIA z dnia... 2004 roku Dz. U. z dnia 12 marca 2004 r. Nr 40 poz.356

OSZACOWANIE WARTOŚCI ZAMÓWIENIA z dnia... 2004 roku Dz. U. z dnia 12 marca 2004 r. Nr 40 poz.356 w celu wszczęcia postępowania i zawarcia umowy opłacanej ze środków publicznych 1. Przedmiot zamówienia: