Przegląd Mechaniczny 2/2015

2’15PL ISSN 0033-2259

MIESI¢CZNIK NAUKOWO-TECHNICZNY

INDEKS 245836

Cena 24 z∏ (w tym 5% VAT)

rok za∏o˝enia 1935

Z KRAJU I ZE ÂWIATA Nast´pny zeszyt� Jak wynika z analizy wyposa-˝enia najwa˝niejszych modeli sa-mochodów, której dokona∏ Bosch,opierajàc si´ na statystyce nowozarejestrowanych pojazdów, oko∏o680 000, czyli prawie jedna czwartazarejestrowanych w ubieg∏ym rokuw Niemczech nowych samocho-dów osobowych jest wyposa˝o-na w funkcj´ ostrzegania kierowcyo zmćzeniu. Ta funkcja jest naj-cz´Êciej instalowanym uk∏ademwspomagajàcym w nowych samo-chodach. Uk∏ady wspomagajàce sàkrokiem na drodze do realizacjitzw. Wizji Zero, czyli koncepcji za-k∏adajàcej obni˝enie do zera liczbyofiar Êmiertelnych wypadków dro-gowych.� Ministerstwo Nauki i SzkolnictwaWy˝szego zainaugurowa∏o w listo-padzie ub.r. kampani´ „Zawód nau-kowiec”. Do podjćia pracy nau-kowca b´dà zachćaç Ambasado-rzy nauki – jedenaÊcioro naukow-ców m∏odego i Êredniego poko-lenia, którzy zgodzili si´ wziàçudzia∏ w przedsi´wzićiu. Kampa-nia zosta∏a zainaugurowana kon-ferencjà na Politechnice Warszaw-skiej, w której uczestniczyli m.in.laureaci tegorocznej edycji „Dia-mentowego Grantu” oraz programu„Generacja Przysz∏oÊci”.� Na Wydziale Fizyki Uniwersyte-tu Warszawskiego (FUW) powsta∏aw pe∏ni funkcjonalna atomowa pa-mi´ç kwantowa o prostej, nieza-wodnej budowie, nadajàca si´ dowielu zastosowaƒ, w tym telekomu-nikacyjnych. Wyniki badaƒ opubli-kowano w czasopiÊmie optycznym„Optics Express”. Trwa∏oÊç infor-macji kwantowej zapisanej w pa-mići jest niewielka – od kilku dokilkudziesićiu mikrosekund. W te-lekomunikacji mikrosekundy wy-starczajà jednak do przeprowadze-nia wielu prób przes∏ania sygna∏ukwantowego do kolejnej stacji prze-kaênikowej. Dotychczasowe pami´-ci kwantowe wymaga∏y skompliko-wanych urzàdzeƒ laboratoryjnychi ch∏odzenia do bardzo niskich tem-peratur, bliskich zeru absolutnemu.Atomowa pami´ç kwantowa, któràuda∏o si´ zbudowaç naukowcomz Wydzia∏u Fizyki UW, dzia∏a w ∏at-wej do uzyskania temperaturze kil-kudziesićiu stopni Celsjusza.

� Centrum doskona∏oÊci SKF Limi-ted Aberdeen (Anglia), specjalizu-jàce si´ w górnictwie morskim, po-siada akredytacj´ DNV (Det NorskeVeritas) Approved Service Suplier(Zatwierdzony Dostawca Us∏ug).DNV jest najwi´kszym na Êwiecietowarzystwem klasyfikacyjnym stat-ków i obiektów górnictwa morskie-go oraz jednà z trzech najwa˝niej-szych organizacji certyfikujàcychÊwiata. Przyznanie akredytacji zos-ta∏o poprzedzone wieloma ocenamisystemu jakoÊci i audytami prze-prowadzanymi pod nadzorem DNV.� Mi´dzynarodowy koncernThales oraz Akademia Górniczo--Hutnicza podpisa∏y w koƒcu ub.r.porozumienie o wspó∏pracy. Umo-wa przewiduje rozwój wspólnychprojektów naukowych w zakresienowoczesnych technologii oraz sty-pendia dla studentów i dokto-rantów. Wspólne projekty AGHi Thalesu majà dotyczyç rozwojumo˝liwoÊci sektora przestrzeni kos-micznej, obronnoÊci, bezpieczeƒ-stwa oraz inteligentnych systemówtransportowych. Z dwustronnejwspó∏pracy majà skorzystaç przedewszystkim studenci i absolwenciAkademii. Umowa zak∏ada organi-zacj´ praktyk oraz sta˝y, a tak˝epomoc w przygotowywaniu pracbadawczych studentów i m∏odychpracowników naukowych uczelni.Thales jest Êwiatowym lideremtechnologicznym na rynku lotni-czym i kosmicznym, transporto-wym oraz obronnym i bezpieczeƒ-stwa. W 2013 roku spó∏ka osiàgn´∏aprzychody w wysokoÊci 14,2 miliar-da euro, dzia∏ajàc w 56 krajach.� Dzia∏ania uczelni na rzecz ochro-ny praw autorskich sà nieskuteczne– tak wynika z raportu NIK. Anty-plagiatowe programy komputero-we wykorzystywane do weryfikacjiprac dyplomowych nie wykrywajàwszystkich zapo˝yczeƒ, mo˝na je∏atwo oszukaç, natomiast trudno po-równaç rezultaty ich pracy mi´dzyuczelniami. Âwiadczy o tym wyst´-powanie przypadków nieoznaczo-nych zapo˝yczeƒ z cudzych utwo-rów w obronionych ju˝ pracachdyplomowych. Jak wynika z rapor-tu niektóre uczelnie nie przestrze-ga∏y spisanych przez siebie proce-dur albo ich w ogóle nie ustala∏y.

Dobór elementów roboczych prasy walcowej– kszta∏t oraz geometryczne cechy powierzchniformujàcej majà znaczàcy wp∏yw na jakoÊç pro-duktu oraz koszty eksploatacji brykieciarki, alenie ma jednoznacznych wskazówek i proce-dur dotyczàcych ich wyboru w zale˝noÊci odw∏aÊciwoÊci materia∏u drobnoziarnistego i jegoprzeznaczenia po nadaniu mu formy scalonej,dlatego podj´to opracowanie metody doboruelementów roboczych prasy walcowej.

Mo˝liwoÊci wykorzystania robotów przemys-∏owych do zadaƒ obróbkowych– wi´kszoÊç aplikacji robotów obejmuje prze-noszenie ∏adunków oraz spawanie i zgrzewa-nie, w takich zadaniach roboty przemys∏owesprawdzi∏y si´, roboty przemys∏owe cechujà si´du˝à uniwersalnoÊcià, mo˝na je wić wyposa-˝yç równie˝ w narz´dzia skrawajàce i wyko-rzystaç do realizacji ró˝nych zadaƒ.

Rekonstrukcja 3D geometrii powierzchni blachaluminiowych poddanych procesowi V-gićia– w artykule przedstawiono rekonstrukcj´ 3Dpowierzchni blach poddanych procesowiV-gićia, omówiono przebieg procesu V-gićiai przedstawiono stan powierzchni otrzymanychpróbek, otrzymane wyniki pos∏u˝y∏y do ocenypowierzchni zagi´tych blach oraz zapropono-wania parametru opisujàcego ryzyko zniszcze-nia materia∏u.

Zagadnienie optymalizacji ruchu manipulatorao czterech stopniach swobody– w pracy przedstawiono zagadnienie optyma-lizacji cyklu roboczego przestrzennego mani-pulatora o czterech stopniach swobody, celemoptymalizacji jest minimalizacja obcià˝eƒ w ak-tuatorach manipulatora, zamieszczono wynikiprzyk∏adowych obliczeƒ numerycznych.

Metody modelowania geometrii kó∏ z´batychtypu Beveloid w Êrodowisku CAD– w artykule przedstawiono dwie metody mode-lowania geometrii kó∏ z´batych typu Beveloidw Êrodowisku CAD, opisano algorytm nacinaniawr´bu mi´dzyz´bnego metodà bezpoÊredniejsymulacji obróbki obwiedniowej wraz ze spo-sobem eliminacji zjawiska graniastoÊci, zapre-zentowano równie˝ metod´ modelowania po-wierzchniowego opartà na równaniach opisu-jàcych powierzchni´ bocznà z´ba oraz po-wierzchni´ przejÊcia u podstawy z´ba, porów-nano metody z uwzgl´dnieniem uzyskanej ja-koÊci powierzchni.

1ROK WYD. LXXIV � ZESZYT 2/2015

Cena 24 z∏ (w tym 5% VAT)

Wydanie publikacji dofinansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy˝szego

Za treÊç og∏oszeƒ i p∏atnych wk∏adek redakcja nie odpowiada

ROK WYD. LXXIV

PRZEGLÑD MECHANICZNY

LUTY 2015 • NR 2/15

Wersja pierwotna: drukNak∏ad 1000 egz.

Miesi´cznik notowany na liÊcie czasopism punktowanychMinisterstwa Nauki i Szkolnictwa Wy˝szego – 5 pkt.

WYDAWCA:

Instytut Mechanizacji Budownictwai Górnictwa Skalnego

ul. Racjonalizacji 6/802-673 Warszawa

PATRONAT:Stowarzyszenie In˝ynierówMechaników i Techników Polskich

ADRES REDAKCJI:IMBiGS – „Przeglàd Mechaniczny”ul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawatel./fax: 22 8538113, tel. 22 8430201 w. 255e-mail: [email protected]://www.przegladmechaniczny.pl

REDAGUJE ZESPÓ¸:Redaktor naczelny: dr in˝. Martyna JachimowiczZast´pca red. nacz.: prof. dr hab. in˝. Zbigniew DàbrowskiSekretarz redakcji: mgr Anna MasséRedaktorzy tematyczni: prof. nzw. dr hab. in˝. DariuszBoroƒski (Mechanika p´kania), dr in˝. Rafa∏ Dalewski(Aerodynamika), prof. dr hab. in˝. Andrzej Kocaƒda (Tech-nologie wytwarzania), prof. nzw. dr hab. in˝. Gabriel Kost(Automatyka i robotyka), prof. dr hab. in˝. Jan RyÊ(Podstawy konstrukcji maszyn), prof. dr hab. in˝. TadeuszSmolnicki (Komputerowe metody CAD/CAM/CAE), prof.nzw. dr hab. in˝. Robert Sobiecki (In˝ynieria materia∏owa),dr in˝. Zbigniew ˚ebrowski (Hydraulika i pneumatyka)Redaktor statystyczny: dr in˝. Tomasz Miros∏awRedaktor j´zykowy: mgr Anna Massé

RADA PROGRAMOWA:Prof. Witold Gutkowski – przewodniczàcy (IMBiGS), dr in˝.Tomasz Babul (SIMP), prof. Jan B∏achut (University ofLiverpool), prof. Aleksander S. Bokhonsky (SewastopolNational Technical University), prof. Czes∏aw Cempel(Polit. Poznaƒska), prof. Grzegorz Glinka (University ofWaterloo), prof. Krzysztof Go∏oÊ (Polit. Warszawska,IMBiGS), prof. Tadeusz Kacperski (IMBiGS), prof. JaromirK. Klouda (Technical and Test Institute for ConstructionPrague), prof. Janusz Kowal (AGH), prof. Mychaj∏o Lobur(Lviv Technical University), prof. Jerzy Ma∏achowski (WAT),prof. Aleksander N. Mikhaylov (Donetsk National Tech-nical University), prof. Konrad Okulicz (Cologne Universityof Applied Sciences), prof. Eugeniusz Rusiƒski (Polit.Wroc∏awska), prof. Ryszard Pyrz (Aalborg University), prof.Andrzej Seweryn (Polit. Bia∏ostocka), dr hab. in˝. RomanStaniek, prof. nzw. (SIMP), prof. Jan Szlagowski (Polit.Warszawska), prof. Eugeniusz Âwitoƒski (Polit. Âlàska),prof. Wies∏aw Tràmpczyƒski (Polit. Âwi´tokrzyska), prof.W∏adys∏aw W∏osiƒski (PAN), prof. Nenad Zrnic (Universityof Belgrade), prof. Xu Bingye (Tsinhua University)

KIEROWNIK ZAK¸ADU WYDAWNICTW I PROMOCJI:Ryszard Kwiecieƒ – tel. kom. 602 390 703e-mail: [email protected]

WARUNKI PRENUMERATYPrzyj´cie prenumeraty – wy∏àcznie na podstawie do-konanej wp∏aty.Na blankiecie wp∏at nale˝y podaç nast´pujàce dane:dok∏adnà nazw´ i adres (z kodem pocztowym) zama-wiajàcego, nazw´ czasopisma, liczb´ egzemplarzy i okresprenumeraty.Wp∏aty – zgodnie z podanymi cenami nale˝y dokonaçw banku lub UPT na konto IMBiGS – BPH S.A.O/Warszawa nr 97 1060 0076 0000 3210 0014 6850.Prenumerata ze zleceniem wysy∏ki za granic´ – osobyprawne i fizyczne. Nale˝y podaç dok∏adny adres odbiorcyza granicà. Cena prenumeraty jest dwukrotnie wy˝sza odceny normalnej. Zmiany w prenumeracie, np. zmian´liczby tytu∏ów, liczby egzemplarzy, rezygnacj´ z prenu-meraty itp. mo˝na zg∏aszaç pisemnie, z mocà obowià-zujàcà od nast´pnego kwarta∏u.

Cena prenumeraty na 2015 r.:kwartalnie – 72 z∏pó∏rocznie – 144 z∏rocznie – 288 z∏Informacji o prenumeracie udziela redakcja.

Dtp: „AWiWA” - tel. 22 7804598Druk: Oficyna Poligraficzna APLA Sp. j.ul. Sandomierska 89, 25-325 Kielce

SPIS TREÂCI str.

2

3

18

21

25

29

33

42

44

45

Informacje dla autorów

PROBLEMY – NOWOÂCI – INFORMACJE

O FIRMACH

ARTYKU¸Y G¸ÓWNEEksperymentalna analiza wytrzyma∏oÊci okràg-

∏ych po∏àczeƒ przet∏oczeniowych blach ze sto-pu aluminium EN AW-5754 w stanie O/H111poddanych z∏o˝onemu stanowi obcià˝enia– Jacek Mucha, Waldemar Witkowski

Nowe trendy w metodyce badaƒ bezpieczeƒstwaoperatorów maszyn górniczych – PaulinaDzia∏ak, Eugeniusz Rusiƒski, Jacek Karliƒski,Mariusz Ptak

Wp∏yw kszta∏tu formy na skurcz liniowy two-rzonego stopu EN AC-48000 – Krzysztof Kujawa

FEM design of composite – metal joint forbearing failure analysis – Krzysztof Pucha∏a,El˝bieta Szymczyk, Jerzy Jachimowicz

WSPÓ¸CZESNE MATERIA¸Y KONSTRUKCYJNEStare St3 versus nowe S235 – zamiennik czy

zupe∏nie coÊ innego?

TECHNOLOGIE CHRONIÑCE ÂRODOWISKOTermoelektrycznoÊç w odzysku ciep∏a odpado-

wego

O ¸O˚YSKACHJak zapobiegaç niewspó∏osiowoÊci ∏o˝ysk

2 ROK WYD. LXXIV � ZESZYT 2/2015

Informacje dla autorówDo redakcji nale˝y przys∏aç zg∏oszenie autorskie zawierajàce dane teleadresowe autora, tytu∏ proponowanego

artyku∏u, liczb´ stron, rys. i tabel oraz krótkie streszczenie pracy*. Po otrzymaniu informacji o zaakceptowaniuproponowanego tematu, nale˝y przys∏aç tekst pracy przygotowany zgodnie ze wskazówkami redakcyjnymi orazwype∏niony formularz oÊwiadczenia i 2 egzemplarze podpisanej umowy licencyjnej*. Licencja niewy∏àczna oznacza,˝e Autor mo˝e w dalszym ciàgu samodzielnie korzystaç z utworu, a tak˝e udzielaç kolejnych licencji nowymlicencjobiorcom, które upowa˝niajà ich do korzystania z utworu na tym samym polu eksploatacji, co licencjalicencjobiorcy pierwotnego.

Nades∏ane artyku∏y sà poddawane redakcyjnej ocenie formalnej i otrzymujà numer redakcyjny identyfikujàcy je nadalszych etapach procesu wydawniczego.

Wszystkie artyku∏y przysy∏ane do redakcji sà recenzowane. Warunkiem publikacji jest uzyskanie pozytywnej recenzji.Redakcja nie wyp∏aca honorariów autorskich.Wskazówki dotyczàce przygotowania artyku∏uArtyku∏y przeznaczone do opublikowania w „Przeglàdzie Mechanicznym” powinny mieç naukowo-techniczny charakter

i byç powiàzane z aktualnymi problemami przemys∏u.Artyku∏y powinny byç oryginalne, przez co nale˝y rozumieç, ˝e nie by∏y dotychczas publikowane w ca∏oÊci lub

znaczàcej cz´Êci (jeÊli artyku∏ jest fragmentem innej pracy, np. doktorskiej, habilitacji, to informacja o tym powinna znaleêçsi´ w spisie literatury).

Artyku∏ powinien obejmowaç wàski temat, ale potraktowany mo˝liwie wyczerpujàco. Nale˝y unikaç powtarzaniawiadomoÊci ogólnie znanych, uj´tych w wydawnictwach ksià˝kowych.

Je˝eli dane zagadnienie jest obszerne, nale˝y rozbiç je na fragmenty stanowiàce odr´bne artyku∏y, które mogà byçpublikowane niezale˝nie od siebie.

Artyku∏y powinny odznaczaç si´ jasnà i logicznà budowà: materia∏ powinien byç podzielony na cz´Êci, których tytu∏ymuszà odtwarzaç treÊç w nich zawartà. Wnioski z przeprowadzonych rozwa˝aƒ powinny byç wyraêne i jasno sfor-mu∏owane na koƒcu artyku∏u.

TreÊç artyku∏u powinna byç odpowiednio uzupe∏niona rysunkami, fotografiami, schematami itp., jednak liczb´ ilustracjinale˝y ograniczyç do niezb´dnych.

Tytu∏ artyku∏u nale˝y podaç w j´z. polskim i j´z. angielskim i do∏àczyç krótkie streszczenie w j´zyku polskim i angielskimoraz s∏owa kluczowe polskie i angielskie.

Obj´toÊç artyku∏u nie powinna przekraczaç 8 stron (1 strona – 1800 znaków).Do artyku∏u nale˝y do∏àczyç adres do korespondencji i adres poczty elektronicznej autorów.Praca powinna byç dostarczona w wersji elektronicznej w formacie*doc, *docx. Równania powinny byç zapisane

w edytorach wzorów, z wyraênym rozró˝nieniem 0 i O. Je˝eli równania przekraczajà szerokoÊç szpalty (8 cm), nale˝yje przenieÊç, a niedajàce si´ przenieÊç zapisaç na szerokoÊç 2 szpalt (16 cm).

Redakcja nie przepisuje tekstów i nie wykonuje rysunków. Oprócz pliku *doc, *docx zalecane jest, aby autorzydostarczali pliki êród∏owe rysunków (najlepiej w formacie *.eps, *jpg lub * tif).

Rysunki oraz wykresy muszà byç wykonane czytelnie, z uwzgl´dnieniem faktu, ˝e szerokoÊç szpalty w czasopiÊmiewynosi 8 cm, szerokoÊç kolumny – 17 cm, wysokoÊç kolumny – 24,5 cm.

Opisy na rysunkach zmniejszonych do tej wielkoÊci powinny byç czytelne i nie ni˝sze od 2 mm.Autorzy sà zobowiàzani do podawania na koƒcu artyku∏u pe∏nego wykazu êróde∏ wykorzystywanych przy jego

opracowaniu i podawania w treÊci odpowiednich odsy∏aczy do kolejnego numeru pozycji cytowanej w spisie literatury.Spis literatury, przygotowany wg kolejnoÊci powo∏aƒ, powinien zawieraç: przy ksià˝kach – nazwisko i pierwszà liter´imienia autora, tytu∏ ksià˝ki, wydawc´, rok i miejsce wydania (ewentualnie numery stron); przy czasopismach – nazwiskoi imi´ autora, tytu∏ artyku∏u, nazw´ czasopisma, numer i rok (ewentualnie numery stron). Nie stosujemy cyrylicy – takitekst nale˝y podaç w transkrypcji wydawniczej na alfabet ∏aciƒski. Spis literatury powinien przedstawiaç aktualny stanwiedzy i uwzgl´dniaç pozycje z literatury Êwiatowej.

Autorzy gwarantujà, ˝e treÊç pracy i rysunki sà ich w∏asnoÊcià (lub podajà êród∏o pochodzenia rysunków). Autorzyzg∏aszajàc artyku∏, przekazujà Wydawcy prawa do jego publikacji w formie drukowanej i elektronicznej.

Redakcja b´dzie dokumentowaç wszelkie przejawy nierzetelnoÊci naukowej, zw∏aszcza ∏amania i naruszania zasad etykiobowiàzujàcych w nauce.

Procedura recenzowaniaProcedura recenzowania artyku∏ów w czasopiÊmie jest zgodna z zaleceniami Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa

Wy˝szego zawartymi w opracowaniu „Dobre praktyki w procedurach recenzyjnych w nauce”, Warszawa 2011.Autorzy, którzy przysy∏ajà artyku∏ do publikacji, sà Êwiadomi (Informacje dla autorów), ˝e wszystkie prace publikowane

w „Przeglàdzie Mechanicznym” podlegajà ocenie recenzentów i wyra˝ajà zgod´ na procedur´ recenzowania, a redakcjawysy∏a do autorów informacj´ o przyj´ciu artyku∏u i wys∏aniu go do recenzentów. Do oceny ka˝dej publikacji powo∏ujesi´ co najmniej dwóch niezale˝nych recenzentów.

Redakcja dobiera recenzentów rzetelnych i jak najbardziej kompetentnych w danej dziedzinie, którzy nie sà cz∏onkamiredakcji pisma, sà specjalistami w danej dziedzinie oraz nie sà zatrudnieni w placówce wydajàcej pismo. Nades∏aneartyku∏y nie sà nigdy wysy∏ane do recenzentów z tej samej placówki, z której pochodzi autor. Prace recenzentów sà poufnei anonimowe. Recenzja musi mieç form´ pisemnà i koƒczyç si´ jednoznacznym wnioskiem o dopuszczeniu artyku∏udo publikacji w „Przeglàdzie Mechanicznym” lub jego odrzuceniu. W przypadku pracy w j´zyku obcym, co najmniej jedenz recenzentów jest afiliowany w instytucji zagranicznej innej ni˝ narodowoÊç autora pracy. Autorzy sà informowanio wynikach recenzji oraz otrzymujà je do wglàdu. W sytuacjach spornych redakcja powo∏uje dodatkowych recenzentów.Ka˝dy artyku∏ zawierajàcy wyniki badaƒ doÊwiadczalnych kierowany jest tak˝e do redaktora statystycznego.

Lista recenzentów publikowana jest w ostatnim zeszycie ka˝dego rocznika.Informacja dla recenzentówRedakcja zwraca si´ do Recenzentów z uprzejmà proÊbà o zwrot recenzji w ciàgu 4 tygodni (formularz recenzji

dost´pny na stronie internetowej)*.* Formularze dost´pne na stronie internetowej www.przegladmechaniczny.pl.


PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE

Fot. 1 (mj)

Fot. 2 (mj)

Targi KOMPOZYT-EXPO sà miejs-cem spotkaƒ, wymiany informacjii dyskusji dla przedstawicieli prze-mys∏u kompozytowego w Euro-pie Ârodkowo-Wschodniej. Zakrestematyczny targów jest co rokuuaktualniany i w tym roku tematyka

obejmowa∏a zagadnienia takie, jak:chemia przemys∏owa dla techno-logii materia∏ów kompozytowych,osnowy kompozytowe, a tak˝eprzetwórstwo gumy oraz us∏ugidla bran˝y kompozytowej (fot. 1).

Podczas tegorocznych targówofert´ zaprezentowa∏o 200 firmz ca∏ego Êwiata, w tym a˝ 41 firmto przedsi´biorcy z Niemiec. Ofert´

przedstawili tak˝e m.in. wystawcyz Belgii, Czech, Finlandii, Francji,Hiszpanii, Holandii, Izraela, Luksem-burga, Szwajcarii, Turcji, WielkiejBrytanii czy W∏och.

Wystawcy z zagranicy wynaj´lio 20% wi´kszà powierzchni´ ni˝

w roku ubieg∏ym, a targi odwie-dzi∏o ponad 2700 specjalistów z kra-ju i zagranicy.

5. edycja KOMPOZYT-EXPO® poraz pierwszy odby∏a si´ w nowejlokalizacji – nowoczesnym Mi´dzy-narodowym Centrum Targowo--Kongresowym EXPO Kraków.

Podczas targów KOMPOZYT--EXPO® sà prezentowane nowoÊci,

nawiàzywane kontakty biznesowe,wymieniane doÊwiadczenia i przy-datne informacje. S∏u˝y∏a temum.in. zlokalizowana w centralnympunkcie hali Strefa Prezentacji Tech-nicznych, gdzie eksperci z Polskii zagranicy dzielili si´ z uczestnikamitargów wiedzà. Znakomitym uroz-maiceniem tegorocznej edycji by∏awystawa przedmiotów wykona-nych z kompozytów (Kompozyt Art.Gallery), m.in. mebli, elementówpojazdów (fot. 2) oraz ogromnegodwumiejscowego motoszybowcaz nap´dem elektrycznym AOS-71– pierwszego tego typu statku po-wietrznego zbudowanego w Pols-ce, b´dàcego jednym z nielicznych

na Êwiecie. Program budowy mo-toszybowca AOS-71 to pierwszetego typu wspólne przedsi´wzi´-cie Politechniki Warszawskiej i Po-litechniki Rzeszowskiej. Hybrydo-we kompozyty zastosowane w kon-strukcji motoszybowca wykorzys-tujàce m.in. w∏ókna w´glowe, po-dobnie jak i ekologiczny elektrycz-ny nap´d umo˝liwiajàcy maszynie

Podsumowanie targówKOMPOZYT-EXPO 2014

W dniach 20 – 21 listopada 2014 r. w Krakowie odbywa∏a si´5. edycja Targów Kompozytów, Technologii i Maszyn do ProdukcjiMateria∏ów Kompozytowych KOMPOZYT-EXPO®. W tym roku liczbawystawców wynios∏a blisko 200 firm z Polski i zagranicy, a zestawnowoÊci bran˝owych obejmowa∏ ponad 40 pozycji.



Fot. 3 (mj)

samodzielny start i lot, decydujào nowatorstwie tej konstrukcji.(fot. 3).

Wiele firm oferowa∏o nowe lubulepszone komponenty do produk-cji kompozytów: ˝elkoty, ˝ywice,rowingi itd. WÊród nowoÊci i in-nowacyjnych rozwiàzaƒ znalaz∏asi´ oferowana przez firm´ MILARSp. z o.o. termoformowalna pian-ka AIREX® GEN2 o jednorodnejstrukturze komórkowej i lepszychw∏aÊciwoÊciach mechanicznych ni˝wczeÊniejsza seria AIREX® T92.Wydzia∏ In˝ynierii Materia∏owejPolitechniki Warszawskiej prezen-towa∏ innowacyjne w∏ókniny coPAz∏o˝one z cienkich w∏ókien domiesz-kowanych wieloÊciennymi nano-rurkami, które mogà byç stosowa-ne jako mi´dzywarstwy w lamina-tach w celu poprawienia przewod-noÊci elektrycznej i podwy˝szeniaw∏aÊciwoÊci mechanicznych. FirmaLERG S.A. oferowa∏a EstromalDL.115 – niskostyrenowà, tiksotro-powanà ˝ywic´ do laminowaniarćznego oraz natrysku. Dobrze siáplikuje oraz przesyca i zwil˝aw∏ókno szklane. ˚ywica ta ∏àczy

w sobie wysokie w∏asnoÊci mecha-niczne z odpowiednià podatnoÊ-cià na przetwarzanie. Ma stosun-kowo niski skurcz podczas utwar-dzania oraz odpornoÊç termicznàHDT 85°C. Dennert Poraver GmbHwraz z solvadis polska Sp. z o.o.zaprezentowa∏ unikalny granulatze spienionego szk∏a poraver®. Jestto w 100% mineralny, bardzo lekkiwype∏niacz o znakomitych para-metrach izolacji termicznej i akus-tycznej.

Za najlepsze produkty targo-we komisja konkursowa z∏o˝onaz naukowców i bran˝owych spec-jalistów pod przewodnictwem prof.dr hab. in˝. Jana Ch∏opka przyzna-∏a nagrody w kilku kategoriach.

� W kategorii maszyny i urzà-dzenia do przetwórstwa mate-ria∏ów kompozytowych nagrodótrzyma∏a POLITECHNIKA WROC-¸AWSKA za nawijark´ czteroosiowàdo butli kompozytowych.

� W kategorii narz´dzia i oprzy-rzàdowanie do obróbki materia-∏ów kompozytowych nagrodótrzyma∏a firma RETTENMAIER

Polska Sp. z o.o. za g∏owic´ wy-t∏aczarskà zintegrowanà z uk∏a-dem kalibrujàco-ch∏odzàcym doprzetwórstwa kompozytu w∏óknadrewna – polimer.

� W kategorii materia∏y i su-rowce do produkcji kompozy-tów nagrod´ otrzyma∏ ILK TECH-NISCHE UNIVERSITAT DRESDEN/LEICHTBAU-ZENTRUM SACHSENza Resin Powder Moulding/Ther-moset Sheet Forming (system wy-twarzania kompozytów na bazienowatorskich ˝ywic epoksydo-wych).

� W kategorii wyroby z ma-teria∏ów kompozytowych nagrodótrzyma∏a POLITECHNIKA WAR-SZAWSKA wraz z POLITECHNIKÑRZESZOWSKÑ za MOTOSZYBO-WIEC AOS-71.

� W kategorii technologie wy-twarzania materia∏ów kompozy-towych nagrod´ otrzyma∏a fir-ma MASTERMODEL FHU JacekKoczwara za technologi´ wytwa-rzania dwustronnie g∏adkich la-minatów, odprowadzajàcych ∏adun-ki elektryczne CONDUCORE®.

Komisja Konkursowa przyzna∏ate˝ nast´pujàce wyró˝nienia:

� W kategorii narz´dzia i oprzy-rzàdowanie do obróbki materia-∏ów kompozytowych wyró˝nienieotrzyma∏ INSTYTUT ZAAWAN-SOWANYCH TECHNOLOGII WY-TWARZANIA za supercienkie Êcier-nice diamentowe i z regularnegoazotku boru.

� W kategorii materia∏y i su-rowce do produkcji kompozy-tów wyró˝nienie otrzyma∏a firmaSAFILIN Sp. z o.o. za roving lniany.



Grupa produktów Stellram obej-muje takie zwi´kszajàce wydajnoÊçprodukcji technologie jak systemfrezów o du˝ym posuwie 7792 i 7793oraz system frezów je˝owych 5230o d∏ugiej kraw´dzi wraz z techno-logià p∏ytek w´glikowych X-Grade.Produkty te doskonale sprawdzajàsi´ w obróbce tytanu i innych lekkichstopów o du˝ej wytrzyma∏oÊci, sto-sowanych np. w przemyÊle lotni-czym. Obecnie kompletna platformaproduktów Stellram – wraz z rozwià-zaniami specjalnie dopasowanymido potrzeb bran˝y energetycznej,lotniczej, transportowej oraz innycho kluczowym znaczeniu – jest dos-t´pna w ofercie firmy Kennametal,w zwiàzku z przejćiem przez niàsektora materia∏ów wolframowych.

Systemy frezówo du˝ym posuwie

Frezy Stellram 7792 i 7793 osio-wo kierujà si∏y skrawania do wrze-ciona, zmniejszajàc w ten sposóbjego zu˝ycie oraz poprawiajàc sta-bilnoÊç obróbki. Frezy czo∏oweStellram pracujà przy ma∏ych g∏´-bokoÊciach skrawania i bardzo wy-sokich wartoÊciach posuwu, coprzek∏ada si´ na pr´dkoÊç usuwa-nia metalu do 5 razy wi´kszà ni˝w wypadku konwencjonalnych fre-zów. Oprócz frezowania czo∏owegoz du˝ym posuwem, produkty 7792nadajà si´ tak˝e do frezowaniakieszeni, rowkowania i frezowaniawg∏´bnego.

P∏ytki do frezowania z wysokimposuwem sà dost´pne z technolo-già X-Grade. Technologia ta wyko-rzystuje jako g∏ówny sk∏adnik ruten

w po∏àczeniu ze spoiwem kobal-towym, co pozwala na uzyskaniedoskona∏ej odpornoÊci na p´knićiatermiczne i zapobiega ich propa-gacji. W rezultacie wartoÊci usuwa-nia metalu sà do 5 razy wy˝sze ni˝przy u˝yciu konwencjonalnych na-rz´dzi, a tak˝e zwi´ksza si´ ˝ywot-noÊç produktów.

P∏ytki X-Grade sà dost´pne w wie-lu wersjach do ró˝norodnych zasto-sowaƒ. Zosta∏y one zaprojektowa-

ne tak˝e w celu zapewnienia naj-wy˝szych wartoÊci usuwania metaluw operacjach obróbki materia∏ów,takich jak tytan oraz innych trudnoobrabialnych stopów na bazie niklu,kobaltu czy tytanu, które sà stoso-wane w bran˝ach lotniczej i ener-getycznej.

Frezy je˝owe 5230o d∏ugiej kraw´dzi skrawajàcejSeria frezów je˝owych i p∏ytek

Stellram 5230 o d∏ugiej kraw´dzizapewnia znaczàcà redukcj´ czasuobróbki tytanu oraz innych wysoko

wytrzyma∏ych stopów. Zaawanso-wana konstrukcja p∏ytek do frezówje˝owych sprawia, ˝e zawsze jedenpunkt skrawajàcy jest w kontakciez materia∏em roboczym w trakciewejÊcia i wyjÊcia z obrabianegoelementu.

Pojedyncza linia styku na korpu-sie frezu oznacza, ˝e ˝adne dwiep∏ytki nie sà w kontakcie z elemen-tem obrabianym na tej samej p∏asz-czyênie osiowej. Zapewnia to razem

optymalnà stabilnoÊç harmonicznà,redukujàc zu˝ycie energii i wyd∏u-˝ajàc ˝ywotnoÊç narz´dzia. Gwinto-wane otwory doprowadzajàce ch∏o-dziwo na korpusie frezu umo˝liwiajàselektywne blokowanie w celu re-gulacji ciÊnienia i obj´toÊci ch∏o-dziwa. Ka˝da p∏ytka ma swojà dyszćh∏odziwa w celu optymalnego od-prowadzania wiórów.

Przeglàd narz´dzi Stellram ofe-rowanych przez Kennametal jestdost´pny w katalogu online – http://www.kennametal.com.

èród∏o: Mat. i fot. firmy Kennametal

Lepsze efekty w obróbce tytanu i innych lekkich stopów



System ISOSystem klasyfikacji materia∏ów

obrabianych ISO dzieli si´ na szeÊçkategorii (rys. 1). Grupa K obejmu-je ˝eliwa. Do grupy S nale˝à ˝aro-odporne superstopy, w tym stopyniklu i tytanu. Materia∏y nale˝à-ce do grupy H cechujà si´ wy-sokà twardoÊcià i sà to przedewszystkim stale utwardzone do45 – 65 HRC. Stale nierdzewne,czyli stopy o zawartoÊci chromuprzekraczajàcej 12%, sk∏adajà si´na grup´ M. Kategoria N obejmujemetale nie˝elazne, g∏ównie alu-minium oraz miedê i mosiàdz.Z kolei klasyfikacja P obejmujestale niestopowe, niskostopowei wysokostopowe, w tym stopyutwardzone do 400 HB i stalenierdzewne o zawartoÊci chromunieprzekraczajàcej 12%. Do grupyISO P nale˝à tak˝e niektóre ciàgli-we stopy ˝elaza o d∏ugich wiórach.

Klasyfikacja opiera si´ przedewszystkim na dominujàcych w∏aÊ-ciwoÊciach fizycznych ró˝nych ma-teria∏ów. W∏aÊciwoÊci te w prak-tyce okreÊlajà reakcj´ materia∏una obróbk´ oraz wp∏yw obróbkina ostrze. Materia∏y z grupy Kcechujà si´ wysokà ÊcieralnoÊ-cià, która zwi´ksza zu˝ycie na-rz´dzia. ˚aroodporne superstopyz grupy S cechujà si´ ogólnie s∏a-bà przewodnoÊcià cieplnà, co po-woduje wzrost temperatury w stre-fie skrawania i mo˝e prowadziçdo deformacji narz´dzia. Twardemateria∏y z grupy H wywierajàdu˝y nacisk na narz´dzia, a tak˝epowodujà wytwarzanie ciep∏a.Grupa M wyró˝nia si´ utwardza-niem pod wp∏ywem odkszta∏ca-nia spowodowanego skrawaniem.Zwi´kszona si∏a skrawania i wy-twarzanie ciep∏a mo˝e prowadziçdo zu˝ycia karbowego i innych

problemów. Metale kategorii Ncz´sto przywierajà do narz´dziaskrawajàcego, powodujàc tworze-nie si´ narostów, s∏abe wykoƒ-czenie powierzchni i p´kni´cianarz´dzi.

Wszystkie wymienione pi´çgrup ISO cechuje si´ mniej lubbardziej dominujàcymi w∏aÊciwoÊ-ciami fizycznymi, co pozwala nastworzenie narz´dzi, które w pew-nym stopniu przeciwdzia∏ajà nega-tywnemu wp∏ywowi na narz´dzieskrawajàce. Na przyk∏ad, w narz´-dziach do skrawania materia∏ówz grupy H k∏adzie si´ nacisk nasi∏´, a narz´dzia do skrawania me-tali kategorii N cechujà si´ du˝àostroÊcià i u∏atwiajà sp∏yw wióraoraz przeciwdzia∏ajà przyleganiu.

Jednak˝e obróbka elementówwytworzonych z metali z grupyISO P wià˝e si´ z bardziej z∏o-˝onymi wyzwaniami. Stal, a kon-

Wyzwania zwiàzane z obróbkàmateria∏ów ISO P

Klasyfikacja ISO P materia∏ów obrabianych obejmuje metale nazywane ogólnie stalami. Stopy w´glai ˝elaza to najpopularniejszy typ materia∏ów, stosowany we wszystkich bran˝ach. Tak szeroki zakreszastosowania przyczyni∏ si´ do powstania wielu gatunków stali o ró˝nych w∏aÊciwoÊciach fizycznych,powodujàcych ró˝ne problemy z wydajnoÊcià obróbki. Problemy te, w po∏àczeniu z kwestiami eko-nomicznymi zwiàzanymi z wymaganiami produkcji masowej, sprawiajà, ˝e obróbka stali ISO P jestwyzwaniem dla producentów cz´Êci oraz producentów narz´dzi stosowanych do ich obróbki.

Rys. 1. Materia∏y obrabiane wed∏ug klasyfikacji ISO



kretnie szeroko poj´te stale sto-powe, mogà cechowaç si´ kilko-ma, a nawet wszystkimi w∏aÊci-woÊciami wp∏ywajàcymi na na-rz´dzia skrawajàce, choç zazwy-czaj w∏aÊciwoÊci te nie sà bardzowyraêne. Utrudnia to wytwarzanieodpowiednich narz´dzi: w wieluprzypadkach narz´dzie o ostrychkraw´dziach, opracowane z myÊlào przeciwdzia∏aniu przyleganiastali niskostopowych, nie jestw stanie sprostaç wysokiej Êcie-ralnoÊci innego gatunku stali. Cowićej, nieustannie trwajà pracenad nowymi, wyspecjalizowany-mi gatunkami stali, poniewa˝producenci poszukujà materia-∏ów spe∏niajàcych ich szczegól-ne wymagania dotyczàce produ-kowanych elementów.

Sztuka obróbki metaliPodczas obróbki stali stopowych

zachowanie równowagi mi´dzyw∏aÊciwoÊciami narz´dzi przypo-mina spacer po linie. Osiàgnićietej równowagi wymaga zrozu-mienia natury procesu obróbkimetali oraz interakcji mi´dzy ob-rabianym materia∏em a narz´-dziem skrawajàcym.

Obróbka metali nie polega narozdzielaniu przedmiotów w spo-sób przypominajàcy cićie no˝em.Proces skrawania wià˝e si´ z przy-k∏adaniem nacisku na materia∏obrabiany w celu jego zdefor-mowania i od∏upania w formiewióra. Od∏upywaniu towarzyszywiele efektów ubocznych. Si∏y me-chaniczne wymagane do wystar-czajàcego odkszta∏cenia materia-∏u powodujà ogromny nacisk,jak równie˝ wzrost temperaturydo 800 – 900°C. Przerywane skra-wanie oraz obróbka cz´Êci z twar-dymi wtràceniami powodujewstrzàsy narz´dzi skrawajàcych.Poza kwestiami mechanicznymikonieczne jest tak˝e uwzgl´dnie-nie wp∏ywu wysokiej temperaturyi si∏ nacisku na reakcje chemicznezachodzàce mi´dzy materia∏emnarz´dzia a materia∏em obra-bianym, które mogà prowadziçdo zu˝ycia chemicznego w formiedyfuzji i kraterowania. Skrawa-niu metalu towarzyszy tak˝e tarcie.Formowanie wióra i jego kontakt

z narz´dziem powoduje tarcie i takzwane efekty trybologiczne. Try-bologia to nauka badajàca po-wierzchnie stykajàce si´ ze sobàw okreÊlonych temperaturachi przy okreÊlonym nacisku orazokreÊlajàca wzajemny wp∏yw tychczynników. Wszystkie te si∏y i in-terakcje powodujà ró˝ne efekty.Najwa˝niejszym z nich jest zu˝ycienarz´dzia.

Ró˝na stal,ró˝ne narz´dzia

Wp∏yw obróbki na elementyze stali zale˝y od sk∏adu stalistopowej oraz procesu jej pro-dukcji. Na przyk∏ad, stale nie-stopowe o zawartoÊci w´gla po-ni˝ej 0,25% zosta∏y stworzonez myÊlà o zastosowaniach takichjak osie pojazdów, które powinnybyç wytrzyma∏e oraz odporne nawstrzàsy i p´knićia. W obrabia-nych stalach niestopowych walco-wanych i kutych powstajà wiórytrudne do od∏amania, Êcierajàcepowierzchni´ narz´dzia skrawajà-cego i powodujàce zu˝ycie kra-terowe, a nawet problemy z przy-leganiem. Narz´dzia przeznaczo-ne do obróbki takich materia∏ówcechujà si´ ostrymi kraw´dziamiu∏atwiajàcymi od∏upywanie frag-mentów materia∏u, a tak˝e majàpow∏oki odporne na zu˝ycie che-miczne i zmniejszajàce tarcie.

Z drugiej strony stale wyso-kostopowe o zawartoÊci pier-wiastków stopowych przekracza-jàcej 5%, w tym pierwiastkówtakich jak mangan, mogà zostaçutwardzone z przeznaczeniem dozastosowania w komponentachwymagajàcych odpornoÊci na Êcie-ranie i sztywnoÊci, m.in. w ele-mentach hydraulicznych i ma-szynowych. Wióry wytwarzaneprzez te materia∏y cechujà si´zazwyczaj ∏atwym formowaniemi od∏amywaniem, ale narz´dzias∏u˝àce do ich obróbki sà nara-˝one na du˝y nacisk i wysokietemperatury. W przypadku ele-mentów obrabianych wytworzo-nych metodà odlewania lub kucia,nierówne powierzchnie i poten-cjalne ∏àczenia wynikajàce z zasto-sowania formy wymagajà narz´dzi

skrawajàcych o wysokiej ciàgli-woÊci i odpornoÊci na Êcieranie.

Kwestie ekonomiczneTradycyjnym celem obróbki

skrawaniem jest wytwarzaniewi´kszej liczby cz´Êci w krótszymczasie, co wymaga zastosowanianajbardziej agresywnych dost´p-nych parametrów skrawania.Jednak na ten prosty cel mogàwp∏ywaç inne kwestie. W wyborzeparametrów skrawania du˝à rol´mogà spe∏niaç czynniki ekono-miczne. Cz´Êci, takie jak kompo-nenty dla przemys∏u lotniczego,wytwarzane z egzotycznych sto-pów sà cz´sto produkowanew stosunkowo niewielkiej licz-bie. Producenci obrabiajà cz´Êci,korzystajàc z parametrów majà-cych na celu maksymalizacj´ nie-zawodnoÊci procesu i oszcz´dnoÊçdrogich materia∏ów oraz cennego,zainwestowanego ju˝ czasu pro-dukcji. W wyniku tego pr´dkoÊcii posuwy stosowane w przypad-ku zaawansowanych materia∏ówzapewniajà wydajnoÊç, lecz sàniezmienne.

Rys. 2. Przyk∏ad p∏ytki do toczenia stali:WNMG080404-MF2,TP1500

Rys. 3. Przyk∏ad p∏ytki do frezowaniastali: LOEX080404TR-M08, F40M



PodejÊcie do obróbki stali cz´stojest inne. Wiele cz´Êci stalowychjest produkowanych w du˝ej licz-bie, z wysokà pr´dkoÊcià w celuzapewnienia maksymalnego zyskuze stosunkowo prostych cz´Êci wy-twarzanych z taƒszych materia-∏ów. Du˝e pr´dkoÊci skrawania,typowe rozwiàzanie pozwalajàceosiàgnàç wysokà produktywnoÊç,wymaga substratów narz´dzi skra-wajàcych, które zachowujà para-metry w wysokich temperatu-rach skrawania. W zwiàzku z corazwi´kszà gamà dost´pnych stalistopowych producenci i warszta-ty cz´sto muszà konsultowaç si´z producentami narz´dzi skrawa-jàcych w celu okreÊlenia gatunkui geometrii narz´dzia, która najle-piej sprawdzi si´ w danym zasto-sowaniu. Nieprzerwany rozwój na-rz´dzi ma na celu tworzenie na-rz´dzi, które sà w stanie sprostaçró˝nym wyzwaniom zwiàzanym zestopami stali. Producenci poszu-kujà narz´dzi oferujàcych wy˝szàostroÊç i si∏´, pow∏oki i geometrieodporne na wysokà temperatur´,

ciÊnienie, reakcje chemiczne i przy-leganie powodujàce zu˝ycie.

ÂwiadomoÊç ÊrodowiskowaStosunkowo nowà kwestià, która

równie˝ wp∏ywa na wybór pa-rametrów obróbki stali, jest sto-sowanie przez wielu producen-tów tzw. zielonych inicjatywmajàcych na celu ochron´ Êro-dowiska naturalnego. Obejmujàone ograniczanie zu˝ycia energiii minimalizacj´ iloÊci odpadówwytwarzanych podczas obróbki.W przypadku obróbki metali egzo-tycznych najwa˝niejszà kwestiàpozostajà wyzwania techniczne.W przypadku stali coraz wi´k-sze znaczenie ma kwestia Êro-dowiska.

Jednà z metod ograniczaniazu˝ycia energii jest zmniejsza-nie pr´dkoÊci skrawania (rys. 4).W wielu przypadkach producencisà w stanie zachowaç produk-tywnoÊç, podnoszàc proporcjonal-nie posuw i g∏´bokoÊç skrawania.Poza oszcz´dnoÊcià energii, stra-tegie te podnoszà równie˝ trwa∏oÊç

narz´dzi. To z kolei zmniejsza iloÊçodpadów powstajàcych w wynikuprocesu obróbki – zmniejsza si´liczba kraw´dzi skrawajàcych i p∏y-tek zu˝ywanych podczas produkcjiokreÊlonej liczby cz´Êci. Zastoso-wanie ni˝szych pr´dkoÊci skrawa-nia zmniejsza tak˝e iloÊç wytwa-rzanego ciep∏a, co mo˝e prowadziçdo mniejszego zu˝ycia ch∏odziwa,które jest niepo˝àdanym odpademprocesu obróbki metalu.

WnioskiStale ISO P sà postrzegane jako

znane, szeroko stosowane mate-ria∏y do produkcji cz´Êci, wi´cobróbka stali stopowych rzadkojest przedmiotem szczegó∏owe-go zainteresowania i analiz. Jed-nak˝e zrozumienie przez producen-tów zró˝nicowanych wyzwaƒ zwià-zanych z obróbkà stali, którymmo˝na sprostaç, starannie dobie-rajàc narz´dzia, zapewnia wzrostwydajnoÊci, który dzi´ki du˝ymwolumenom produkcyjnym prze-k∏ada si´ na znaczne zyski, a tak˝eochron´ Êrodowiska.

Rys. 4. Energia wymagana dla ró˝nychpr´dkoÊci/posuwów w celu osiàgni´ciadanego tempa usuwania materia∏u

SECO TOOLS POLAND Sp. z o.o.ul. Naukowa 1, 02-463 Warszawatel. +48 22 637-53-83fax +48 22 637-53-84mob. +48 [email protected]/pl



Zminiaturyzowane sensory foto-elektryczne MICROmote® firmyBalluff z odseparowanym elektro-nicznym blokiem przetwarzania syg-na∏u zapewniajà doskona∏e para-metry optyczne przy ma∏ej obj´toÊcidzi´ki wykorzystaniu do ich pro-dukcji miniaturowych diod LED,fotodiod i fototranzystorów. Do pro-dukcji tych elementów firma Balluffopracowa∏a i opatentowa∏a spec-jalny proces technologiczny, poz-walajàcy na osiàgnićie du˝ej pre-cyzji optycznej.

Sensory MICROmote nadajà si´doskonale do zastosowaƒ w ma∏ychprzestrzeniach instalacyjnych orazna ruchomych cz´Êciach maszyni chwytakach robotów, gdzie wyma-gana jest dodatkowo ma∏a masakomponentów.

Te odporne mechanicznie ele-menty sà zamykane w metalowychobudowach i wspó∏pracujà z zew-

n´trznym wzmacniaczem, którymo˝e byç umieszczony poza strefàpracy. Kable elektryczne o du˝ejelastycznoÊci zapewniajà bezpiecz-ne przesy∏anie sygna∏ów z sensorami´dzy g∏owicà, w której jest on za-mocowany, i wzmacniaczem. Dzi´kitemu elementy te mogà stanowiçalternatyw´ dla Êwiat∏owodów. Do-datkowà zaletà sà ergonomicznieumieszczone wskaêniki i elementyoperacyjne wzmacniacza.

G∏owice sensorów fotoelektrycz-nych o wymiarach zaledwie kilkumilimetrów nie tylko cechujà si´znakomitymi parametrami technicz-nymi, ale te˝ oferujà inne cechymogàce zadecydowaç o ich sukce-sie rynkowym. Dzi´ki wprowadze-niu systemu modu∏owego, u˝yt-kownicy mogà szybko i tanio stwo-rzyç po˝àdanà implementacj´. Niema znaczenia, czy w danym za-stosowaniu wykrywa si´ drobne

elementy, identyfikuje i zlicza obiektyczy te˝ mierzy poziom nape∏nieniazbiornika pieniàcà si´ cieczà.

W ofercie dost´pne sà sensorydyfuzyjne, through-beam, pró˝nio-we, kamertonowe, jak równie˝ pre-cyzyjne sensory rurowe wykorzysty-wane m.in. do wykrywania p∏ynówi bàbli.

˚ród∏o: mat. firmy Balluff

Sensory MICROmote®

Firma FARO Technologies, Inc.wprowadzi∏a na rynek nowà g∏o-wic´ skanujàcà – FARO® Laser LineProbe HD. Zaawansowane mo˝li-woÊci nowego trójwymiarowegoskanera HD i zalety ramienia po-miarowego FARO Edge sk∏adajà sińa wysokowydajny przenoÊny sys-tem do pomiarów kontaktowychi bezkontaktowych – rami´ pomia-rowe FARO Edge ScanArm HD.

Niewielkie i ∏atwe w obs∏udzerami´ pomiarowe Edge ScanArmHD (rys. 1) umo˝liwia b∏yskawicz-ne gromadzenie chmur punktówz najwy˝szà rozdzielczoÊcià i du˝àdok∏adnoÊcià. Nowe funkcje poz-walajà na bezproblemowe skano-wanie materia∏ów o ró˝nej strukturzepowierzchni niezale˝nie od kon-trastu, wspó∏czynnika odbicia czyz∏o˝onoÊci cz´Êci, bez nak∏adaniaspecjalnych pow∏ok i rozmieszczaniaznaczników.

Szerszy promieƒ lasera i du˝aszybkoÊç odtwarzania klatek znacz-nie poprawiajà wydajnoÊç, zwi´k-szajàc zasi´g i skracajàc czasskanowania. Wysoka rozdzielczoÊç2 000 rzeczywistych punktów nalini´ skanowania i nowy niebieskilaser z technologià redukcji szu-mów umo˝liwiajà precyzyjnà rejes-tracj´ szczegó∏ów komponentówo skomplikowanych kszta∏tach.Zastosowanie nowej funkcji celow-nika oraz znanej ju˝ funkcji wskaê-nika zakresu LED, które umo˝liwiajàuzyskiwanie informacji o skano-waniu w czasie rzeczywistym, poz-woli∏o znacznie skróciç czas naukiobs∏ugi urzàdzenia (rys. 2).

FARO Edge ScanArm HD tonarz´dzie znajdujàce zastosowaniew projektowaniu, inspekcji i kontrolijakoÊci produktów. Oferuje takiemo˝liwoÊci, jak: porównywaniechmury punktów z modelem CAD,szybkie badanie prototypów, in˝y-nieria odwrotna oraz modelowanietrójwymiarowe.

W po∏àczeniu z uniwersalnymoprogramowaniem pomiarowymCAM2 Measure 10 urzàdzenie firmyFARO stanowi unikatowe rozwià-zanie do pomiarów kontaktowychi bezkontaktowych.

Wićej informacji:www.faro.com/poland

Rami´ pomiarowe FARO® Edge ScanArm HD – szybkie skanowanie i przejrzyste dane o rozdzielczoÊci

Rys. 1

Rys. 2



Radioline to nowy system radiowyoferowany przez Phoenix Contacto zasi´gu do wielu kilometrów, którycechuje proste uruchamianie. Doprzypisania wejÊç i wyjÊç wystarczyjedno przekr´cenie pokr´t∏a, bez ko-niecznoÊci programowania. Dzi´kizastosowanej technologii TrustedWirless system jest niezawodnyw zastosowaniach w Êrodowiskuprzemys∏owym.

Z zastosowania systemu Radiolinewynikajà nast´pujàce korzyÊci:

– ∏atwe uruchamianie systemówradiowych za pomocà pokr´t∏a bezkoniecznoÊci programowania,

– elastycznoÊç w tworzeniu sieci– Radioline obs∏uguje zarówno po-∏àczenia point-to-point, jak równie˝z∏o˝one sieci Mesh, zawierajàce do250 uczestników,

– zasi´g do wielu kilometrówdzi´ki ustawianej szybkoÊci trans-misji danych,

– wszechstronne zastosowanie– Radioline transmituje zarównosygna∏y I/O, jak równie˝ dane sze-regowe,

– bezp∏atne stosowanie na ca∏ymÊwiecie dzi´ki modu∏owi radiowemu

pracujàcemu w niewymagajàcymlicencji paÊmie 2,4 GHz.

Szczególnie wysokie zasi´gi do33 km i bezp∏atne zastosowaniez modu∏em 900 MHz mo˝liwe jestw Ameryce, Australii, Nowej Ze-landii. Modu∏ radiowy do u˝ytko-wania w Europie bez licencji – pasmocz´stotliwoÊci 868 MHz.

W Warszawskim Domu TechnikaNOT, podczas uroczystej Gali, któraodby∏a si´ 26 listopada 2014 r., pod-sumowano czwartà edycj´ KonkursuFSNT-NOT „Laur InnowacyjnoÊci”im. Stanis∏awa Staszica. W konkursieudzia∏ biorà firmy, które z powodze-niem wdro˝y∏y najlepsze pomys∏y,rozwiàzania i wynalazki, zapewnia-jàce im sukces gospodarczy.

GoÊçmi uroczystoÊci byli m.in.:sekretarze stanu w Kancelarii Pre-zydenta RP Olgierd Dziekoƒski i Da-riusz M∏otkiewicz, prezes Urz´duPatentowego RP Alicja Adamczak,prezes Urz´du Dozoru TechnicznegoMieczys∏aw Borowski, prorektorPolitechniki Warszawskiej Stanis∏awWincenciak, prezes FSNT-NOT Ewa

Maƒkiewicz-Cudny, sekretarz gene-ralny FSNT-NOT Jacek Kubielski,dyrektor departamentu w Minister-stwie Infrastruktury i Rozwoju Re-gionalnego Marcin ¸ata, przewod-niczàcy Rady Sto∏ecznej NOT i za-razem przewodniczàcy Kapitu∏y Kon-kursu „Laur InnowacyjnoÊci” Euge-niusz Budny, prezes Warszawskie-go Domu Technika NOTJerzy Ro˝ekoraz prezes Zespo∏u Us∏ug Technicz-nych RS NOT, przewodniczàcy GKRFSNT-NOT Ryszard Marciƒczak.

List gratulacyjny do organizatorówi laureatów konkursu wystosowa∏wicepremier minister gospodarkiJanusz Piechociƒski.

„Laur InnowacyjnoÊci” Kapitu∏aKonkursu przyzna∏a 41 firmom,

plus jedno wyró˝nienie, w 14 kate-goriach: I. Budownictwo, konstruk-cje, bezpieczeƒstwo i po˝arnictwo;II. Ekologia, geodezja, gospodarkawodna; III. Energetyka, elektro-technika; IV. Górnictwo i hutnictwo;V. Informatyka, telekomunikacja,elektronika, automatyka; VI. In˝y-nieria materia∏owa, nanotechnolo-gie; VII. Mechanika, maszyny i urzà-dzenia; VIII. Technika medyczna,przemys∏ farmaceutyczny, chemia;IX. Przemys∏ spo˝ywczy, rolnictwo,ogrodnictwo, leÊnictwo; X. Obiektyu˝ytecznoÊci publicznej; XI. Trans-port, komunikacja; XII. W∏ókien-nictwo, papiernictwo, opakowania.XIII. Innowacje o charakterze spo-∏eczno-gospodarczym; XIV. Technikawojskowa.

W kategorii „Mechanika, maszynyi urzàdzenia” nagrody otrzyma∏yfirmy:

� Bràzowy Laur InnowacyjnoÊci:STIGAL za projekt: G∏owica Mul-

ti3D do ci´cia i fazowania plazmài tlenem oraz spawania

� Srebrny Laur InnowacyjnoÊci:Prima Power Central Europe

Sp. z o.o. za projekt: The System– w pe∏ni zautomatyzowana innowa-cyjna linia do obróbki blachy

� Z∏oty Laur InnowacyjnoÊci:Eckert AS Sp. z o.o. za projekt:

Diament Fiber Laser z systememPiercing Control System (PCS – Sys-tem Kontroli Przebijania)

Radioline

Nagrody za innowacyjnoÊçLaur InnowacyjnoÊci 2014

Fot. (mj)



Cićie materia∏ów i ich obróbkaprzez szlifowanie czy polerowanie sàjednymi z najstarszych technologiiwykorzystywanych przez cz∏owieka.

Mimo post´pów w zakresie ob-róbki skrawaniem szlifowanie nadalpozostaje jednà z g∏ównych metodwykorzystywanych w przemyÊleprecyzyjnym. Mateusz Cieniek,Okamoto Application Engineer zcentrum badawczo-rozwojowegowe Wroc∏awiu: „Nie ma mo˝liwoÊciuzyskania powierzchni absolutnieg∏adkiej, jednak wcià˝ dà˝ymy doosiàgnićia stanu idealnego. Tylkonieliczne metody obróbki pozwalajàuzyskaç jakoÊç powierzchni, jakàotrzymujemy w procesie bardzo do-k∏adnego szlifowania, docierania,honowania i polerowania. Nowerozwiàzania z zakresu technologiiurzàdzeƒ, spoiw i Êcierniw, a tak˝enowe metody obciàgania Êciernicstale poszerzajà zakres mo˝liwoÊci”.

Ze wzgl´du na mo˝liwoÊci zasto-sowania g∏adkie powierzchnie sàistotne dla producentów, którzycz´sto ju˝ na etapie opracowywanianp. nowych urzàdzeƒ uwzgl´dnia-jà je jako elementy konstrukcyjne.Typowym przyk∏adem jest szyb-koÊciowe skrawanie metali, któremo˝e byç wykonywane wy∏àcznieza pomocà urzàdzeƒ zbudowanychz wyjàtkowo precyzyjnie wykona-nych elementów. Tolerancje okreÊ-lane dla prowadnic, wa∏ów i kó∏

z´batych sà na ostrzach narz´dzi za-w´˝ane i ze wzgl´du na wyst´pu-jàce w tych miejscach znaczne ob-cià˝enie ich przekroczenie mo˝eskutkowaç nieefektywnà pracà urzà-dzenia lub niedopuszczalnà nie-dok∏adnoÊcià wykonania. Aby mo˝-liwe by∏o wykonanie elementówz dok∏adnoÊcià < 1 µm, niezb´dnejest stosowanie precyzyjnych szli-fierek i systemów narz´dziowych.

Mateusz Cieniek: „ChropowatoÊçpowierzchni elementów ma zasad-niczy wp∏yw na jakoÊç i trwa∏oÊçproduktu. G∏adkoÊç powierzchni toponadto wa˝ny czynnik pozwala-jàcy zwi´kszyç efektywnoÊç ener-getycznà i surowcowà. Dzi´ki niemuproducenci majà mo˝liwoÊç trwa-∏ego obni˝enia szkodliwego oddzia-∏ywania na Êrodowisko, na przy-k∏ad przez zmniejszone zu˝yciesmarów czy stosowanie wydajniej-szych i bardziej oszcz´dnych sil-ników. I tak na przyk∏ad nowoczesne∏o˝yska toczne z niskim oporemtarcia cechujà si´ wyraênie wy˝szàdok∏adnoÊcià biegu i wymiaróworaz – za sprawà ulepszonej po-wierzchni – wspó∏czynnikiem tarciaznacznie ni˝szym od ∏o˝ysk, którejeszcze do niedawna by∏y pow-szechnie stosowane. Tym samymokres eksploatacji produktu zosta-je istotnie wyd∏u˝ony, zwi´kszajàcefektywnoÊç i ekonomicznoÊç na-p´dów.”

w której elementy, takie jak: ∏o˝e,∏o˝yskowanie sto∏u szlifierskiego,nap´dy liniowe, prowadnice i sys-temy obróbki skrawaniem zapro-jektowano z myÊlà o efektywnoÊciekonomicznej i najwy˝szej precyzji.Mateusz Cieniek: „Stosujàc przy-k∏adowo szlifierki do p∏aszczyznfirmy Okamoto, mo˝liwe jest uzys-kanie kszta∏tu powierzchni w za-kresie wymiarowym wyra˝anymw mikrometrach z zachowaniemtolerancji o ponad po∏ow´ mniej-szych ni˝ dotychczas obowiàzu-jàce. Przy tego rodzaju szlifowa-niu mo˝emy zachowaç tolerancjemaks. 0,5 µm na powierzchni ruchuposuwowego sto∏u o wymiarach4000 mm wzd∏u˝nie × 800 mmpoprzecznie. Przyk∏adem zastoso-wania najnowoczeÊniejszych urzà-dzeƒ firmy Okamoto w przemyÊleoptycznym jest obróbka mechanicz-na szkie∏ pomiarowych i zwiercia-de∏ optycznych, gdzie na odcinkuo d∏ugoÊci 1500 mm mo˝liwe jestuzyskanie 30 nm. Podczas polero-wania na lustrzany po∏ysk dzi´kitechnologii „Zero-Ideal” szlifierkaOkamoto UPZ 525 NCII umo˝liwiauzyskanie powierzchni o chropo-watoÊci Ra 0,087 µm przy gruboÊciwarstwy skrawanej 0,004 mm.”

Innym przyk∏adem urzàdzenia ∏à-czàcego szybkoÊç z precyzjà jest

Innowacyjne konstrukcje urzàdzeƒdo szlifowania precyzyjnego i szybkoÊciowego

Fot. 1. Firma Okamoto oferuje komplek-sowe rozwiàzania do szlifowania Êcier-nicowego, umo˝liwiajàce u˝ytkownikomszybkie i ekonomiczne szlifowanie z za-chowaniem najwy˝szej precyzji; do tegocelu szlifierka PRG DXNC ze sto∏em ob-rotowym zosta∏a wyposa˝ona w techno-logi´ „Zero-Ideal” (fot. Okamoto Europe)

We wszystkich sektorach produkcji przemys∏owej – poczàwszy od cićiawalców krzemowych, przez polerowanie form odlewniczych, a˝ do wy-twarzania najdrobniejszych elementów: zakres tolerancji dok∏adnoÊciwykonania kszta∏tu powierzchni jest stale zaw´˝any, a dopuszczalnàchropowatoÊç okreÊla si´ w wymiarach niemal nanometrycznych.Tendencje te wymuszane sà zarówno przez post´pujàcà miniaturyzacj´,jak i dà˝enie do wytwarzania maszyn, pojazdów i urzàdzeƒ zu˝ywajàcychcoraz mniej energii i surowców. Dlatego te˝ g∏adkoÊç powierzchni– powlekanych, szlifowanych, docieranych czy polerowanych – to wa˝nyczynnik decydujàcy o efektywnoÊci innowacyjnych produktów.

Technologia „Zero-Ideal”– po∏àczenie szybkoÊci i precyzji

Firma Okamoto oferuje komplek-sowe rozwiàzania do szlifowaniaÊciernicowego, umo˝liwiajàce u˝yt-kownikom szybkie i ekonomiczneszlifowanie z zachowaniem najwy˝-szej precyzji. W tym celu wszystkie

modele szlifierek ze sto∏em obro-towym, szlifierki bramowe, szlifierkido p∏aszczyzn oraz do szlifowaniakszta∏towego wyposa˝ono w tech-nologi´ „Zero-Ideal” (fot. 1). Obej-muje ona konstrukcj´ urzàdzenia,


Fot. 2. Przyk∏adem urzàdzenia ∏àczàcego szybkoÊçz precyzjà jest model IGM 15 NC III do szlifowa-nia wewn´trznych powierzchni walcowych; za-stosowanie wrzecion z silnikiem pràdu wysokiejcz´stotliwoÊci i zakresem pr´dkoÊci obrotowej10 000 – 60 000 min-1 gwarantuje uzyskanie po˝à-danych rezultatów (fot. Okamoto Europe)

Fot. 3. WydajnoÊç i maksymalna precyzja ekspresowej obróbki tozalety, z których korzystajà u˝ytkownicy modelu szlifierki profilowejmikro „Double Eagle” UPZ 210 Li II (fot. Okamoto Europe)


Ramiona robotyczne UR5 i UR10wyposa˝one sà w wiele nowychfunkcji przy sta∏ym za∏o˝eniu kon-struowania ∏atwych w u˝ytkowa-niu, lekkich robotów przeznaczo-

nych do bezpiecznej wspó∏pracyrobota rami´ w rami´ z cz∏owie-kiem. Wyglàd zewn´trzny szeÊcio-przegubowych ramion o udêwigu5 i 10 kilogramów nie zmieni∏ si´.

G∏ównà innowacjànowej generacji ro-botów UR sà enko-dery True Absolute,co pozwala na szyb-sze uruchomienierobota. Pozycja bez-wzgl´dna jest roz-poznawana zaraz pojego w∏àczeniu, eli-minujàc potrzeb´kalibracji ramieniarobota.

Ustawienia syste-mu bezpieczeƒstwanajnowszej genera-cji lekkich robotów

Universal Robots mo˝na dostoso-waç do indywidualnych rozwiàzaƒ.Rami´ mo˝e funkcjonowaç w dwóchtrybach bezpieczeƒstwa – normal-nym oraz ograniczonym. Zmianaustawieƒ jest mo˝liwa równie˝w czasie dzia∏ania robota. Do reali-zacji tych funkcji konieczne jestmonitorowanie oÊmiu nowych funk-cji bezpieczeƒstwa przez nowo opa-tentowany system bezpieczeƒstwa:pozycji i pr´dkoÊci przegubu, po-zycji TCP (tool-center-point) robota,kierunku, pr´dkoÊci i si∏y, jak rów-nie˝ p´du oraz mocy robota. Usta-wienia mogà byç zmienione jedynieprzez osoby posiadajàce dost´p dohas∏a. Wszystkie funkcje bezpieczeƒ-stwa zosta∏y przetestowane zgod-nie z normà PL d oraz certyfikowaneprzez TÜV.

System bezpieczeƒstwa URSafety 3.0 nowej generacji robo-tów UR5 i UR10 jest certyfikowanyprzez TÜV Nord i przetestowanyzgodnie z normà EN ISO 13849:2008PL d oraz EN ISO 10218-1:2011,pkt 5.4.3.

Kolejne usprawnienia to szes-naÊcie dodatkowych cyfrowychuk∏adów wejÊç/wyjÊç – prostych do

Nowa generacja lekkich robotów Universal RobotsPodczas Mi´dzynarodowych Targów Przemys∏owych MSV w Brniew 2014 r. Universal Robots zaprezentowa∏ trzecià generacj´ lekkichrobotów UR5 oraz UR10. Ulepszone ramiona robotyczne zosta∏ywyposa˝one w specjalne funkcje – enkodery True Absolute, osiemnowych regulowanych funkcji systemu bezpieczeƒstwa, podwojonàliczb´ wbudowanych uk∏adów wejÊç/wyjÊç oraz zwi´kszonà mo˝liwoÊçpod∏àczeƒ urzàdzeƒ do kontrolera. System bezpieczeƒstwa robotównowej generacji posiada certyfikat TÜV.

�

model IGM 15 NC III 2 do szlifowaniawewn´trznych powierzchni walco-wych (fot. 2). Zastosowanie wrzecionz silnikiem pràdu wysokiej cz´stotli-woÊci i zakresem pr´dkoÊci obroto-wej 10 000 – 60 000 min-1 gwarantujeuzyskanie po˝àdanych rezultatów.Aby zapewniç maksymalnà dok∏ad-

noÊç powtarzalnoÊci, podczas posu-wu poprzecznego standardowo ak-tywowany jest system stabilizacjitemperatury Êruby pociàgowej.

WydajnoÊç i maksymalna precyzjaekspresowej obróbki to cechy cha-rakteryzujàce model szlifierki pro-filowej mikro „Double Eagle” UPZ

210 Li II, umo˝liwiajàcej prac´wrzeciona z pr´dkoÊcià obrotowà40 000 min-1 (fot. 3). Najnowszesilniki liniowe zapewniajàce maksy-malnà precyzj´ i do 250 skokówpodwójnych/min pozwalajà na wy-jàtkowo szybkà obróbk´ przy pr´d-koÊci posuwu sto∏u rz´du 50 m/min.



skonfigurowania zarówno jako syg-na∏y cyfrowe, jak i sygna∏y bezpie-czeƒstwa oraz przebudowany kon-troler wraz ze zmienionym wyglà-dem.

SzeÊcioprzegubowe, wydajne ra-miona robotyczne UR5 i UR10zosta∏y zaprojektowane z myÊlào ma∏ych i Êrednich przedsi´bior-stwach. Dzi´ki ich niewielkiejwadze oraz ∏atwoÊci obs∏ugi przyu˝yciu panelu dotykowego, ró˝-nego rodzaju aplikacje mogà byçtworzone szybko, bez koniecznoÊciskomplikowanych szkoleƒ czy po-siadania specjalistycznej wiedzy.

Nowa generacja robotów Uni-versal Robots jest ju˝ dost´pnaw Polsce oraz w ca∏ym regionieEuropy Ârodkowo-Wschodniej.

Firma Eaton wprowadzi∏a na ryneknowà seri´ E75/E76 wydajnych czuj-ników fotoelektrycznych z regulo-wanym obszarem t∏umienia t∏a i roz-szerzonym zakresem detekcji. G∏ów-nym elementem tego rozwiàzaniajest technologia IntelliView. ¸àczyona du˝à liczb´ nowych technikwykrywania kontrastu, koloru i lu-minescencji dla szczególnie trud-nych aplikacji, w których wymaganajest zwi´kszona precyzja przy wi´k-szych odleg∏oÊciach i niesprzyjajà-cych warunkach otoczenia. Urzà-dzenia dzi´ki ma∏ej liczbie b∏´dóww wykrywaniu sprawdzajà si´ w naj-trudniejszych aplikacjach.

Wraz z serià E75/76 Eaton wpro-wadzi∏ czujniki fotoelektryczne z re-gulowanym obszarem t∏umienia t∏a.Wykrywajà one precyzyjnie obiektydo odleg∏oÊci 190 cm, jednoczeÊniet∏umiàc np. wp∏yw kraw´dzi opa-kowania/pojemnika. Poza szerokimzakresem zastosowaƒ, czujniki wy-ró˝niajà si´ prostà instalacjà, copozwala na ich przystosowanie dowymagaƒ wynikajàcych z warun-ków pracy.

Firma Eaton opracowa∏a rów-nie˝ laserowe czujniki odleg∏oÊci zezwi´kszonà g∏´bokoÊcià detekcji,specjalnie dla serii E75/E76. Majàone na wyjÊciu sygna∏ w przedziale0 – 10 V, który zmienia si´ w zakre-sie pracy urzàdzenia proporcjonal-nie do odleg∏oÊci pomi´dzy czo∏emczujnika a wykrywanym obiektem.

Zintegrowany la-ser klasy II wykry-wa obiekty w za-kresie odleg∏oÊciod 0,3 m do 4 m.Oprócz wyjÊç ana-logowych, noweczujniki majà dwawyjÊcia PNP, któremo˝na zaprogra-mowaç tak, abyprze∏àcza∏y si´przy ustalanychodleg∏oÊciach.

Czujniki foto-elektryczne fir-my Eaton z seriiE75/E76 sà po-dzielone na detektory koloru, kon-trastu i luminescencji.

Czujniki koloru wykorzystujà nowyalgorytm „chromatycznoÊç plus na-t´˝enie”. Zapewnia to zwi´kszonàczu∏oÊç na zmiany odcieni kolorui poprawia rozró˝nianie skali odcie-ni szaroÊci. Tryb „chromatycznoÊçplus nat´˝enie” jest zalecany dodetekcji ró˝nych kolorów na tymsamym typie materia∏u w zakre-sie wykrywania obiektów od 5 do45 mm od czo∏a czujnika. Standar-dowo mo˝na zaprogramowaç trzyodcienie koloru. OÊmiopinowe mi-kroz∏àcze M12 zapewnia równie˝transmisj´ sygna∏ów analogowych.Wersje ze z∏àczem szeregowym(RS 485) umo˝liwiajà zdalnà komu-nikacj´.

Czujniki kontrastu sà idealne dowykrywania odcieni szaroÊci (np.znaków pozycjonujàcych) lub obiek-tów ró˝niàcych si´ kolorem, jakrównie˝ do detekcji obiektów w za-kresie odleg∏oÊci do 10 mm od czo∏aczujnika.

Dzi´ki komplementarnym wyjÊ-ciom, czujniki mogà dzia∏aç w try-

bie jasno/ciemno. Zintegrowanew standardzie czteropinowe mikro-z∏àcze M12 u∏atwia w∏àczenie czuj-ników do istniejàcych instalacji.

Przedmioty z powierzchniami od-bijajàcymi lub obiekty Êwiecàce sàwykrywane przez czujniki lumines-cencyjne E75/E76 w zakresie od-leg∏oÊci od 8 mm do 20 mm odczujnika. Przyjazna procedura kon-figuracji umo˝liwia u˝ytkownikomdostosowanie ich do swoich apli-kacji w zaledwie trzech krokach.

Firma Eaton oferuje szeroki za-kres dost´pnych globalnie czujni-ków o maksymalnej precyzji, przy-stosowanych do prawie ka˝dej apli-kacji. Poza mechanicznymi ∏àczni-kami kraƒcowymi, producent ofe-ruje ponad 1000 ró˝nych typówczujników indukcyjnych, optycznychi pojemnoÊciowych. Produkty te sàwykorzystywane przede wszystkimw budowie maszyn, technologiachpakowania, transporcie materia∏óworaz w przemyÊle spo˝ywczym.

Wi´cej informacji na stroniewww.eaton.eu

Czujniki do zastosowaƒ specjalnych

Wi´kszoÊç kupowanych przez nasprzedmiotów nie powsta∏aby bezwykorzystania silników elektrycz-nych. Szacuje si´, ˝e na Êwieciezak∏ady produkcyjne u˝ywajà po-nad 700 milionów silników elekt-rycznych. Wi´kszoÊç z nich pracujew trudnych warunkach eksploata-cyjnych, którym towarzyszà wyso-

kie pr´dkoÊci, temperatury oraz ciÊ-nienia. Tak wymagajàce Êrodowis-ko pracy sprzyja przyÊpieszonemuzu˝yciu silnika i awariom, a to z koleimo˝e zachwiaç wynikami finan-sowymi firmy. Dlatego wybór sma-rów zapewniajàcych niezawodnài d∏ugà prac´ silnika mo˝na okreÊliçmianem strategicznej decyzji.

Smarowanie silników elektrycznychWy˝sza produktywnoÊç i skuteczna ochrona ∏o˝ysk

Dokoƒczenie z 12 str.



Rola dobrego smarowaniaSmar w ∏o˝yskach silników elekt-

rycznych nie tylko chroni je przedzu˝yciem, ale równie˝ zabezpieczaprzed korozjà, py∏em i innymi za-nieczyszczeniami. Co ciekawe, po-nad 90% problemów z ∏o˝yskamito efekt nadmiernego smarowania,które mo˝e powodowaç rozrywanieuszczelnieƒ i przedostawanie si´smaru wprost na uzwojenia silnikaz pominićiem ∏o˝yska. Dobry wy-bór smaru pozwala znacznie ogra-niczyç koszty operacyjne, poprawiçprac´ ∏o˝ysk oraz zwi´kszyç ichochron´, a tym samym wyd∏u˝yçokres eksploatacji silnika elektrycz-nego i podnieÊç produktywnoÊçzak∏adu.

Smar jako produkt pó∏sta∏y sk∏a-da si´ z bazy olejowej, zag´szcza-cza oraz dodatków. Zachowuje sińiczym gàbka nasàczona olejem,która pod wp∏ywem si∏ zewn´trz-nych uwalnia olej smarujàcy cz´Êcimechaniczne. Gdy si∏a zewn´trznazanika, zag´szczacz poch∏ania cz´Êçuwolnionego oleju do czasu ponow-nego uruchomienia silnika. Smarysà powszechnie u˝ywane w ∏o˝ys-kach silników elektrycznych zewzgl´du na ich ∏atwe aplikowaniei wyjàtkowe w∏aÊciwoÊci. Smary nietylko ograniczajà tarcie i chroniàprzed zu˝yciem. Odpowiednio do-brane zabezpieczajà tak˝e przedkorozjà oraz dzia∏ajà podobnie douszczelnienia chroniàcego przedzanieczyszczeniami.

Dobór prawid∏owego smaruDobór odpowiedniej konsystencji

smaru to decyzja, od której zale˝yskutecznoÊç ochrony ∏o˝ysk silnikówelektrycznych. Po wyborze klasykonsystencji wg NLGI, kolejnymkrokiem, który pozwoli ograniczyçliczb´ nieplanowych przestojów, jestzapewnienie odpowiedniego pozio-mu wydzielania oleju ze smaru.Podczas pracy silnika elektrycznegosmar jest nara˝ony na nadmier-ne Êcinanie mechaniczne, skrajne

temperatury, termiczno-oksydacyjnàdegradacj´ zag´szczacza i olejusmarujàcego, kontakt z wodà orazinnymi zanieczyszczeniami. Wymie-nione czynniki mogà ograniczyçwydajnoÊç oraz uniemo˝liwiç opty-malne smarowanie.

Wybór smaru do ∏o˝ysk silnikówelektrycznych powinien zak∏adaçosiàgnićie nast´pujàcych korzyÊci:

� Wydajna praca w wysokichtemperaturach oraz wolne wydzie-lanie oleju. ¸o˝yska silników elekt-rycznych, w szczególnoÊci osadzonena koƒcu wa∏ka nap´dowego, cz´stopracujà w wy˝szej temperaturzeni˝ inne elementy urzàdzenia. Dla-tego skutecznoÊç dzia∏ania smaruw skrajnych temperaturach i wolnewydzielanie oleju sà tak istotne dlautrzymania wysokiej wydajnoÊci.Nawet ca∏kowicie zamkni´ty i ch∏o-dzony powietrzem silnik mo˝e pra-cowaç przy sta∏ej temperaturze 95°C.

� Ochrona przed korozjà. Silnikielektryczne mogà byç sporadycz-nie „mokre” nie ze wzgl´du na ichkonstrukcj´, ale przez cz´stà prac´w wysokich temperaturach, dzi´kiczemu woda mo˝e odparowaç szyb-ciej, nara˝ajàc ∏o˝yska na poten-cjalne dzia∏anie korozji. Je˝eli silnikjest u˝ywany z przerwami, wówczassmar o w∏aÊciwoÊciach antykoro-zyjnych b´dzie chroniç przed mo˝-liwà kondensacjà pary wodnejw momencie, gdy ∏o˝ysko sch∏adzasi´ w warunkach du˝ej wilgotnoÊcipowietrza.

� Wydajna praca w niskich tem-peraturach. Smary przygotowanedo pracy w niskich temperaturachskutecznie chronià ∏o˝ysko pod-czas uruchamiania silnika elekt-rycznego w zimowych warunkach.Niskie temperatury mogà prowadziçdo zmiany momentu obrotowegoi uszkodzenia uszczelnieƒ.

Syntetyczny czy mineralny?Smary do silników elektrycznych

mogà byç produkowane z wyko-rzystaniem mineralnego lub synte-tycznego oleju bazowego. Wi´k-szoÊç olejów mineralnych zapewniawystarczajàcà ochron´ wi´kszoÊci∏o˝ysk silników elektrycznych. Jed-nak bardziej zaawansowane synte-tyczne oleje bazowe mogà okazaçsi´ niezb´dne wsz´dzie tam, gdziesilniki elektryczne sà nara˝one nadzia∏anie skrajnych temperatur lubgdzie wymagane sà d∏u˝sze okresy

pomi´dzy przeglàdami serwisowy-mi.

Zag´szczacz w smarze synte-tycznym dzia∏a jak noÊnik i zabez-piecza przed wyciekami. Niektórez powszechnie u˝ywanych zag´sz-czaczy zawierajà myd∏a metalicz-ne, które w swoim sk∏adzie zawie-rajà wapƒ, lit, sód, glin lub bar i z∏o-˝one myd∏a metaliczne, takie jakkompleks litowy.

Zag´szczacze polimocznikowe co-raz cz´Êciej sà u˝ywane do ochro-ny ∏o˝ysk w silnikach elektrycz-nych oraz sà istotnym sk∏adnikiemserii smarów Mobil Polyrex™ EM,które zosta∏y opracowane z myÊlào ochronie ∏o˝ysk silników elekt-rycznych i zachowaniu swoich w∏aÊ-ciwoÊci podczas pracy w wysokichtemperaturach i przy wysokich pr´d-koÊciach silnika.

Opracowany przez ExxonMobilzag´szczacz polimocznikowy za-pewnia skutecznà ochron´ ∏o˝yskpodczas pracy w bardzo wysokichtemperaturach. Seria smarów MobilPolyrex EM mo˝e pracowaç w za-kresie temperatur od -20 do 160°C.Pomaga zwi´kszyç skutecznoÊçochrony sprz´tu, wyd∏u˝yç okresypomi´dzy wymianami Êrodka smar-nego oraz ograniczyç koszty ser-wisowe.

Wymierne oszcz´dnoÊciJednym z przyk∏adów przewagi

nowoczesnych smarów nad pro-duktami konwencjonalnymi sà testyserii Mobil Polyrex EM w tureckiejrafinerii ropy naftowej. Po ich za-koƒczeniu, rafineria zanotowa∏a is-totnà popraw´ swojego funkcjo-



Na targach SPS IPC Drivesw Niemczech w koƒcu ub.r. firmaprzedstawi∏a nowy program wiedzyin˝ynierskiej, optymalizujàcy efek-tywnoÊç procesów in˝ynierii. EplanExperience przygotowano dla no-wych i obecnych klientów ze wszyst-kich ga∏´zi przemys∏u, w którychfirma Eplan prowadzi obecnie ak-tywnà dzia∏alnoÊç. Eplan Experienceopiera si´ w du˝ym stopniu nainformacjach zwrotnych, uzyska-nych od globalnych klientów Eplanprowadzàcych dzia∏alnoÊç w ró˝-nych sektorach przemys∏u.

Celem Eplan Experience jestzwi´kszenie wydajnoÊci. Programjest ca∏kowicie zintegrowany z obec-nà Platformà Eplan. Cechuje si´modu∏owà strukturà, obejmujàcàosiem tzw. Fields of Action – spe-cyficznych obszarów, które – zda-niem firmy – nadajà si´ do opty-malizacji i uczynienia ich bardziejwydajnymi:

IT Infrastructure polega na in-tegracji wykorzystywanego przezklientów oprogramowania Eplanw ich infrastrukturach IT w spo-sób zapewniajàcy najwy˝szà wy-dajnoÊç. Ma to zapewniç bezprob-lemowy i ∏atwy proces instalacjii aktualizacji.

Platform Setup pozwala kliento-wi wykonaç specyficznà dla danejaplikacji konfiguracj´ programu,zapewniajàcà idealne Êrodowiskopracy. Pomaga definiowaç i imple-mentowaç ustawienia platformyw optymalny sposób.

Codes & Standards dostarczawskazówek dotyczàcych ustawieƒoraz wykorzystania danych urzàdze-nia i danych nadrz´dnych (masterdata). Pozwala firmom zapewniçkompatybilnoÊç ze wszystkimi nie-zb´dnymi standardami globalny-mi dla dokumentacji i produkcji,w tym z nowym standardem IEC81346.

Product Structure daje ∏atwà me-tod´ strukturyzacji maszyn i sys-

temów. Zapewnia to przejrzystastruktura i system oznaczeƒ produk-tów i technologii przyj´te za pod-staw´ metod automatyzacji i wspó∏-pracy interdyscyplinarnej.

Design Methods – Wybór i im-plementacja najbardziej efektyw-nych metod projektowania sà naj-bardziej istotne w zapewnieniu efek-tywnej in˝ynierii. Wspó∏pracujàcz ekspertami z firmy Eplan, kliencib´dà mogli analizowaç, oceniaç,definiowaç i implementowaç wyb-rane metody projektowania, zmniej-szajàc nak∏ady in˝ynieryjne i skra-cajàc czas planowania projektu.

Workflow pozwala na ewaluacj´i automatyzacj´ procesów projek-towania krok po kroku przy u˝yciuskryptów API lub dodatkowychspecjalizowanych narz´dzi. Poz-wala to zmniejszyç liczb´ b∏´dów,zintegrowaç technologi´ danychw procesach i zapewniç spójnoÊçw ramach in˝ynierii.

Process Integration integrujeprzep∏yw prac (workflow) w pro-cesach u˝ytkownika. Odbywa si´to przez wykorzystywanie dodatko-wego potencja∏u i procesów przy-leg∏ych do procesu konstrukcyjnego(PDM/ERP).

Project Management. Aby zapew-niç maksymalnà wydajnoÊç w mo˝-liwie najkrótszym czasie, EplanExperience dostarcza plan projektuoparty na standaryzowanych pro-cesach.

Pierwszym celem uruchomieniaprogramu Eplan Experience w lis-topadzie 2014 r. by∏y dwa obszaryFields of Action o nazwach Codes& Standards i Design Methods. Jed-nym z najwa˝niejszych priorytetówdla klientów jest zaimplementowa-nie nowego standardu IEC 81346w ich Êrodowiskach in˝ynieryjnych.Standard IEC 81346 okreÊla pod-stawy strukturyzacji produktów, ma-szyn i zak∏adów, dla tak wielu dys-cyplin, jak to tylko mo˝liwe, i wpro-wadza spójnà terminologi´.

„Your Gateway to Greater Efficiency”EPLAN Software & Service opracowuje rozwiàzania in˝ynieryjne, któreprzyspieszajà procesy tworzenia produktów. Interdyscyplinarne systemyeksperckie zapewniajà maksymalnà produktywnoÊç i integracj´ danych.Firma opracowuje dopasowane do potrzeb klientów koncepcje PDM (pro-duct data management) i PLM (product lifecycle management) oraz za-pewnia kompleksowe us∏ugi, takie jak: doradztwo, szkolenia i indywi-dualizacj´ rozwiàzaƒ.

nowania, w tym zwi´kszonà trwa-∏oÊç ∏o˝ysk oraz spadek kosztówoperacyjnych i serwisowych.

WczeÊniej firma u˝ywa∏a do sma-rowania ∏o˝ysk w silnikach elekt-rycznych i wentylatorach na wy-dzia∏ach technologicznych w rafi-nerii konwencjonalnego smaru z do-datkami typu EP na maksymalnenaciski. Jednak bardzo wysokie tem-peratury powodowa∏y awarie ∏o-˝ysk, co prowadzi∏o do d∏ugich i nie-planowych przestojów. Aby rozwià-zaç problem, firma stosowa∏a wi´k-szà iloÊç smaru. Jednak efektem tejdecyzji by∏ wzrost kosztów i mo˝-liwoÊç wystàpienia nowych prob-lemów zwiàzanych z nadmiernymsmarowaniem.

Zgodnie z rekomendacjami spec-jalistów ds. technicznych Exxon-Mobil, firma zmieni∏a dotychczasstosowany Êrodek smarny na MobilPolyrex EM. Dzi´ki odpornoÊcismaru ExxonMobil na utlenianie,wibracje ∏o˝yska zosta∏y znacznieograniczone. Spó∏ka zaobserwowa∏a43% zmniejszenie wymiany ∏o˝ysk,co w skali roku oznacza oszcz´d-noÊci na poziomie 252 000 USD*. Cowi´cej, straty w produkcji i kosztypracy zwiàzane z wymianà ∏o˝yskzosta∏y znacznie ograniczone. Firmazmniejszy∏a tak˝e liczb´ niepla-nowych przestojów.

Przewaga na rynkuZrozumienie zasad, jakimi nale˝y

kierowaç si´ przy wyborze smarówdo silników elektrycznych, mo˝emieç istotny wp∏yw na produktyw-noÊç i poprawiç pozycj´ firmy nawysoko konkurencyjnym rynku.W czasach, gdy firmy szukajà spo-sobów na ograniczenie kosztówi popraw´ produktywnoÊci, na zna-czeniu zyskuje w∏aÊciwa eksploa-tacja maszyn i urzàdzeƒ. Jednymz jej elementów jest wybór odpo-wiedniego smaru oraz wspó∏pracaze sprawdzonym i doÊwiadczonymdostawcà Êrodków smarnych, któryposiada wiedz´ technicznà i mo˝epomóc firmie wybraç optymalnyprodukt smarny.

* Wyniki opierajà si´ na doÊwiadcze-niu pojedynczego klienta. RzeczywistekorzyÊci mogà si´ ró˝niç w zale˝noÊci odrodzaju u˝ywanego sprz´tu i jego serwi-sowania, warunków pracy oraz otoczeniai wczeÊniej u˝ywanego Êrodka smarnego.

Mat. i fot. firmy Exxon Mobil Poland



EPLAN Engineering Center zmie-ni∏ nazw´ na EPLAN EngineeringConfiguration: nowa nazwa zosta∏awprowadzona w wersji 2.4, w celupodkreÊlenia, ˝e konfiguracja sta-nowi wbudowanà funkcj´ sys-temów in˝ynieryjnych EPLAN.Mimo zmiany nazwy jej skrót EECjest identyczny jak poprzednio,natomiast konfiguracja, jako pod-stawowa funkcjonalnoÊç, znajdujesi´ teraz w nazwie produktu.

Konfiguracja mechatroniki jestjednym z najwa˝niejszych zagad-nieƒ w zakresie us∏ug oferowanychprzez EPLAN Engineering Center.Ju˝ od wielu lat firma EPLANoferowa∏a narz´dzia dla mecha-troniki za poÊrednictwem progra-mu EEC, który by∏ wykorzystywanydo konfiguracji komponentów i ma-szyn, a nawet z∏o˝onych projektówinstalacyjnych.

Decyzj´ o zmianie nazwy EECpodj´to, bioràc pod uwag´ nas-

t´pujàce cechy oprogramowa-nia:

� EPLAN reprezentuje „efek-tywnà in˝ynieri´” – standaryzacjai modularyzacja przez konfigu-racj´

� spójnoÊç konfiguracji wÊródwszystkich dyscyplin in˝yniers-kich, w tym mechaniki, elektrykii oprogramowania sprawia, ˝ew perspektywie b´dzie mo˝liwakonfiguracja mechatroniczna.

Wraz ze zmianà nazwy zmieni∏si´ numer wersji EEC, który b´dzieteraz zsynchronizowany z wersjàPlatformy EPLAN. U˝ytkownicychcàcy wykorzystaç EEC do two-rzenia schematów i szablonówmonta˝owych 3D za poÊrednict-wem systemów platformy b´dàkorzystaç z jednolitych wersji.

Przypisanie do systemów plat-formy – zw∏aszcza oprogramowa-nia EPLAN Electric P8 i EPLAN ProPanel – zosta∏o zatem uproszczone.

Nowa wersja rozwiàzania kon-figuracyjnego opiera si´ na spraw-dzonej technologii. U˝ytkownicynadal majà mo˝liwoÊç korzystaniaz modeli z poprzedniej wersji EEC.W wersji 2.4 wprowadzono kilkanowych funkcji zapewniajàcychoszcz´dnoÊç czasu: wraz ze staleoptymalizowanà integracjà z SAP,nowa wersja EEC ma standardo-wy serwer pozwalajàcy efektywnieintegrowaç przep∏ywy prac u˝yt-

kownika w istniejàcych Êrodo-wiskach IT.

W ramach dostosowania zmie-niono równie˝ nazw´ EEC One– systemu wprowadzajàcego dostandaryzacji i automatyzacji, opar-tego na Êrodowisku Excel. Jednàz najwa˝niejszych cech nowejwersji jest bezpoÊrednie sprz´˝e-nie z EPLAN Pro Panel, systememdo projektowanie szaf sterowni-czych i systemów rozdzielnicw trójwymiarze.

EEC One w wersji 2.4 ze zintegrowanymi wielofunkcyjnymi paskami narz´dziowymi i do∏àczonym oknem wyboru makropoleceƒ

EEC: Eplan Engineering Configuration


Zak∏ad Kolporta˝uWydawnictwa SIGMA-NOT Sp. z o.o.ul. Ku WiÊle 700-707 Warszawatel. 22 8403086,tel./fax 22 8911374www.sigma-not.pl

RUCH S.A. Oddzia∏ Warszawaoraz oddzia∏y w ca∏ym krajuInfolinia: 801 800 803www.prenumerata.ruch.com.pl

KOLPORTER S.A.ul. Zagnaƒska 6125-528 KielceInfolinia: 801 404 044www.kolporter.com.pl

GARMOND PRESS S.A.ul. Nakielska 301-106 Warszawatel. 22 8367059, 22 8367008www.garmond.com.pl

Redakcja PRZEGLÑD MECHANICZNYul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawatel. 22 8538113, 22 8430201 w. 255www.przegladmechaniczny.plCena 1 egz. w 2015 r.:• wersja drukowana – 24 z∏ (w tym 5% VAT)• wersja na CD – 12,20 z∏ (w tym 23% VAT)

Cena prenumeraty w 2015 r. (w tym VAT)wersja drukowana na noÊniku CD (pdf)kwartalnie – 72 z∏ kwartalnie – 36,60 z∏pó∏rocznie – 144 z∏ pó∏rocznie – 73,20 z∏rocznie – 288 z∏ rocznie – 146,40 z∏Redakcja przyjmuje zamówienia na prenumerat´ przezca∏y rok. Warunkiem przyj´cia i realizacji zamówienia jestotrzymanie z banku potwierdzenia wp∏aty.Prenumerata ze zleceniem wysy∏ki za granic´ – dla osóbprawnych i fizycznych – jest dwukrotnie wy˝sza.Wp∏at na prenumerat´ mo˝na dokonaç na ogólnie dost´p-nych blankietach w urz´dach pocztowych (przekazy pie-ni´˝ne) lub w bankach (polecenie przelewu), przekazujàcÊrodki pod adresem:Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego

„Przeglàd Mechaniczny”ul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawa

konto: BPH S.A. O/Warszawa97 1060 0076 0000 3210 0014 6850

Na blankiecie wp∏aty nale˝y podaç liczb´ egzemplarzy,okres prenumeraty oraz adres wysy∏kowy.

WARUNKI PRENUMERATY„Przeglàdu Mechanicznego” w 2015 r.

Prenumerat´ czasopisma mo˝na zamawiaç za poÊrednictwem nast´pujàcych instytucji:


O FIRMACH

Nowe nieelektrycznie sterowanerozdzielacze wielkoÊci nominalnej10 serii 5X zast´pujà rozdzielaczeserii 3X. Wyró˝niajà si´ wieloma za-letami. Przede wszystkim zwi´kszo-na zosta∏a moc dopuszczalna – ciÊ-nienie linii zlewowej wzros∏o z 160do 210 barów, a maksymalne ciÊ-nienie pracy z 315 do 350 barów.Ponadto, nowa seria rozdzielaczy jestwolna od chromu i dostosowana docieczy hydraulicznej typu HFC. Przyzmniejszonym ci´˝arze niezmienionezosta∏y wymiary przy∏àczeniowe anisi∏y sterujàce.

Charakterystyka techniczna:� WielkoÊç nominalna 10.� Seria 5X.� Maksymalne ciÊnienie pracy

350 barów.� CiÊnienie na linii sp∏ywowej

210 barów.Techniczne informacje dotyczàce

nowych rozdzielaczy dost´pne sàw karcie katalogowej RE22334.

www.boschrexroth.pl

Europejski oddzia∏ firmy NSK uru-chomi∏ nowy kana∏ na portalu wideo– YouTube. NSK chce wykorzys-taç rosnàcà popularnoÊç tabletów,smartfonów i innych urzàdzeƒ mo-bilnych w komunikacji z klientami,a jednoczeÊnie zwróciç si´ z ofertàbezpoÊrednio do osób wybiera-jàcych krótkie filmy wideo w Inter-necie jako g∏ówne êród∏o informacji.

Firma zdecydowa∏a si´ na stwo-rzenie kana∏u, dzi´ki któremu b´dzieprzekazywaç informacje o swoichproduktach i zaawansowanych tech-nologicznie zak∏adach produkcyj-nych. Teraz dystrybutorzy i odbiorcykoƒcowi ∏o˝ysk NSK mogà na bie-˝àco Êledziç najnowsze trendy w roz-woju produkcji, a tak˝e zobaczyç,jak wyglàda praca w fabrykach

jednego z najwi´kszych na Êwiecieproducentów ∏o˝ysk.

NSK jest jednà z niewielu firmz bran˝y przemys∏owej, które po-stanowi∏y wykorzystaç rosnàcà po-pularnoÊç krótkich form filmowychw celu stworzenia nowej linii ko-munikacji z klientami. Dzi´ki temufirma zyska∏a mo˝liwoÊç ∏atwejprezentacji korzyÊci p∏ynàcych z wy-korzystywania swoich produktów.

Przez kana∏ YouTube udost´pnio-na zosta∏a biblioteka z filmami przed-stawiajàcymi szczegó∏owo konkret-ne produkty. Mo˝liwe jest nawetodbycie wirtualnej wycieczki poniektórych zak∏adach produkcyj-nych i sprawdzenie, w jaki sposóbpowstajà najbardziej zaawansowa-ne technologicznie ∏o˝yska.

Kana∏ b´dzie regularnie aktualizo-wany o nowe treÊci.

Firma Sandvik Coromant – czo-∏owy dostawca narz´dzi skrawa-jàcych, rozwiàzaƒ narz´dziowychi know-how dla bran˝y obróbkimetalu, opracowa∏a program, któryma pomóc in˝ynierom produkcjii specjalistom z bran˝y produkcyj-nej w Êledzeniu najnowszych tech-nologii i praktyki obróbki wióro-wej metalu. Darmowa, dost´pnaonline us∏uga to pierwszy komplek-sowy program e-learningu w zakre-sie obróbki wiórowej metali, dost´p-ny z dowolnego miejsca i o ka˝dejporze.

Program e-learningu opiera si´ napodr´czniku szkoleniowym SandvikCoromant pt. „Podstawy obróbkiskrawaniem”, z którego firma korzys-ta na szkoleniach w swoich CentrachProduktywnoÊci. Aby przystosowaçmateria∏ z podr´cznika do specy-fiki Internetu, podzielono go na

dziewi´ç rozdzia∏ów i 75 kursów,dodajàc przydatne komentarze, lek-tora, animacje i filmy.

Po cz´Êci wst´pnej i instrukcjach,omawiane sà nast´pujàce tematy:skrawalnoÊç, obróbka tokarska, prze-cinanie i obróbka rowków, obróbkagwintów, obróbka frezarska, obróbkawiertarska oraz systemy narz´dzio-we, a tak˝e ekonomika obróbki i kon-serwacja narz´dzi. Obecnie, programe-learningu jest dost´pny w j´zykuangielskim, ale w ciàgu roku zostanieopublikowany równie˝ w innychj´zykach. Program zawiera formularzopinii i test online zakoƒczony wy-daniem certyfikatu.

Po jednorazowej rejestracji nastronie www.metalcuttingknow-ledge.com u˝ytkownik ma mo˝li-woÊç pe∏nego korzystania z darmo-wego programu e-learningu SandvikCoromant.

W Konkursie im. Stanis∏awa Sta-szica na najlepsze produkty innowa-cyjne „Laur InnowacyjnoÊci 2014”,organizowanym przez Naczelnà Or-ganizacj´ Technicznà-Federacj´ Sto-warzyszeƒ Naukowo-Technicznychwe wspó∏pracy z wieloma part-nerami z kraju i z zagranicy, firmaPrima Power otrzyma∏a szczególnewyró˝nienie oraz statuetk´ za pro-jekt: „The System – w pe∏ni zauto-matyzowane innowacyjne syste-my do obróbki blachy”. Celem stwo-rzenia linii by∏o uzyskanie inno-wacyjnej metody automatyzacji pro-cesu obróbki blachy. Maszyny z seriiThe System wytwarzajà w jednymprocesie gotowe pogi´te kompo-nenty. System umo˝liwia wykra-

Bosch Rexrothwprowadza nowà seri´rozdzielaczy

NSK ma w∏asny kana∏na YouTube

Kompleksowy program e-learningufirmy Sandvik Coromantz zakresu obróbki wiórowej metali

Srebrny Laur InnowacyjnoÊci 2014dla firmy Prima Power


O FIRMACH

wanie, cićie gilotynà kàtowà, bu-forowanie oraz gićie w jednymprocesie.

By∏a to ju˝ czwarta edycja kon-kursu, którego zadaniem jest wy-∏onienie najlepszych firm oferujà-

cych produkty innowacyjne. Trzypoprzednie edycje konkursu spot-ka∏y si´ z du˝ym zainteresowaniemwe wszystkich dziedzinach gospo-darki, a tak˝e w placówkach nau-kowo-badawczych.

SECO/WARWICK koƒczy moder-nizacj´ pierwszych dwóch linii pie-ców przepychowych dla cz´Êci sa-mochodowych. Ten etapowy pro-jekt rozpoczà∏ si´ w marcu 2014 r.,a prace wykonywane sà w zak∏a-dach SEAT w El Prat de Llobregat,w Barcelonie, w Hiszpanii.

Pierwsza zmodernizowana liniajest w ostatniej fazie testowaniaprojektu. Naprawa drugiego syste-mu rozpocz´∏a si´ w listopadzieub.r., a zakoƒczenie planowane jestna marzec tego roku. Ze wzgl´du napozytywne wyniki pierwszego sys-temu, firma SEAT Components z∏o-

˝y∏a zamówienie na modernizacjí remont kolejnych dwóch linii tech-nologicznych obróbki cieplnej w celupoprawy ca∏kowitej wydajnoÊci sys-temu.

Techniczna przebudowa obejmiewymian´ wy∏o˝enia pieca, systemupalnika i zespo∏ów mieszarek, za-równo pieców do obróbki cieplnej,jak i pieców do odpuszczania. Projektmodernizacji obejmuje modernizacj´myjki i prze∏adunku materia∏u. FirmaSEAT Components postanowi∏a za-stàpiç istniejàcà w zak∏adzie szaf´sterowniczà nowym, zaktualizowa-nym systemem sterowania.

– Po∏àczenie nauk biologicznychi materia∏oznawstwa ma zasadni-czy wp∏yw na portfolio innowacjiDuPont. Efektem tego jest sta∏yrozwój produktów nast´pnej gene-racji, które prowadzà do dalszegoznacznego wzrostu firmy – powie-dzia∏ Douglas Muzyka Senior VicePresident oraz Chief Science & Tech-nology Officer. – JesteÊmy zaszczy-ceni obecnoÊcià DuPont na liÊcie.Potwierdza to wp∏yw, jaki majà naszetechnologie na globalny rozwójinnowacyjnoÊci.

Innowacje DuPont w pe∏ni ∏àczàmo˝liwoÊci z zakresu nauki i techno-logii, globalne doÊwiadczenia rynko-we oraz wspólny wysi∏ek, by wcià˝tworzyç prze∏omowe rozwiàzania dlaklientów z wielu rynków oraz od-Êwie˝aç portfolio. DuPont wspierat´ wspó∏prac´ w swoich 13 Cen-trach Innowacji, które ∏àczà klientówz 10 000 naukowcami oraz in˝ynie-

rów pracujàcych nad zagadnienia-mi zwiàzanymi z bezpieczeƒstwem˝ywnoÊciowym, stworzeniem odna-wialnych paliw oraz ochronà ludziw miejscu pracy i zamieszkania.

WÊród innowacyjnych produktówDuPont znajdujà si´ mi´dzy innymipow∏oki ochronne DuPont™ Teflon®,w∏ókna Kevlar®, membrany oddy-chajàce Tyvek®, ochrona termicznaNomex®, p∏yty Corian®, produktychroniàce przed insektami Opti-mum® AcreMax®, w∏ókno pocho-dzàce ze êróde∏ odnawialnychSorona®, czy Êrodek owadobójczyRynaxypyr®.

Na tegorocznej liÊcie Top 100 Glo-bal Innovators znalaz∏o si´ 100 kor-poracji i instytucji, które na global-nej mapie innowacyjnoÊci zajmujàcentralnà pozycj´, mierzonà za po-mocà wskaêników zwiàzanych z pa-tentami.

www.dupont.pl

Asseco Poland w efekcie wspó∏-pracy z Europejskà Agencjà Kosmicz-nà wykona specjalistycznà aplikacj´z dziedziny nawigacji satelitarnej.Umowa pomi´dzy Europejskà Agen-cjà Kosmicznà a firmà Asseco Poland

zosta∏a podpisana w ramach drugiejedycji programu Polish Industry In-centive Scheme. Program obejmujeprojekty z dziedziny informatyki,technologii lotniczych, meteorologii,nawigacji i aplikacji satelitarnych.

W ramach zawartej umowyAsseco stworzy specjalistycznà ap-likacj´, wykorzystujàcà symulacje,której celem b´dzie poprawa i we-ryfikacja dzia∏ania europejskiegosystemu EGNOS. EGNOS (EuropeanGeostationary Navigation OverlayService) zwi´ksza precyzj´ wskazaƒsystemów nawigacji satelitarnej, jakGPS, z którego korzysta transportpowietrzny, morski i làdowy. Assecopowierzono stworzenie g∏ównegoelementu s∏u˝àcego do modelowa-nia Êrodowiska testowego, gdzieb´dzie starannie weryfikowana ka˝-da zmiana przed udost´pnieniemjej u˝ytkownikom systemu EGNOS.

To ju˝ drugi projekt realizowanyprzez Asseco dla sektora kosmicz-nego. Pierwsza aplikacja wytworzo-na przez Asseco dla EuropejskiejAgencji Kosmicznej to analizatordanych SBAS Data Analysis ToolSet, który ma za zadanie zwi´kszeniedok∏adnoÊci pozycjonowania, co mapierwszorz´dne znaczenie w zakresiewertykalnego po∏o˝enia obiektu,np. podczas podchodzenia samolotudo làdowania.

Po zainstalowaniu nowego oprog-ramowania PC Worx SRT firmyPhoenix Contact dowolny komputerz systemem Windows mo˝e pe∏niçfunkcj´ sterownika PLC. Oprogra-mowanie to cechuje si´ elastycz-noÊcià i ∏atwoÊcià instalacji.

Komputer wyposa˝ony w PC WorxSRT mo˝e obs∏ugiwaç procesy ste-rowania i komunikacji z wielu ró˝-nych wejÊç/wyjÊç przez Profinet,Modbus/TCP i protokó∏ TCP/IP. Wbu-dowany web serwer umo˝liwia eko-nomicznà wizualizacj´. Programo-wanie jest u∏atwione dzi´ki u˝yciubezp∏atnego narz´dzia do programo-wania PC Worx Express. Oprogra-mowanie PC Worx SRT stanowi eko-nomiczne rozwiàzanie dla podsta-wowych zadaƒ automatyki, takich jakrejestrowanie danych lub zmianazadaƒ. Jest to mo˝liwe ze wzgl´duna elastycznà komunikacj´ I/O orazpo∏àczenie sterowania, wizualizacjii programowania. Oprogramowanieto nie wymaga ˝adnych dodatko-wych aplikacji Windows w ramachjednego urzàdzenia.

Zak∏ad Modernizacji SECO/WARWICKpracuje dla Grupy SEAT

DuPont na liÊcie Top 100 Global InnovatorsThomson Reuters

Asseco Poland wspó∏pracujez Europejskà Agencjà Kosmicznà

Oprogramowaniefirmy Phoenix Contactzwi´ksza funkcjonalnoÊçkomputera PC


Po∏àczenia wytwarzane przez przet∏aczanie nazimno sà coraz cz´Êciej i ch´tniej wykorzystywanedo ∏àczenia blach. Proces ∏àczenia przez przet∏aczaniecz´Êciej zast´puje inne dotàd stosowane sposoby∏àczenia blach, co wynika z wielu zalet jego techno-logicznej realizacji [1, 2].

Najpopularniejszymi odmianami spajania blachmetodà przet∏oczenia na zimno (tzw. clinching) sà te,które formuje si´ przy u˝yciu sztywnych jednolitychnarz´dzi o sta∏ym zarysie osiowosymetrycznym(clinching – CL). Podstawowà zaletà takich narz´dzijest nieskomplikowana geometria oraz prosta bu-dowa, przez co sà ∏atwe w wytwarzaniu. Z∏àcza

wytwarzane narz´dziami o takiej konstrukcji majàw∏aÊciwoÊci izotropowe w ka˝dym kierunku prosto-pad∏ym do osi pionowej przet∏oczenia [3]. Ponadto sàna tyle tanim i efektywnym rozwiàzaniem, ˝e mogàbyç wykorzystywane do spajania równie˝ grubychblach [4, 5].

Geometria narz´dzi formujàcych (w szczególnoÊci:promieƒ zaokràglenia stempla, kàty pochylenia po-wierzchni stempla i matrycy, luz promieniowy po-mi´dzy narz´dziami, g∏´bokoÊç matrycy) jest istotnymczynnikiem wp∏ywajàcym na kszta∏t wytworzonegozamka w z∏àczu. ZaÊ geometria zamka w decydujà-cym stopniu wp∏ywa na wytrzyma∏oÊç po∏àczenia.Dobór technologicznych parametrów formowaniapo∏àczenia CL jest tematem wielu prac naukowychi badaƒ, mi´dzy innymi publikacji [4 – – – – – 6].

Podstawowym parametrem z∏àcza wyznacza-nym metodà nieniszczàcà jest pomiar parametru X(minimalna gruboÊç dna przet∏oczenia). Uzyskanaw czasie kszta∏towania przet∏oczenia wartoÊç X de-

Eksperymentalna analiza wytrzyma∏oÊciokràg∏ych po∏àczeƒ przet∏oczeniowych blachze stopu aluminium EN AW-5754 w stanie O/H111poddanych z∏o˝onemu stanowi obcià˝enia

The experimental analysis of the clinching joints strengthfor aluminum alloy EN AW-5754 in O/H111 state sheetsin multi-axis load conditions

JACEK MUCHAWALDEMAR WITKOWSKI

Streszczenie: Zapewnienie odpowiedniego kierunku obcià˝ania z∏àczy przet∏oczeniowych w konstrukcjach cienkoÊcien-nych determinuje maksymalnà wytrzyma∏oÊç z∏àcza. Okràg∏e po∏àczenia typu clinching powinny przenosiç si∏´ Êcinajàcà.Jednak˝e w wielu przypadkach niemo˝liwe jest spe∏nienie tego warunku i z∏àcza takie poddane sà z∏o˝onemu stanowiobcià˝enia (Êcinanie i rozciàganie). Rodzaj mechanizmu zniszczenia z∏àcza zale˝ny jest od kierunku si∏y obcià˝ajàcej. Dlategowa˝nym zagadnieniem jest badanie wytrzyma∏oÊci z∏àczy w wieloosiowym stanie obcià˝enia.W publikacji przedstawiono wyniki analizy wytrzyma∏oÊci po∏àczeƒ przet∏oczeniowych typu clinching formowanych jednolitàmatrycà okràg∏à. Materia∏y wykorzystanych blach to stop aluminium EN AW-5754 w stanie O/H111. Próbki z po∏àczeniamipoddano testom wytrzyma∏oÊciowym dla ró˝nych wartoÊci kàta dzia∏ania si∏y obcià˝ajàcej (od 0° do 90° co 15°). OkreÊlonostruktur´ wytrzyma∏oÊciowà z∏àcza zgodnie z normà ISO 12996-2013. Wyznaczono krzywà, aproksymujàc przebieg funkcjimodelu rozdzielenia po∏àczenia.

S∏owa kluczowe: clinching, Êcinanie, rozrywanie, z∏o˝ony stan obcià˝enia, ISO 12996-2013, mechanizmy zniszczenia z∏àcza

Abstract: The maximum joints, made by redrawing sheet metal, strength in thin-walled structures is depended on the jointload angle. The round clinching joints should be loaded to carry the shear force. However, in many cases it is not possibleto transmit only the shearing force, and the joints are transmitting the multi-axis load (shear and tensile force). The jointmechanism destruction is depended on the force load angle. Therefore, an important issue is to study the joints strength inmulti-axis load conditions.In this paper the results of the experimental analysis of the clinching joints, formed by using the round rigid die, strengthwere presented. The sheet material was an aluminum alloy EN AW-5754 in O/H111 state. The joint samples were testedwith different values of the force load angle – from 0° to 90° with changes of 15°. According to the ISO 12996-2013 standardthe structure of the joint strength were presented. The approximated curve of the joint mechanism destruction wasdetermined.

Keywords: clinching, shear test, tensile test, multi-axis load condition, ISO 12996-2013, mechanism of joint destruction

Dr hab. in˝. Jacek Mucha – Katedra Konstrukcji Maszyn,Politechnika Rzeszowska, al. Powstaƒców Warszawy 12,35-959 Rzeszów, [email protected]; mgr in˝. WaldemarWitkowski – Katedra Konstrukcji Maszyn, Politechnika Rze-szowska, al. Powstaƒców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów,[email protected].


terminuje poprawneuformowanie zamka.Jest to najmniejszagruboÊç dna przet∏o-czenia blach, mierzo-na wzd∏u˝ osi narz´-dzi formujàcych, pozakoƒczeniu ∏àcze-nia blach. Uzyskaniema∏ej wartoÊci tegoparametru wià˝e si´,w wi´kszoÊci przy-padków, z p´kaniemmateria∏u w przew´-˝eniu walcowej cz´Ê-ci przet∏oczenia. Zbytdu˝a wartoÊç X niepozwala na poprawneuformowanie zamka. Uzyskanie ma∏ej wartoÊci gru-boÊci dna przet∏oczenia wià˝e si´ ze zwi´kszeniemsi∏y formowania, co niekorzystnie wp∏ywa na ˝ywot-noÊç narz´dzi oraz na sztywnoÊç ramy urzàdzeniakszta∏tujàcego [7].

Po∏àczenia przet∏oczeniowe w konstrukcjachcienkoÊciennych powinny byç usytuowane w takisposób, by przenosi∏y w jak najwi´kszym stopniuobcià˝enia Êcinajàce. W wi´kszoÊci rzeczywistychkonstrukcji po∏àczenia takie pracujà w z∏o˝onymstanie obcià˝enia (Êcinanie i rozciàganie). Na rys. 1przedstawiono przyk∏ad zastosowania okràg∏egopo∏àczenia typu clinching do ∏àczenia elementówsegmentu kana∏u wentylacyjnego. Usytuowanie po-∏àczeƒ zale˝ne jest od zapewnienia obustronnegodost´pu dla narz´dzi i urzàdzenia do monta˝u orazniedu˝ej powierzchni obrze˝y elementów ∏àczonych.Aplikacja tej technologii ∏àczenia ma pewne ogra-niczenia zwiàzane z odpowiednià lokalizacjà po∏à-czeƒ w cienkoÊciennej konstrukcji. Stàd wa˝nym ele-mentem sà badania wytrzyma∏oÊci na Êcinanie dlaprzypadku z∏o˝onego obcià˝enia.

W pracy przedstawiono eksperymentalnà analiz´wytrzyma∏oÊci okràg∏ych po∏àczeƒ przet∏oczeniowychtypu clinching poddanych z∏o˝onemu stanowi obcià-˝enia. Wybrane parametry z∏àcza wyznaczono zgod-nie z normà ISO 12996-2013 obowiàzujàcà dla testuÊcinania.

Badania eksperymentalneBadania eksperymentalne mia∏y na celu okreÊle-

nie wytrzyma∏oÊci po∏àczeƒ przet∏aczanych na zimnotypu CL dla z∏o˝onego stanu obcià˝enia. Analiz´ prze-prowadzono, wykorzystujàc blachy ze stopu alumi-nium EN AW-5754 w stanie O/H111 (numer materia∏o-wy 3.3535) o gruboÊci 1±0,05 mm. Do wykonywaniapo∏àczeƒ wykorzystano pras´ firmy ToxPressotechniko konstrukcji ramowej. Urzàdzenie to znajduje si´w Laboratorium Po∏àczeƒ Prasowanych KatedryKonstrukcji Maszyn Politechniki Rzeszowskiej im.Ignacego ¸ukasiewicza. Maksymalna si∏a formowa-nia urzàdzenia to 100 kN. Dok∏adnoÊç pozycjonowania

stempla wzgl´dem matrycy wynosi 0,01 mm. Pomiari rejestracja si∏y formowania z∏àcza w funkcji drogirealizowane sà w czasie kszta∏towania z maksymal-nym b∏´dem 0,5% si∏y formowania. Parametry tech-nologiczne procesu ∏àczenia dobrano wg zaleceƒproducenta narz´dzi, oferujàcego system ∏àczenia [8].GruboÊç X dna przet∏oczenia wynosi∏a 0,5 mm(tj. 25% ca∏kowitej gruboÊci ∏àczonych blach). Pr´d-koÊç stempla formujàcego podczas ruchu roboczegowynosi∏a 3 mm/s. Czas zatrzymania stempla w ma-teriale (po osiàgni´ciu parametru X), przed jegowycofaniem ustawiono na 0 s. Pozosta∏e parametryruchów przygotowawczo-zakoƒczeniowych, takichjak dojazd stempla do materia∏u oraz jego wycofa-nie z uformowanego po∏àczenia na odpowiedniàwysokoÊç, przyj´to zgodnie z zaleceniami produ-centa maszyny. Rejestracja si∏y kszta∏towania pro-wadzona by∏a tylko i wy∏àcznie w ruchu roboczymstempla, a˝ do osiàgni´cia wartoÊci zadanej para-metru X. Pomiar rzeczywistej wartoÊci parametru Xz∏àcza dokonywany by∏ za pomocà macki cyfro-wej firmy Mitutoyo, o zakresie pomiarowym 20 mmz dok∏adnoÊcià pomiaru 0,01 mm. Wymiary oraz

Rys. 1. Aplikacja po∏à-czenia przet∏oczeniowegow segmencie kana∏u wen-tylacyjnego oraz przekrójpo∏àczenia

Rys. 2. Geometria narz´dzi formujàcych

Rys. 3. Uchwyt specjalny wraz z próbkà do testów wytrzy-ma∏oÊci w z∏o˝onym stanie obcià˝enia


TABELA I. WartoÊci Êrednie si∏ formowania, si∏ obcià˝ajàcych z∏àcze, odchylenia standardowe oraz wspó∏czynniki zmiennoÊci

Parametr Si∏a Si∏a niszczàca dla kàta obcià˝aniaformowania α = 0° α = 15° α = 30° α = 45° α = 60° α = 75° α = 90°

WartoÊç Êrednia, N 23 780 710 728 748 790 871 908 950

Odchylenie standardowe S, N 347 9 24 6 8 12 21 7

Wspó∏czynnik zmiennoÊci CV, % 1,55 1,32 3,49 0,84 1,17 1,42 2,43 0,75

ˇ

TABELA II. Struktura wytrzyma∏oÊci po∏àczenia przet∏aczanego na zimno (CL)

Kàty dzia∏ania si∏y obcià˝ajàcej z∏àcze

α = 0° α = 15° α = 30° α = 45° α = 60° α = 75° α = 90°

Si∏a max., Fmax, N 710 728 748 790 871 908 950

Przemieszczenie dla Fmax, mm 8,24 7,21 6,29 5,71 3,70 2,28 1,47

Energia zniszczenia dla Fmax, J 4,04 3,65 3,27 3,12 2,95 1,49 0,79

Energia zniszczenia ca∏kowita, J 4,33 3,82 3,48 3,34 3,06 2,50 1,66

Przemieszczenie ca∏kowite, mm 8,60 7,55 6,69 6,18 4,41 3,66 3,18

kszta∏t narz´dzi u˝ytych do wytworzenia po∏àczeƒprzedstawiono na rys. 2. Ârednica stempla formu-jàcego wynosi∏a 5,6 mm, Êrednica wykroju sztywnejmatrycy, o g∏´bokoÊci dna 1,85 mm, wynosi∏a 8 mm.Dla sumarycznej gruboÊci obu blach (2 mm) takdobrane Êrednice narz´dzi umo˝liwiajà poprawnewykonanie zamka w z∏àczu.

Testy wytrzyma∏oÊciowe próbek przeprowadzonow Laboratorium Badaƒ Materia∏ów dla Przemys∏u Lot-niczego Politechniki Rzeszowskiej im. Ignacego ¸uka-siewicza z wykorzystaniem maszyny wytrzyma∏oÊcio-wej UTS 100. Pr´dkoÊç przesuwu trawersy wymusza-jàcej obcià˝enie próbki wynosi∏a V = 10 mm/min.Specjalnie zaprojektowane oraz wykonane oprzy-rzàdowanie do badania wytrzyma∏oÊci w z∏o˝onymstanie obcià˝enia wykorzystane zosta∏o do badaƒpróbek w kszta∏cie litery H. Badane próbki mocowanow uchwycie i poddawano dzia∏aniu obcià˝enia a˝do ca∏kowitego rozdzielenia z∏àczonych blach. Kie-runek dzia∏ania si∏y obcià˝ajàcej z∏àcze zmienianood 0° (rozrywanie) do 90° (Êcinanie) co 15° (rys. 3).Wykonano po 5 prób dla ka˝dego badanego kàta.Wyniki prób wytrzyma∏oÊciowych cechowa∏y si´du˝à powtarzalnoÊcià, dlatego te˝ nie by∏o potrzebydokonywania wi´kszej liczby badaƒ.

Wyniki badaƒ i ich analizaPodczas testów wytrzyma∏oÊciowych dosz∏o do

zniszczenia przet∏oczenia. Mechanizm rozdzieleniazale˝y od wielu czynników, z których najwa˝niej-szym jest geometria zamka. Podstawowe sposobyniszczenia z∏àcza przet∏oczeniowego zdefiniowanezosta∏y w normie ISO 12996-2013. Sà to [9]:

– wyrwanie szyjki przet∏oczenia blachy górnejz blachy dolnej,

– zerwanie cz´Êci walcowej przet∏oczenia blachygórnej w miejscu przew´˝enia,

– zerwanie cz´Êci walcowej przet∏oczenia blachygórnej wraz z plastycznà deformacjà cz´Êci blachydolnej,

– wyrwanie cz´Êci walcowej przet∏oczenia blachygórnej z blachy dolnej wraz z cz´Êciowym znisz-czeniem walcowej cz´Êci przet∏oczenia. Rozdzieleniepo∏àczenia, podczas testów wytrzyma∏oÊciowych,wyst´powa∏o przez (rys. 4):

– rozkleszczenie w przypadku kàta 0°,

– Êcićie przet∏oczenia w przypadku kàta 90°,– cz´Êciowe Êcićie przew´˝enia cz´Êci walcowej

przet∏oczenia, a nast´pnie wyrwanie przet∏oczeniablachy górnej z blachy dolnej, dla z∏o˝onego stanuobcià˝enia (niesymetryczny kszta∏t Êcićia walcowejcz´Êci przew´˝enia z∏àcza – rys. 4c).

Próbki w kszta∏cie litery H ograniczajà swobod´przemieszczania si´ blach wzgl´dem siebie oraz ichdeformacj´. Po∏àczenia typu CL powinny pracowaçna Êcinanie – wartoÊç maksymalnej si∏y niszczàcejjest wi´ksza o 25% ni˝ w przypadku rozciàgania.WartoÊci Êrednie si∏ formowania z∏àczy, si∏ Êcinajà-cych (90°) oraz rozciàgajàcych (0°), odchylenia stan-dardowe oraz wspó∏czynnik zmiennoÊci zestawionow tab. I. Otrzymane wartoÊci si∏ cechujà si´ ma∏ymzró˝nicowaniem (Cv < 5%) wynikajàcym z zastoso-wania sztywnych narz´dzi o osiowosymetrycznymzarysie profilu.

Najwi´ksze ró˝nice pomi´dzy przemieszczeniem dlamaksymalnej si∏y obcià˝ajàcej z∏àcze a ca∏kowitymprzemieszczeniem wyst´pujà w przypadku Êcinaniapo∏àczenia. Utrata spójnoÊci walcowej cz´Êci prze-w´˝enia przet∏oczenia powoduje spadek si∏y wymu-szajàcej przemieszczenie trawersy maszyny wytrzy-ma∏oÊciowej, a˝ do ca∏kowitego rozdzielenia blach

Rys. 4. Próbki po testach wytrzyma∏oÊciowych dla kàta dzia∏a-nia si∏y: a) α = 90° (Êcinanie), b) α = 0° (rozrywanie), c) α = 30°

a)

b)

c)


[10]. Dla rozciàgania niewielkie ró˝nice pomi´dzyprzemieszczeniami ca∏kowitymi a przemieszczeniemdla maksymalnej si∏y przenoszonej przez z∏àcze orazpomi´dzy energià zniszczenia ca∏kowità a energiàdla maksymalnej si∏y wynikajà z charakteru zniszcze-nia z∏àcza – wyrwanie przet∏oczenia blachy górnejz blachy dolnej. Struktur´ wytrzyma∏oÊci na Êcinanie,rozciàganie i w z∏o˝onym stanie obcià˝enia po∏àczeƒprzedstawiono w tab. II i na rys. 5.

Do wyznaczenia krzywej granicznej noÊnoÊci po-∏àczenia wykorzystano kryterium zniszczenia z∏àczawg równania:

(1)

gdzie:Ft(α) – si∏a normalna zale˝na od kàta α,Fs(α) – si∏a Êcinajàca zale˝na od kata α,Ft

max – maksymalna si∏a normalna podczasrozrywania po∏àczenia,

Fsmax – maksymalna si∏a tnàca podczas Êcinania

po∏àczenia,a, b – wspó∏czynniki krzywej rozdzielenia.

Wspó∏czynniki a i b krzywej rozdzielania z∏àcza(spe∏niajàce równanie (1)) wyznaczono tak, aby b∏àdÊredniokwadratowy (RMSE) by∏ jak najmniejszy. War-toÊci tych wspó∏czynników by∏y nast´pujàce: a – 1,930,b – 1916, b∏àd Êredniokwadratowy (RMSE) – 0,0126.

Zmiana kàta obcià˝enia z∏àcza wp∏ywa na jegowytrzyma∏oÊç. WartoÊci sk∏adowe maksymalnej si∏yprzenoszonej przez z∏àcze Ft(α) oraz Fs(α) decydujào charakterze rozdzielenia po∏àczenia. OtrzymanewartoÊci Êrednie si∏ sk∏adowych, dla poszczególnychkàtów obcià˝ania z∏àcza, przedstawiono na rys. 6.

WnioskiZ przeprowadzonych badaƒ eksperymentalnych

wytrzyma∏oÊci okràg∏ych z∏àczy przet∏oczeniowychtypu clinching w z∏o˝onym stanie obcià˝enia i z badaƒwp∏ywu kàta obcià˝enia z∏àcza na jego wytrzyma∏oÊçstatycznà wynikajà nast´pujàce wnioski:

– istnieje du˝a powtarzalnoÊç parametru si∏y for-mowania podczas procesu wytwarzania po∏àczeƒprzet∏oczeniowych sztywnymi narz´dziami o zarysachosiowosymetrycznych,

– wytrzyma∏oÊç na Êcinanie po∏àczeƒ typuclinching jest du˝o wi´ksza ni˝ na rozrywanie (dla

stopu aluminium 5754 o 34% w odniesieniu do roz-rywania), (tab. II),

– maksymalna si∏a zarejestrowana podczas próbnie odpowiada rozerwaniu po∏àczenia, badana próbkaodkszta∏ca si´ przy malejàcym obcià˝eniu, a rozdzie-lenie z∏àcza nast´puje przy odkszta∏ceniu oko∏o dwu-krotnie wi´kszym ni˝ odkszta∏cenie odpowiadajàcemaksymalnemu obcià˝eniu,

– podczas testu rozrywania energia zniszczeniaodpowiadajàca maksymalnej sile przenoszonej przezpo∏àczenie stanowi ponad 90% (dla Êcinania oko∏o48%) ca∏kowitej energii potrzebnej do rozdzieleniaz∏àcza (tab. II).

LITERATURA1. Gao S., Budde L.: Mechanism of mechanical press joining.

International Journal of Machine Tools and Manufacture,Vol. 34, 1994, pp. 641 – 657.

2. Tubielewicz K., Turczyƒski K.: Kszta∏towanie po∏àczeƒblach metodà prasowania na zimno. Technologia i Auto-matyzacja Monta˝u, nr 2, 2001, s. 66 – 70.

3. Mucha J., Witkowski W.: Eksperymentalna analiza efek-tywnoÊci rozwiàzaƒ wybranych systemów ∏àczenia przezprzet∏aczanie blach. Technologia i Automatyzacja Monta˝unr 3, 2013, ss. 55 – 60.

4. Israel M.: The Suitability of Analytical and NumericalMethods for Developing Clinching Processes with ThickSheet Metal. Advanced Materials Research, Vol. 907, 2014,pp. 151 – 163.

5. Israel M., Mauermann R., Schellnock J.: Thick SheetClinching-Joining up to 20 mm Total Thickness. AdvancedShipping and Ocean Engineering, No. 2, 2013, pp. 1 – 10.

6. Tubielewicz K., Turczyƒski K., Tubielewicz M.: Wskaênikiwytrzyma∏oÊciowe po∏àczeƒ kszta∏towych prasowanych nazimno. Technologia i Automatyzacja Monta˝u, nr 3 i 4, 2004,ss. 67–72.

7. Markowski T., Mucha J., Witkowski W.: FEM analysis ofclinching joint machine’s C-frame rigidity. Eksploatacjai NiezawodnoÊç – Maintenance and Reliability, nr 1, 2013,ss. 51 – 57.

8. http://www.tox-pl.com [20.05.2014]9. ISO 12996-2013 Mechanical joining - Destructive testing of

joints – Specimen dimensions and test procedure for tensileshear testing of single joints.

10. Mucha J., Witkowski W.: The clinching joints strength ana-lysis in the aspects of changes in the forming technologyand load conditions. Thin-Walled Structures, Vol. 82, 2014,pp. 55 – 66.

Rys. 5. Struktura wytrzyma∏oÊci po∏àczenia przet∏aczanego nazimno (CL)

Rys. 6. Rozk∏ad si∏ w z∏o˝onym stanie obcià˝enia dla ró˝nychkàtów α


Wszystkie konstrukcje chroniàce operatorów ma-szyn przeznaczonych do prac w górnictwie podziem-nym, które zostajà wdro˝one do pracy w kopalnipodziemnej, muszà obligatoryjnie spe∏niaç wymo-gi Dyrektywy Maszynowej 2006/42/EC, zalecajàcejbadania kabin w zakresie ochrony przed spadajà-cymi przedmiotami oraz przed przewróceniem si´maszyny [1]. Obecnie obowiàzujàce normy dotyczàceochrony operatorów tych maszyn sà identyczne jak

w przypadku maszyn budowlanych, mimo ˝e w ko-palniach podziemnych wyst´puje wiele innych za-gro˝eƒ, które mogà doprowadzaç do sytuacji wypad-kowych. Jednak˝e przeglàd wypadkowoÊci w gór-nictwie podziemnym w ostatnich latach wskazujena potrzeb´ poprawy bezpieczeƒstwa operatorów,przez uwzgl´dnienie w badaniach konstrukcji chro-niàcych tak˝e wielu innych czynników, niebranychpod uwag´ w dotychczasowych analizach. W kopal-niach podziemnych wyst´puje wiele innych zjawiskzagra˝ajàcych operatorom. Tàpania wyst´pujàcew górotworze powodujà wypi´trzenia spàgu, bocznewyrzuty ska∏, zawa∏y czy te˝ osypania mas skalnychz ociosów, doprowadzajàc do groênych wypadków,a w konsekwencji do powa˝nych obra˝eƒ, a nawetÊmierci operatorów. Wskazuje to na koniecznoÊçweryfikacji obecnie przeprowadzanych badaƒ kon-strukcji chroniàcych w zakresie bezpieczeƒstwaoperatorów maszyn. Nale˝y wziàç pod uwag´ czynneÊrodowisko górotworu, a tym samym przeprowadziç

Nowe trendy w metodyce badaƒ bezpieczeƒstwaoperatorów maszyn górniczych

New trends in the examination methodologyof the mining machine operator safety

PAULINA DZIA¸AKEUGENIUSZ RUSI¡SKIJACEK KARLI¡SKIMARIUSZ PTAK

Streszczenie: Analiza sytuacji wypadkowych z udzia∏em operatorów maszyn, zaistnia∏ych w górnictwie podziemnym w ciàguostatnich kilku lat wskazuje na silnà potrzeb´ poprawy ich bezpieczeƒstwa. Eksploatacja z∏ó˝ na coraz wi´kszychg∏´bokoÊciach powoduje ciàg∏y wzrost niekontrolowanych zjawisk zachodzàcych wewnàtrz górotworu, stanowiàcychznaczne zagro˝enie dla górników pracujàcych w kopalniach podziemnych. Dotychczasowe badania konstrukcji chronià-cych w aspekcie bezpieczeƒstwa operatorów maszyn przeprowadzane sà przy u˝yciu makiety DLV, obrazujàcej przestrzeƒ˝yciowà operatora maszyny górniczej, która nie mo˝e zostaç naruszona podczas analizy. Nie odwzorowuje ona jednakobcià˝eƒ, jakie dzia∏ajà na cia∏o operatora ani obra˝eƒ, jakich doznaje podczas sytuacji wypadkowych wywo∏anych ró˝nymizjawiskami wyst´pujàcymi w kopalniach podziemnych. W tym celu planuje si´, podczas badaƒ bezpieczeƒstwa operatorów,zastàpienie znormalizowanej makiety DLV zwalidowanym manekinem numerycznym. Wykonane zostanie to poprzezcoupling – nowoczesnà metod´ umo˝liwiajàcà po∏àczenie modeli ró˝nych kodów numerycznych. Zabieg ten pozwoli naotrzymanie bardziej precyzyjnych i zbli˝onych do rzeczywistoÊci rezultatów, co mo˝e umo˝liwiç znacznà popraw´bezpieczeƒstwa w kopalniach.

S∏owa kluczowe: bezpieczeƒstwo operatorów maszyn, symulacje numeryczne, maszyny górnicze, Multibody

Abstract: Analysis of the accident situations involving mining machine operators, that ensued in the underground minesover recent years indicate a necessity of their safety enhancement. Intensive exploitation on the ever larger depth increasesthe frequency of the unwieldy phenomena acting inside of the rock mass, posing a great risk for miners working in theunderground mines. Nowadays, human body of the mining machine operator during obligatory safety examinationsis substituted by the Deflection-Limiting Volume (DLV), which depicts approximate living space of the operator. Testsare considered positive, when DLV remains intact. However, there are no analysis considering the loads acting on themachine operators during the rock burst and all the phenomena caused by this effect in the underground mines. To thisend, standard DLV model will be replaced with validated, numerical dummy. All tests will be proceeded with the use of mostrecent numerical methods, combining various numerical codes (coupling). This will enable to obtain more precise and closerto reality results, what may significantly influence on the safety enhancement in mines.

Keywords: machine operators safety, numerical simulation, mining machine, Multibody

Mgr in˝. Paulina Dzia∏ak – Politechnika Wroc∏aw-ska, ul. Wybrze˝e Wyspiaƒskiego 27, 50-370 Wroc∏aw,e-mail: [email protected]; prof. dr hab. in˝.Eugeniusz Rusiƒski – Politechnika Wroc∏awska, ul. Wyb-rze˝e Wyspiaƒskiego 27, 50-370 Wroc∏aw, e-mail:[email protected]; dr in˝. Jacek Karliƒski– Politechnika Wroc∏awska, ul. Wybrze˝e Wyspiaƒskie-go 27, 50-370 Wroc∏aw, e-mail: [email protected];dr in˝. Mariusz Ptak – Politechnika Wroc∏awska, ul. Wyb-rze˝e Wyspiaƒskiego 27, 50-370 Wroc∏aw, e-mail:[email protected].


analiz´ wielu innych czynników, nieuwzgl´dnionychdotychczas w normach.

Celem wykonywanych badaƒ jest dok∏adne prze-analizowanie skutków zjawisk zagra˝ajàcych ope-ratorom, zachodzàcych w górotworze podczas tàpaƒ.Wykorzystanie zwalidowanego manekina numerycz-nego, zamiast stosowanej dotychczas w analizachmakiety DLV (Deflection – Limiting Volume), umo˝-liwi identyfikacj´ obra˝eƒ oraz obcià˝eƒ dzia∏ajàcychna operatora pod wp∏ywem ró˝nych czynników wy-st´pujàcych w kopalniach podziemnych, wywo∏u-jàcych sytuacje wypadkowe.

Analiza sytuacji wypadkowych z udzia∏em opera-torów maszyn, zaistnia∏ych w górnictwie podziem-nym w ciàgu ostatnich kilku lat, wskazuje na silnàpotrzeb´ poprawy ich bezpieczeƒstwa. Eksploatacjaz∏ó˝ na coraz wi´kszych g∏´bokoÊciach powodujeciàg∏y wzrost niekontrolowanych zjawisk zacho-dzàcych wewnàtrz górotworu, stanowiàcych znacznezagro˝enie dla górników pracujàcych w kopalniachpodziemnych [2], (rys. 1).

Dotychczasowe badania konstrukcji chroniàcychw zakresie bezpieczeƒstwa operatorów maszynuwzgl´dniajà jedynie dwie sytuacje wypadkowe, tj.:

przewrócenie si´ maszyny oraz spadajàce z góryska∏y, podczas gdy w górotworze zachodzi tak˝e wieleinnych zjawisk, równie, a nawet bardziej zagra˝a-jàcych zdrowiu i ˝yciu operatorów maszyn, tj. wy-pi´trzenie spàgu.

Metodyka badaƒKonstrukcje chroniàce operatorów stosowane

w maszynach górniczych muszà obecnie spe∏niaçwymogi bezpieczeƒstwa opisane w DyrektywieMaszynowej 2006/42/EC. Do badaƒ tych wyko-rzystywana jest makieta DLV – obrazujàca przes-trzeƒ ˝yciowà siedzàcego w kabinie operatora– umieszczana w analizowanej konstrukcji chronià-cej (rys. 2).

Kryterium wystarczajàcym do spe∏nienia wymo-gów zawartych w normie jest nienaruszenie makietyDLV. Nie sà natomiast wykonywane ˝adne analizymajàce na celu okreÊlenie obcià˝eƒ dzia∏ajàcych naoperatora podczas wypadku oraz obra˝eƒ, jakichdoznaje.

W rzeczywistoÊci zdarzajà si´ jednak sytuacjewypadkowe, podczas których makieta DLV nie

Rys. 1. Liczba i energia wstrzàsów górotworu w polskich kopalniach miedzi w latach 1980 – 2012 [3]

Rys. 2. Makieta DLV usytuowana w kabinie maszyny górniczej


zosta∏aby naruszona w czasie badania, natomiastoperator odnosi powa˝ne uszkodzenia cia∏a, a nawetginie.

Zastosowanie zwalidowanego manekina nume-rycznego podczas analiz bezpieczeƒstwa zwi´kszyliczb´ danych uzyskiwanych podczas testów, dzi´kiczemu lepiej odzwierciedli obra˝enia, jakich mo˝edoznaç operator maszyny podczas zró˝nicowanychsytuacji wypadkowych. Przeprowadzone zostanàbadania, gdzie oprócz analiz wytrzyma∏oÊciowychkonstrukcji chroniàcych, analizowane b´dà tak˝eparametry biomechaniczne operatorów doznajàcychobra˝eƒ podczas ró˝nych sytuacji wypadkowychw kopalniach podziemnych. Badania b´dà wyko-nywane przy wykorzystaniu najnowszych metodnumerycznych, ∏àczàcych metod´ elementów skoƒ-czonych (MES) [4] z modelami typu Multibody (MB),a tym samym mechanik´ i bioin˝ynieri´.

Do analiz wykorzystany zosta∏ numeryczny manekinMultibody typu FAA Hybrid III 50-percentylowegom´˝czyzny (rys. 3).

czonych z elementami wielocz∏onowymi Multibodyumo˝liwi coupling programów MADYMO i LS-DYNA,który pos∏u˝y do symulacji sytuacji wypadkowych(rys. 4).

Jest to udoskonalony model manekina do badaƒbezpieczeƒstwa ruchu drogowego, przygotowanydo prób lotniczych, który ma znacznie wi´cej czuj-ników, szczególnie w dolnym odcinku kr´gos∏upa,szyi i górnych partiach nóg [6]. Pozwala to na uzys-kanie dok∏adniejszych danych zwiàzanych z obcià-˝eniem pionowym dzia∏ajàcym na cia∏o cz∏owieka,cz´sto wyst´pujàcym podczas wypadków operatoróww kopalniach podziemnych.

Badania polegajà na budowie modeli geomet-rycznych istniejàcych ju˝ konstrukcji chroniàcych,spe∏niajàcych obecnie wymagane normy w zakresiebezpieczeƒstwa operatorów maszyn oraz opraco-waniu opartych na nich modeli dyskretnych (MES) [7].W kabinie usytuowany zosta∏ zwalidowany, elip-soidalny model manekina numerycznego typuMultibody. Po∏àczenie metody elementów skoƒ-

Jest to metoda umo˝liwiajàca po∏àczenie ró˝nychmodeli, o innych kodach numerycznych, w jednejsymulacji. W opisywanych analizach wykorzystanocoupling, w celu realizacji kontaktu pomi´dzy ele-mentami elipsoidalnymi (manekin), na bazie którychopracowane sà modele w MADYMO z modelemMES kabiny w oprogramowaniu LS-DYNA. Couplingumo˝liwia swobod´ w wyborze oprogramowaniawykorzystywanego do analiz oraz modeli nume-rycznych z ró˝nego rodzaju programów, dzi´ki czemumo˝na przeprowadzaç bardziej zaawansowanesymulacje [8].

Planowana jest budowa modeli geometrycznychistniejàcych ju˝ konstrukcji chroniàcych, spe∏niajà-cych obecnie wymagane normy w zakresie bez-pieczeƒstwa operatorów maszyn oraz opracowanieopartych na nich modeli dyskretnych. Nast´pnieokreÊlone zostanà zjawiska zachodzàce w górotworze,powodujàce sytuacje zagro˝enia zdrowia oraz ˝yciagórników w kopalniach podziemnych, a na ich pod-stawie warunki brzegowe do przeprowadzenia sy-mulacji komputerowych. Analiza tych zjawisk mo˝ewskazaç dalsze wytyczne do zapewnienia ochronyoperatorów podczas dzia∏ania tych czynników. Wy-konywane w ramach projektu zadania b´dà mia∏ycharakter interdyscyplinarny. Po∏àczone zostanà ba-dania wytrzyma∏oÊci konstrukcji chroniàcej ope-ratorów z analizà parametrów biomechanicznych

Rys. 3. Manekin Hybrid III FAA stosowany do badaƒ bezpie-czeƒstwa w lotnictwie: a) manekin rzeczywisty, b) modelwirtualny MADYMO [5]

Rys. 4. Manekin typu Multibody usytuowany w modelu MESkabiny maszyny górniczej

a) b)


uzyskanych dzi´ki zastosowaniu najnowszych, ró˝-norodnych metod obliczeniowych. Zastosowaniemanekinów numerycznych znacznie przybli˝y obra-˝enia, jakich mo˝e doznaç operator maszyny pod-czas wielu sytuacji wypadkowych, co pozwoli naweryfikacj´ obligatoryjnych obecnie norm. Badaniastworzà podstaw´ do dalszych dzia∏aƒ zmierzajà-cych do poprawy ochrony operatorów maszynprzeznaczonych do prac w górnictwie podziemnymi prac tunelowych, a tak˝e usprawnienia istniejàcychju˝ systemów bezpieczeƒstwa w kopalniach pod-ziemnych.

Kierunek dalszych badaƒKolejnymi etapami badaƒ b´dzie zastosowanie

dodatkowo pasów bezpieczeƒstwa oraz elemen-tów energoch∏onnych podczas symulacji. B´dà onemia∏y za zadanie absorpcj´ energii zarówno ca∏ejkabiny, jak i siedzenia operatora podczas sytuacjiwypadkowych. W kabinach maszyn przeznaczo-nych do prac w górnictwie podziemnym i practunelowych obowiàzujà dwupunktowe pasy biod-rowe. Z powodu dyskomfortu, jaki powodujà pod-czas pracy operatorów maszyn oraz braku Êwia-domoÊci górników, i˝ w niektórych sytuacjach wy-padkowych pasy mogà zapobiec powa˝nym obra-˝eniom cia∏a, a nawet Êmierci, bardzo cz´sto po-zostajà one niezapi´te. Dlatego te˝ dotychczasowebadania prowadzone by∏y bez stosowania pasówbezpieczeƒstwa.

Planowane jest tak˝e zastosowanie elementóworaz materia∏ów, które mog∏yby w pewnym stopniupoch∏onàç energi´ uderzenia podczas wypadków,tym samym zmniejszajàc ryzyko urazów operatorówmaszyn. Jednym z takich elementów b´dzie absorberumieszczony pomi´dzy siedziskiem a mocowaniemfotela operatora. Przestrzeƒ ta jest wykorzysty-wana do tej pory jedynie w celu uzyskania odpo-wiedniej ergonomii siedziska. Pozwoli to na zmniej-szenie obcià˝eƒ dzia∏ajàcych na cia∏o operatora,w szczególnoÊci na kr´gos∏up, którego obra˝eniacz´sto koƒczà si´ kalectwem, a nawet zgonem.Rozpatrywana b´dzie tak˝e mo˝liwoÊç zastosowa-nia elementów oraz materia∏ów energoch∏onnychw miejscu mocowania kabiny do ramy maszynygórniczej.

PodsumowanieReasumujàc, istnieje potrzeba weryfikacji obli-

gatoryjnych obecnie testów w aspekcie bezpie-czeƒstwa operatorów maszyn górniczych przezna-czonych do pracy w górnictwie podziemnym i practunelowych. Nale˝y okreÊliç zjawiska zachodzàcew górotworze, które powodujà sytuacje wypadko-we w kopalniach podziemnych, a tak˝e zidentyfi-kowaç obcià˝enia dzia∏ajàce na operatora wskutekdzia∏ania tych˝e zjawisk. Zastosowanie maneki-nów numerycznych wydaje si´ jednym z bardziejobiecujàcych sposobów na wykonanie tego typubadaƒ. Badania przeprowadzane b´dà za pomocànajnowszych metod obliczeniowych. B´dà to ana-

lizy dynamiczne, które mogà daç bardzo zbli˝onedo rzeczywistoÊci rezultaty. Innowacyjna meto-dyka badaƒ pozwoli w przysz∏oÊci na ocen´ kon-strukcji kabin metodami numerycznymi jeszczena etapie projektowym. Weryfikacja obecnie obo-wiàzujàcych norm, przez uwzgl´dnienie znaczniewi´kszej liczby zjawisk wywo∏ujàcych sytuacjewypadkowe w kopalniach podziemnych oraz wy-korzystanie zbli˝onego do cia∏a ludzkiego manekinaoperatora, pozwoli na wyznaczenie czynników,majàcych wp∏yw na bezpieczeƒstwo w kopalniachpodziemnych. Otrzymane wyniki mogà mieç znacz-ny wp∏yw na popraw´ bezpieczeƒstwa w kopal-niach podziemnych. Analiza nieuwzgl´dnianychwczeÊniej zjawisk zachodzàcych wewnàtrz góro-tworu pozwoli na dok∏adniejsze okreÊlenie zagro˝eƒw górnictwie podziemnym. Identyfikacja obra˝eƒ,jakich doznaje operator podczas dzia∏ania wieluró˝nych czynników wyst´pujàcych w kopalniach,mo˝e si´ przyczyniç do wyznaczenia nowychtrendów w projektowaniu systemów bezpieczeƒ-stwa oraz konstrukcji chroniàcych operatorówmaszyn przeznaczonych do prac w górnictwie pod-ziemnym. Wyniki przedstawione w projekcie znacz-nie poszerzà wiedz´ dotyczàcà zjawisk zachodzà-cych w górotworze, doprowadzajàcych do sytuacjiwypadkowych w kopalniach podziemnych orazwytyczà kierunki dalszych badaƒ w zakresie ochronyoperatorów maszyn.

Najwi´ksze osiàgni´cia badaƒ:1) Badania cechujà si´ wysokim poziomem inno-

wacyjnoÊci.2) Do symulacji komputerowych wykorzystane

b´dà najnowoczeÊniejsze metody obliczeniowe, m.in.coupling modeli z ró˝nego typu oprogramowania.

3) Prowadzone analizy stworzà podstaw´ do dal-szych badaƒ w kierunku poprawy ochrony opera-torów maszyn przeznaczonych do prac w górnictwiepodziemnym i prac tunelowych.

LITERATURA

1. Dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Radyw sprawie maszyn, 17.05.2006.

2. Kleczek Z.: Geomechanika górnicza. Âlàskie WydawnictwoTechniczne, Katowice 1994.

3. Gogolewska A., Bernat M.: Aktywna profilaktyka tàpaniowastosowana w wybranym oddziale eksploatacyjnym o/zg„Rudna” KGHM Polska Miedê w latach 2001 – 2003. PraceNaukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wroc∏awskiej.Studia i Materia∏y 113.31 (2005): 47 – 62.

4. Zienkiewicz O., Taylor R., Zhu J.: The Finite Element Methodits Basis and Fundamentals. Elsevier, Amsterdam 2005.

5. http://www.humaneticsatd.com/crash-test-dummies/aero-space-military/faa-hiii-50th, 16.01.2014.

6. Gowdy V., DeWeese R., Beebe M., Wade B., Duncan J., KellyR., Blaker J.: A lumbar Spine modification to the Hybrid IIIATD for Aircraft Seat Tests. SAE Technical paper series,Witchita, Kansas, 04.1999,

7. Rusiƒski E., Czmochowski J., Smolnicki T.: Zaawansowanametoda elementów skoƒczonych w konstrukcjach noÊnych.Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc∏awskiej, Wroc∏aw2000.

8. MADYMO Coupling Manual Release 7.5, TASS, 2013.


Stosowane w odlewnictwie stopy Al-Si, zwanesiluminami, znajdujà coraz wi´ksze zastosowaniew przemyÊle motoryzacyjnym i lotniczym. Ich sk∏adchemiczny okreÊlany jest normà PN-EN 1706:2011,która dzieli je na osiem grup. ¸àcznie okreÊlony jestsk∏ad chemiczny 32 stopów. Udzia∏ wagowy poszcze-gólnych pierwiastków w stopie wyra˝ony w pro-centach okreÊlany jest jako przedzia∏ albo górnagranica. Daje to du˝à ró˝norodnoÊç pod wzgl´demsk∏adu chemicznego tej grupy stopów. Nale˝y nad-mieniç, ˝e w przemyÊle oprócz wymienionej normystosowane sà normy zagraniczne oraz wewnàtrz-zak∏adowe.

W procesach odlewniczych w trakcie krzepnićiai stygnićia odlewu pomi´dzy wieloma zjawiskamizachodzà z∏o˝one interakcje: p∏ynićia i transportufrakcji sta∏ej, zasilania rosnàcej fazy sta∏ej z cieczy,przemian struktury, wzrostu si∏y w strefie sta∏o-ciek∏eji skurcz krzepnićia wraz z termicznym kurczeniem,co mo˝e prowadziç do powstawania wad. W zakresiekrzepnićia, tj. ze 100% cieczy do 100% frakcji sta∏ej,

skurcz powoduje p∏ynićie strefy papkowatej (mie-szanina fazy sta∏ej i ciek∏ej), a w rezultacie makro-segregacj´ i porowatoÊç. Skurcz w zakresie krzep-nićia jest okreÊlany jako zmiana obj´toÊciowa od-lewu i dla stopów aluminium wynosi od 6% do 8%.Natomiast w zakresie stygnićia (skurczu liniowego)powstajà odkszta∏cenia termiczne, a w rezultaciep´knićia i zniekszta∏cenia. Skurcz cia∏ sta∏ych opi-sywany jest zwykle jako zmiana liniowa, wyra˝anabezwzgl´dnie (∆L, mm) lub najcz´Êciej wzgl´dnie(ε, %), wymiaru odlewu lub przez wielkoÊç wspó∏-czynnika rozszerzalnoÊci cieplnej.

Aby uzyskaç informacje o przebiegu skurczu linio-wego, konieczne jest, by w odlewie testowym mie-rzone by∏y w sposób ciàg∏y temperatura oraz zmianyliniowe odlewu w kierunku osiowym. Pierwsze ba-dania nad przebiegiem skurczu liniowego stopówaluminium przeprowadzili I. Novikov, G. Korolkov,G. Berlin [1]. Zastosowali w badaniach otwartà form´grafitowà odwzorowujàcà odlew o kszta∏cie dwuteo-wym o d∏ugoÊci cz´Êci pomiarowej 56 mm i przekroju8x13 mm. Takie wymiary odlewu przyj´to ze wzgl´duna zastosowany czujnik elektromechaniczny i jegowàski zakres pomiaru. Zaproponowana koncepcjapomiaru skurczu liniowego z drobnymi zmianamikszta∏tu formy zosta∏a obj´ta normà GOST 16817-71.Na podstawie koncepcji otwartej formy G. Korolkov,G. Kuznecov [2] zastosowali formy odwzorowujàceodlew prostopad∏oÊcianu, który by∏ zakotwiczonyna obu koƒcach w gniazdach formy. Wspomnianiautorzy stosowali formy grafitowe, z mas formier-

Wp∏yw kszta∏tu formy na skurcz liniowytworzonego stopu EN AC-48000

The influence of mold shape on the linear contractionthe alloy EN AC-48000

KRZYSZTOF KUJAWA

Streszczenie: W pracy przedstawiono wyniki badaƒ nad zjawiskiem skurczu liniowego krzepnàcego i stygnàcego odlewusiluminowego. W prowadzonych badaniach zastosowano formy metalowe odwzorowujàce odlew pionowego pr´tatestowego o przekroju okràg∏ym (sta∏ym lub zmiennym). Zastosowanie dwóch wariantów form zagwarantowa∏o uzyskanieporównywalnych warunków stygnićia przy uzyskaniu warunków skurczu ideowo swobodnego (forma o zbie˝noÊci 1:100,niedzielona) oraz skurczu hamowanego (forma walcowa, dzielona) jedynie na powierzchni odlew-forma. Na podstawierejestrowanych zmian temperatury odlewu oraz zmian wymiaru osiowego krzepnàcego odlewu i formy testowej okreÊlonokinetyk´ skurczu liniowego oraz zmian wspó∏czynnika liniowej rozszerzalnoÊci cieplnej w funkcji temperatury. Przedstawionowyniki badania skurczu liniowego uzyskane w formie ze zbie˝noÊcià oraz bez niej (walcowej).

S∏owa kluczowe: skurcz liniowy, krzepnićie, Al-Si

Abstract: The paper presents results of research on the phenomenon of linear shrinkage and cooling silumin. In this study,using a metal mold test mapping casting circular cross-section vertical rod (fixed or variable). Use of two variant forms ofguarantees comparable cooling conditions in obtaining spasm of ideological freedom (form convergence of 1:100,unshared) and inhibits the contractions (as a cylindrical joint) only the surface of the mold. Based on the recorded tempera-ture changes and changes in the casting of the axial dimension of the casting mold and solidification of the test set, certainintensity and the change of the linear shrinkage coefficient of linear expansion of heat as a function of temperature. Showsthe result of research in the form of linear contraction and convergence without it (cylindrical).

Keywords: linear contraction, solidification, Al-Si

Mgr in˝. Krzysztof Kujawa – Uniwersytet Zielonogórski,Wydzia∏ Mechaniczny, ul. Prof. Szafrana 4, 65-516 ZielonaGóra, e-mail: [email protected].

Autor jest stypendystà w ramach Poddzia∏ania 8.2.2„Regionalne Strategie Innowacji”, Dzia∏ania 8.2 „Transferwiedzy”, Priorytetu VIII „Regionalne Kadry Gospodarki”Programu Operacyjnego Kapita∏ Ludzki wspó∏finanso-wanego ze Êrodków Europejskiego Funduszu Spo∏ecznegoUnii Europejskiej i z bud˝etu paƒstwa.


skich oraz metalowe ch∏odzone dodatkowo wodàw celu wykluczenia rozszerzalnoÊci termicznej formy.Uproszczonà konstrukcj´ otwartej formy grafitowejzaproponowa∏ D. Eskin [3] wraz ze wspó∏autorami.W formie ustawionej na bloku ch∏odzonym wodàjeden koniec odlewu zakotwiczony by∏ we wnćeodwzorowujàcej kszta∏t litery T, natomiast drugikoniec by∏ po∏àczony kotwà z ruchomym blokiemgrafitowym. W póêniejszych pracach [4, 5] D. Eskinstosowa∏ form´ wykonanà w ca∏oÊci z grafitu, orazok∏adziny majàce zmniejszyç intensywnoÊç odbiera-nia ciep∏a przez form´. D. Eskin w pracach [3, 4] ba-daniami objà∏ stopy z grupy Al-Cu i Al-Mg, a w pracy[5] stop AA7050 (stop aluminium z 5,66% Zn,2,25% Cu, 1,84% Mg, 0,04% Si, 0,15% Fe, 0,11% Zr,0÷0,2% Ti).

Badania skurczu stopów prowadzone sà równie˝w formach zamkni´tych, w których warunki krzep-nićia sà zbli˝one do rzeczywistych w procesie od-lewania. G. Pucka i A. Gierek [6] zastosowali form´piaskowà odwzorowujàcà pr´t poziomy o przekrojuko∏owym i d∏ugoÊci 170 mm. Oblewane ciek∏ym sto-pem kotwy grafitowe, umieszczone na koƒcach wn´kiformy, pod∏àczono do czujników. W eksperymenciewraz z rejestracjà zmian wymiaru odlewu w kierunkuosiowym, rejestrowana by∏a jednoczeÊnie jego tem-peratura, stàd metod´ t´ nazwano ATSD. W pracywspomniani autorzy badaniami obj´li stopy AK7,AK11 nale˝àce do grupy stopów Al-Si.

Badania na stopach z tej grupy (Al-Si) prowadzi∏równie˝ J. Mutwil [7, 8], gdzie poczàtkowo stosowa∏form´ metalowà odwzorowujàcà pr´t poziomy o prze-kroju ko∏owym [7], a w kolejnych eksperymentach– form´ segmentowà (metalowà lub skorupowà)odwzorowujàcà pr´t poziomy o przekroju kwadra-towym [8, 9]. Stosowana forma segmentowa mia∏azmniejszyç sztywnoÊç formy i wp∏ynàç na mniejszehamowanie skurczu odlewniczego na powierzchniodlew-forma. W celu uzyskania warunków zbli˝o-nych ideowo do skurczu swobodnego J. Mutwil [10]

zastosowa∏ form´ metalowà zorientowanà pionowoodwzorowujàcà odlew pr´ta o przekroju ko∏owymze zbie˝noÊcià wewn´trznà 1:100 i bez niej. W pracach[11, 12] wspomniany autor wraz z K. Kujawà ba-daniami obj´li stopy dwusk∏adnikowe Al-Si.

Obecnie siluminy sà najpopularniejszymi stopa-mi stosowanymi w odlewnictwie stopów aluminium,a pomimo tego zachodzàce w nich zjawiska skurczo-we nie sà dostatecznie zbadane. Konieczne jest wićciàg∏e uzupe∏nianie informacji o parametrach fizyko-chemicznych i tworzenie bazy danych na ten temat[13]. Dane tego typu mogà stanowiç podstaw´ dosymulacji komputerowych procesów odlewniczych.

Opis stanowiska i metodologia badaƒW badaniach dokonywano pomiaru skurczu linio-

wego krzepnàcego i stygnàcego odlewu prostegopr´ta w formie metalowej (rys. 1). Forma ta by∏awykonana w dwóch wersjach: dzielonej (o sta∏ymprzekroju ø21 mm) oraz niedzielonej (zbie˝nej o po-czàtkowej Êrednicy ø21 mm i zbie˝noÊci 1:100) i od-twarza∏a pionowy pr´t walcowy lub sto˝kowy o d∏u-goÊci 200 mm. Badany metal wlewany by∏ od góry dowalcowej formy 2 osadzonej w segmencie zbiorni-ka wlewowego 3 (sto˝kowe wykonanie segmentu 3oraz górnej cz´Êci formy 2 pozwala na idealne do-pasowanie i póêniejszy prosty demonta˝), a nast´p-nie instalowanego do p∏yty ramy 1 za poÊrednictwempodpórki zbiornika wlewowego 4, co zapewnia sta-bilizacj´ i brak mo˝liwoÊci osuwania si´ formy 2wraz z segmentem 3 w dó∏. Zbiornik wlewowy 3zabezpieczony jest za pomocà blokady zbiornikawlewowego 7. Dodatkowo ca∏oÊç formy jest sta-bilizowana w pionie za pomocà podpórki kana∏uwlewowego 5. Podstawa zamykajàca 8 i wk∏adkaz masy 9 dociskane spr´˝yÊcie ruchomym docis-kiem 12 zapewniajà szczelne zamknićie formy 2 oddo∏u. W eksperymencie badano skurcz liniowy odle-wu oraz rozszerzalnoÊç termicznà formy, mierzonàczujnikami przemieszczenia 13 ze spr´˝ynà zwrotnà,

które wyposa˝ono w ig∏y iniek-cyjne 14. Niezale˝nie od warian-tu stosowanej formy w ekspe-rymencie mierzono temperatu-r´ w górnej jej cz´Êci termoele-mentem p∏aszczowym 15 o Êred-nicy 1 mm z ods∏oni´tà spoinàpomiarowà. Ca∏oÊç, tj. czujnikiprzemieszczeƒ i termoelement,pod∏àczano do mikroproceso-rowego rejestratora PDOC-16(A/C) 16, a nast´pnie za pomocàmagistrali RS232 sygna∏ rejest-rowano na komputerze PC 17.

Warunki eksperymentuBadaniami obj´to stop EN

AC-48000, wytwarzany synte-tycznie przez wtapianie do sto-pu dwusk∏adnikowego Al-Si ko-lejno: miedzi, niklu, magnezu.

Rys. 1. Schemat stanowiska do po-miaru skurczu liniowego oraz zdjćiezamknićia kana∏u testowego


Udzia∏ poszczególnych pierwiastków, okreÊlony nor-mà PN-EN 1706:2011 mieÊci∏ si´ w górnej granicy.

Taki tok post´powania pozwoli∏ na okreÊleniewp∏ywu poszczególnych pierwiastków na wartoÊçskurczu liniowego testowego odlewu. Sk∏ad che-miczny stopu okreÊlany wspomnianà normà i udzia∏wagowy pierwiastków zestawiono w tab. I.

W wyniku opisanego procesu wprowadzania dometalu kolejnych pierwiastków uzyskano cztery stopy,których sk∏ad chemiczny przedstawiono w tab. II.

Rys. 2. Przyk∏adowe wykresy dla tworzonego stopu EN AC-48000: a) pe∏ny pomiar, b) pierwsze 90 sekund, c) skurcz wzgl´dny

a) b) c)

TABELA I. Sk∏ad chemiczny stopu EN AC-48000, % mas.

Si Fe Cu Mn Mg Ni

10,5 – 13,5 0,7 0,8 – 1,5 0,35 0,8 – 1,5 0,7 – 1,3

TABELA II. Udzia∏ procentowy pierwiastków w stopach

Nr Si Cu Ni Mg1 13,5 - - -2 13,5 1,5 - -3 13,5 1,5 1,3 -4 13,5 1,5 1,3 1,5

Przytoczona norma dopuszcza (poza wymieniony-mi udzia∏ami procentowymi pierwiastków w stopie)zawartoÊç cynku do 0,35 i tytanu do 0,25% wag. Zewzgl´du na to, i˝ norma nie okreÊla minimalnej za-wartoÊci wspomnianych pierwiastków, nie uj´to ichw programie badaƒ.

Badany metal by∏ przegrzewany o 100°C powy˝ejjego temperatury likwidus TL. Wyznaczano jà za po-mocà metody ATD, w której stosowano próbnikskorupowy odzwierciedlajàcy odlew o wymiarachø30x40 mm. Temperatur´ metalu mierzono termo-elementem (typu K) na 1/3 wysokoÊci próbki. W ba-daniach skurczu liniowego forma (niezale˝nie od jej


wariantu, tj. zbie˝na lub walcowa) by∏a podgrzewa-na do temperatury 100°C, a jej temperatur´ mierzonow po∏owie jej d∏ugoÊci i gruboÊci Êcianki termo-elementem osadzonym w otworze prostopad∏ym doosi odlewu, natomiast temperatur´ odlewu mierzonow jego w´êle cieplnym, w górnej partii odlewu.

Wyniki badaƒZarejestrowane wyniki badaƒ poddano analizie

w programie JM_PDOC16 (program do obs∏ugimikroprocesorowego rejestratora PDOC-16/U autor-stwa J. Mutwila). Przyk∏adowe wykresy zarejestro-wanych sygna∏ów przedstawiono w funkcji czasu(rys. 2a, b) i temperatury (rys. 2c). Na wykresach(rys. 2a, b) przedstawiono zarejestrowane wartoÊcisygna∏ów w ca∏ym eksperymencie (pe∏ne 600 s,rys. 2a), a na kolejnych (rys. 2b) pierwszych 90 s. Naobu grupach wykresów (rys. 2a, b) zestawiono zmianytemperatury odlewu w w´êle cieplnym T1, pochodnàtemperatury odlewu po czasie T’1, oraz zmiany wy-miaru osiowego odlewu S13 i formy Sf14 w czasie.Wykresy skurczu wzgl´dnego odlewu w funkcjitemperatury (rys. 2c) zosta∏y wykonane na podsta-wie danych z wykresów poprzednich (rys. 2a, b).Na podstawie zmian przebiegu skurczu wzgl´dnegoS(T) wyznaczono wspó∏czynnik liniowego skurczucieplnego S’(T). Stosujàc ekstrapolacj´ koƒcowychwartoÊci pomiaru, wyznaczono wartoÊç skurczu ca∏-kowitego do temperatury otoczenia (20°C). Na krzy-wej temperaturowej na podstawie analizy krzywejkrystalizacji T’1 naniesiono punkty, które umo˝liwi∏ywyznaczenie temperatury: likwidus TL, przemianyeutektycznej TE, przech∏odzenia przed temperaturàeutektycznà TD, maksymalnego efektu cieplnegokrystalizacji eutektyki Te, wydzielania eutektykz∏o˝onych TH, TJ, lokalnych minimów na pochodnejprzed wydzielaniem eutektyk z∏o˝onych Tg, Ti orazkoƒca krzepnićia TK. Maksymalne wyd∏u˝enie uk∏a-du pomiarowego (odlew, kotwa, ig∏y iniekcyjne czuj-ników) po zalaniu formy przyj´to oznaczaç literà R.Na wykresach skurczu wzgl´dnego w funkcji tem-peratury (rys. 2c) literà Z oznaczono koniec pomiaru,a literà Y oznaczono zmian´ kinetyki narastania skur-czu wzgl´dnego, co powiàzane jest z lokalnym eks-tremum na krzywej zmian wspó∏czynnika liniowegoskurczu cieplnego S’(T).

WartoÊci skurczu ca∏kowitego (wyznaczonego napodstawie ekstrapolacji krzywej skurczu wzgl´dnegoS(T) do temperatury otoczenia (20°C)) zestawionow tab. III.

czu koƒcowego w stosunku do skurczu w formiewalcowej. Mo˝na zatem stwierdziç, ˝e w zapropo-nowanym wariancie formy ze zbie˝noÊcià uzyskanowarunki skurczu niehamowanego na powierzchniodlew-forma (bliskie skurczowi swobodnemu). Du˝erozrzuty wielkoÊci skurczu ca∏kowitego uzyskanegow formie walcowej mo˝na wiàzaç z wyst´powaniemmikrozalewek na powierzchni podzia∏u formy oraztarcia na powierzchni odlew/forma.

Na podstawie zaobserwowanych zmian wymia-rowych formy i odlewu oraz temperatury, w którejwystàpi∏o maksymalne wyd∏u˝enie odlewu (punkt R)oraz niemal identycznych przebiegów zmian wymia-ru osiowego formy i odlewu do punktu R, mo˝nawnioskowaç, ˝e w badanym stopie obserwowanezjawisko zwi´kszenia wymiarów w uk∏adzie pomia-rowym zwiàzane jest g∏ównie z rozszerzalnoÊcià ter-micznà formy metalowej oraz wyd∏u˝aniem kotwyzatapianej w ciek∏ym metalu i koƒcówek czujników(igie∏ iniekcyjnych) umieszczonych na kotwie i formie(uk∏ad pomiarowy).

Zaproponowany w stanowisku jednoczesny pomiarzmian wymiarowych odlewu i formy umo˝liwiaokreÊlenie interakcji na powierzchni odlew-forma(wp∏yw formy na skurcz liniowy).

LITERATURA1. Nowikow I. I., Korolkow G. A., Berlin G. S.: Issliedowanije pre-

dusadocznogo rasszirenija i liniejnoj usadki s ispolzowaniemmehatrona. Litejnoe Proizwodstwo, No 6, 1963, ss. 30 – 31.

2. Korolkow G. A., Kuzniecow G. M.: Miechanizm predusa-docznogo rasszirenija pri kristallizacii sp∏awow. LitejnoeProizvodstvo, No. 6, 1990, ss. 5 – 6.

3. Eskin D., Zuidema J., Katgerman Jr., Katgerman L.: Linearsolidification contraction of binary and commercial aluminiumalloys. International Journal of Cast Metals Research, Vol. 14,No. 4, 2002, pp. 217 – 224.

4. Eskin D. G., Suyitno, Mooney J. F., Katgerman L.: Contractionof aluminum alloys during and after solidification. Metallurgi-cal and Materials Transactions, Vol. 35A, 2004, pp. 1325 – 1335.

5. Zhang L., Eskin D. G., Lalpoor M., Katgerman L.: Factorsaffecting thermal contraction bahavior of an AA7050 alloy.Materials Science and Engineering A, 527, 2010, pp.3264 – 3270.

6. Pucka G., Gierek A.: Zastosowanie metody ATSD do wyz-naczania efektywnego zakresu krystalizacji wybranych stopówaluminium. Archives of Foundry Engineering, Vol.1, No. 2,2001, pp. 325 – 332.

7. Mutwil J.: Skurcz liniowy aluminium i siluminów dwusk∏ad-nikowych w formach metalowych. Archiwum TechnologiiMaszyn i Automatyzacji, 2000, vol. 20, nr 1, ss. 107 – 115.

8. Mutwil J.: Stanowisko do badania skurczu liniowego i na-pr´˝eƒ skurczowych w odlewach. Archiwum Odlewnictwa,vol. 3, nr 8, 2003, ss. 287 – 292.

9. Mutwil J.: Badania skurczu liniowego w okresie krzepnićiai stygnićia stopu AlSi5.4. Archiwum Odlewnictwa, vol. 6,nr 18 (1/2), 2006, ss. 67 – 72.

10. Mutwil J.: New version of experimental setup for investigationof linear contraction and shrinkage stresses of metals andalloys. Archives of Foundry Engineering, Vol. 8, No. 4, 2008,pp. 133 – 140.

11. Mutwil J., Kujawa K., Marczewski P., Michaj∏ow P.: Influence ofsilicon concentration on linear contraction process of Al-Sibinary alloy. Archives of Foundry Engineering, Vol. 8, No. 4,2008, pp. 141 – 148.

12. Mutwil J., Kujawa K., Bajon G., Hajn P.: Investigations oflinear contraction and shrinkage stresses developmentin hypereutectic al-si binary alloys. Archives of FoundryEngineering, Vol. 9, No. 4, 2009, pp.157 – 164;

13. Mutwil J.: Doskonalenie odlewniczych systemów produk-cyjnych poprzez rozwój badaƒ, Archiwum Odlewnictwa,Vol. 6, nr 19, 2006, ss. 195 – 200.

TABELA III. Skurcz wzgl´dny ekstrapolowany do temp. 20°C

Nr wariant formystopu zbie˝na walcowa

1 0,950 0,993 0,796 0,9182 0,835 0,986 0,704 0,9523 0,935 0,913 0,685 0,6944 0,809 0,977 0,720 0,801

PodsumowanieNa podstawie wyników przeprowadzonych badaƒ

skurczu liniowego odlewu krzepnàcego w metalo-wym kanale testowym wykonanym w dwóch wa-riantach mo˝na zaobserwowaç, ˝e w formie z zasto-sowanà zbie˝noÊcià uzyskano wi´kszà wartoÊç skur-


The research has been funded from the Polish-NorwegianResearch Programme coordinated by the National Centrefor Research and Development under the NorwegianFinancial Mechanism 2009 – 2014 within Project ContractPol-Nor/210974/44/2013.

Dr hab. in˝. El˝bieta Szymczyk – Wydzia∏ Mecha-niczny, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej WAT,ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, e-mail:[email protected]; mgr in˝. Krzysztof Pucha∏a – Wy-dzia∏ Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Informatyki Sto-sowanej WAT, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa,e-mail: [email protected]; dr in˝. Jerzy Jachimowicz– Wydzia∏ Mechaniczny, Katedra Mechaniki i InformatykiStosowanej WAT, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa,[email protected].

An airframe structure is a thin wall structure inthe form of a skeleton consisting of longitudinalstiffeners known as stringers and transverse stiffenersgenerally flat frames or ribs. The skeleton is covered

with thin metal or laminate sheets called panels(Fig. 1).

The constant attempt to obtain as low aircraftmass as possible is the reason for using material ofhigh specific strength and stiffness in the aerospaceindustry [3]. High strength steels, titanium or alumi-nium alloys (e.g. 2024T3) and composite laminates(e.g. CFRP or Glare) are the examples of such ma-terials. The selection of materials used in aircraftindustry is preceded with the analysis of many factors.The main factors taken into consideration are: me-chanical properties, machinability, cost, physical andchemical properties important for service conditions(corrosion resistance, radar waves reflection ability,etc.). Optimizing the aircraft with regard to mass canbe achieved by increasing the nominal stress levels inthe primary structure with respect to limit loads andsafety factors as well as uniform strength in selectedareas.

FEM design of composite – metal joint for bearingfailure analysis

Analiza projektowa MESpo∏àczenia kompozytowo-metalowegoprzeznaczonego do badaƒ na naciski

KRZYSZTOF PUCHA¸AEL˚BIETA SZYMCZYKJERZY JACHIMOWICZ

Streszczenie: Sta∏e dà˝enie do uzyskania jak najmniejszej masy samolotu jest powodem stosowania w konstrukcjachlotniczych materia∏ów o wysokiej wytrzyma∏oÊci i sztywnoÊci w∏aÊciwej. Wysokowytrzyma∏e stale, stopy tytanu lub stopyaluminium (np. 2024T3) oraz laminaty kompozytowe (np. CFRP, Glare) sà przyk∏adami takich materia∏ów. Stosowanieró˝norodnych materia∏ów na struktury lotnicze wymusza koniecznoÊç ∏àczenia cz´Êci metalowych z kompozytowymi.Stosuje si´ ró˝ne techniki ∏àczenia pokryç p∏atowca z elementami usztywniajàcymi: mechaniczne (po∏àczenia nitowane,Êrubowe), adhezyjne (klejenie, okazjonalnie zgrzewanie), hybrydowe (w którym zastosowano kombinacje dwóch ró˝nychmetod). W przypadku po∏àczeƒ mechanicznych konieczne jest wykonywanie otworów, które stanowià miejsca silnychkoncentracji napr´˝eƒ decydujàcych o wytrzyma∏oÊci ca∏ej konstrukcji. Po∏àczenia mechaniczne jako stosowane oddziesi´cioleci odznaczajà si´ wysokim poziomem niezawodnoÊci. Po∏àczenia mechaniczne mo˝na wykonywaç orazu˝ytkowaç w trudnych warunkach Êrodowiskowych. Celem pracy jest projekt mechanicznego po∏àczenia metal-kompozytoraz analiza niszczenia elementu kompozytowego. Analizowano dwuci´te po∏àczenie Êrubowe. Przeprowadzono obliczeniaanalityczne oraz numeryczne.

S∏owa kluczowe: kompozyty, po∏àczenia mechaniczne, MES

Abstract: The constant attempt to obtain as low aircraft mass as possible is the reason for using material of high specificstrength (or stiffness) in the aerospace industry. High strength steels, titanium or aluminium alloys (e.g. 2024T3) andcomposite laminates (e.g. CFRP or Glare) are the examples of such materials. Dissimilar materials in aircraft structuresprovide a necessity of composite and metallic components joining. Various techniques are used to connect the skin withthe stiffening elements: mechanical (riveting, bolting), adhesive (bonding and occasionally welding) and hybrid (where bothabove mentioned methods are used). Making holes is a necessity for mechanical joints. The holes are the areas of highstress concentrations and they determine load capability of the whole structure. However, mechanical joints used fordecades are proved to be reliable. They can be assembled and applied in very rough conditions since they are lesssensitive to environmental effects. The goal of the work is development of a mechanical metal-composite joint and failureanalysis of the composite part. The double-shear joint is analysed. Both analytical and numerical calculations are performed.

Keywords: composites, mechanical joints, FEM


The newest Boeing and Airbus aircrafts are built, inapproximately fifty percent, of composite materials(e.g. 787 – Fig. 2). The fuselage and wing skins,together with the stiffeners are almost in the wholemade of composites (Fig. 3).

In the case of Boeing 787, the stringers and the skinare co-cured [6]. However, in the case of Airbus A350XWB, the stringers are bonded to the skin whereasframes are connected with the skin using specialrivets. The usage of special rivets in the compositepanel is presented in Fig. 4.

Most of the hitherto built aircraft structuresare mainly made of aluminium alloys. Owing toa tendency to use composite materials (Fig. 2), themodernizations of existing structures are highlyprobable, i.e., gradual substitution of metallic compo-nents with composite ones.

The process of structure development with theapplication of composite materials can be imple-mented in many ways, e.g.:

� Metallic parts of a structure are partly replacedwith composite ones. It can be performed at design ormodification stage. For example, replacing metallicpanels with composite ones according to stiffnesscriteria (with appropriate strength) or according tostrength criteria (with appropriate stiffness). In suchcase, the airframe skeleton stiffening the structure

Fig. 1. Exemplary aircraft structures [1, 2]

Fig. 2. Usage of composite materials over time [4]

Fig. 3. Materials used in temporary aircraft structures [5]

Fig. 4. Mechanical joints in composite structures [6]

a)

b)


usually remains metallic. Therefore, there is a neces-sity of metallic and composite material connecting(panels with panels and panels with skeleton). It isworth mentioning that in such hybrid structures, alu-minium elements are often replaced with titanic ones.

� A new, mainly composite, structure is designed.Some metallic pats are used for various types offittings and strengthening elements. Componentdimensions and chosen metal alloy depend on theselected composite, applied stress, etc. The mosthighly loaded frames in Airbus A350 WXB are madeof titanium alloy (e.g. door frames) [4].

� Some parts of new or modified structures aremade of special types of laminates – FML (fibre metallaminates). These types of materials coalesce advan-tageous properties of fibre reinforced plastics andmetals (to improve fatigue strength and fractureresistance).

Strength of composite laminates is dependent onthe joint geometry, however, it is strongly influencedby the laminate lay-up. There are five global failuremodes for mechanically fastened composite lami-nates: net-tension, bearing, shear-out, cleavage andpull-through (Fig. 5). The bearing failure is a safeprogressive mechanism not leading to catastrophicfailure and therefore it is acceptable [7].

There are some hints for correct design of a me-chanical joint of composite panels [7]:

� appropriate geometry (sheet width to holediameter ratio W/D and edge distance to holediameter ratio E/D should reach a sufficiently highvalue specific for the given material),

� proper laminate configuration (composite shouldbe quasi-isotropic, i.e., that they should have at least1/8 fibres but no more than 3/8 fibres in one of basicdirections: 0, +/–45, 90).

If the above conditions are fulfilled, the occurrenceof a bearing failure mode is highly probable [7]. Analy-sis of bearing strength in composite materials ismore complex than in metal alloys due to the follow-ing reasons. Material in the vicinity of the hole is com-pressed. Fibres compressive strength is lower thanthe tensile one, additionally, the resin matrix presentsmuch lower strength than the fibres [6]. Initially, thecompressive load is transferred mostly by the matrix.After a specific matrix deformation, the load is alsotransferred by the fibres due to shear stress betweenthe matrix and fibres. The fact that the matrix deformsmore than the fibres causes adhesion failure. An un-supported fibre of a minor diameter has a tendency tolocal buckling and cracking. Then, the whole load istransferred by the compressed matrix which failssuddenly. The above problems were considered bymany authors [8 – 13]. Some attempts to improvebearing performance in composite parts are analysedin [14].

One of the most promising solution is presentedin paper [15]. Sheets made of titanium alloy arebonded between composite layers in some distancefrom the edge of the composite panel in the waythat causes gradual load transfer into the compositestructure (Fig. 6).

Ultimate bearing stress increases about 3 timeswith the increase of the titanium content to 50%.With the use of this solution it is possible to reducethe overlap joint dimensions, what causes massreduction. The major disadvantage of this method isits high cost, making this solution acceptable only invery demanding constructions [15].

The goal of the work is to design a mechanicalmetal-composite joint and failure analysis of the com-posite part. The results of presented analysis will be

Fig. 5. Failure mechanism in bolted composites and specimen notation

Fig. 6. Sample with titanium foils bonded between laminate layers [15]


The assumed composite lay-up provides its thick-ness of about 3 mm (tC = 3 mm). The remainingdimensions are calculated according to typical me-chanical joint conditions which require the absenceof plastic strains within the limit load range (limit loadis the maximum load expected in service):

� Aluminium/composite sheet and bolt (bolt tocomposite) bearing condition:

(1)

� Aluminium/composite sheet net-tension condi-tion:

(2)

� Bolt shear condition:

(3)

used in development of an improved alternativemechanical metal-composite connection.

Mechanical joint design

Modern aircraft composite skins are mainly made ofcarbon fibre reinforced plastics (CFRP). The analysisof metal and composite large aircraft panels is pre-sented, e.g., in [4]. The analysis is performed for thespecimen in the form of a double-shear bolted jointwith four steel fasteners (Fig. 7). Overall dimensionsand composite laminate lay-up are chosen accordingto [4] and aircraft requirements [16]. The outer ele-ments are made of 2024T3 aluminium alloy and theinner element is made of quasi-isotropic CFRP lami-nate consisting of HTA/6376 UD prepreg layers. Thestacking sequence is [0/45/90/-45/0/45/90/-45]s. Thejoint length L is 300 mm. The bolt diameter d andhole diameter D are assumed to be 6 mm. A selectedpitch length is 5d, which results in joint width w of60 mm.

Fig. 7. Double lap joint

where:P – applied force, N,D – hole diameter, mm,ti – element thickness, mm, (i = AL – aluminium

alloy sheet, ST – steel (bolt), C – composite (lami-nate)),

w – joint width, mm,d – fastener diameter, mm,Si

br – bearing yield strength, MPa, (i = AL – alu-minium alloy, ST – steel, C – composite),

Sit – tensile yield strength, MPa, (i = AL – alu-

minium alloy, ST – steel, C – composite),Sxy

ST – bolt shear yield strength, MPa.Metallic alloys are assumed to be isotropic. For

such materials, bearing strength Sbr (which in motion-less joints corresponds to compression strength Sc)and shear strength Sxy can be expressed in relationto tensile yield strength St (or ultimate tensilestrength) obtained from an unidirectional tensiletest (St

AL = 360 MPa, StST = 700 MPa, AL – aluminium,

ST – steel [17]).Compression (bearing) strength for aluminium

alloys can vary from 1,2 to 1,7 of tensile strength:for 2024T3 Sbr

AL = 1,46StAL = 524 MPa and for steel

SbrST = 1,4St

ST = 980 MPa is assumed according to [17].Shear strength is assumed within the range from0,55 to 1,0 of tensile strength [18]. For steel boltSxy

ST = 0,56StST = 405 MPa is assumed [17]. The local

stress state is a function of applied load (σ = σ(P)).For the applied load (sum of all forces acting on thestructure) lower than limit load, the local stress cannotexceed yield strength and ultimate strength dividedby proper safety factor k (σ(P) <Syield, σ(P) < Sult/k).The focus of attention are local phenomena. There-fore, only yield strength criterion is taken into account(1 – 3) (and yield index is omitted).

In the case of metallic alloys (elasto-plastic ma-terials), yield strengths are clearly defined. For thecomposite materials the situation is more compli-cated. The yield stress determination can be per-formed in many ways. The exemplary definitions ofthe bearing yield stress are as follows:

1. global bearing failure– the stress corresponding to 2% permanent

hole elongation;– the stress corresponding to 30% stiffness loss;

2. local (and micro local bearing failure)– the stress corresponding to first peak load on

the stress-strain graph;– the stress corresponding to initial matrix

fractures determined, e.g., with the use of acousticmethods.

The bearing yield stress (corresponding to 2% per-manent hole elongation) is assumed at the level of520 MPa according to [19]. A similar problem occursfor tensile strength determination. Composite ma-terials are notch-sensitive. For material similar to thattaken into consideration unnotched tensile strengthequals 710 MPa, but open hole tensile strength is456 MPa [20]. In the mentioned paper, the authorclaims that no damage occurs up to 75 % of open hole


Fig. 8. Numerical model of the joint, iso view, load,boundary and symmetry conditions

tensile strength. As the damage was monitored ata selected load level, the damage probably occurredbetween 65 – 75% of open hole tensile strength. Inthe paper, a 65% load level is taken into account,what results in yield strength equal to 300 MPa, whichis in agreement with [19].

The yield stresses used in analytical calculations arepresented in table I.

TABLE I. Yield stresses used in analytical calculations

Sibr , St

i, SxyST,

MPa MPa MPa

2024 T3 (i = AL) [17] 524 360 -

Composite (i = C) [19, 20] 520 300 -

Steel bolt (i = ST) [17] 980 700 405

TABLE II. Calculated stresses for load equal to 50 kN

Area, Stress σ i, Analytical failureStrength condition mm2 MPa index

FIA = σ i/S i

Bearing of compositepart 72 699 1,34

Net-tension ofcomposite part 174 289 0,96

Bearing of aluminiumsheet 96 524 1,00

Net-tension ofaluminium sheet 232 217 0,60

Shear of bolt 226,1 223 0,55Bearing of bolt

(in composite part) 72 699 0,71

TABLE III. Elastic properties of metallic elements [17]

Young’s modulus,GPa Poisson’s ratio

Aluminium alloy sheet 70 0,33

Steel bolt 210 0,3

TABLE IV. Elastic properties of HTA/6376 lamina [22]

Young’s modulus 1, GPa E1 140Young’s modulus 2, GPa E2 10Young’s modulus 3, GPa E3 10

Poisson’s ratio 1-2 v12 0,3Poisson’s ratio 1-3 v13 0,3Poisson’s ratio 2-3 v23 0,5

Shear modulus 1-2, GPa G12 5,2Shear modulus 1-3, GPa G13 5,2Shear modulus 2-3, GPa G23 3,9

Comparing all the aforementioned strength condi-tions (1 – 3) (with assumption that the value of thelowest failure force corresponds to bearing of thecomposite part) results in aluminium sheet thicknessof 2 mm (tAL = 2 mm). For a selected pitch, thebearing and tensile strength of the composite elementis comparable. Additionally, the bearing by-passdiagram presented in [19] shows that there is a possi-bility of a composite tension failure mode. Therefore,the joint width w is increased to 70 mm. For suchdimensions, the joint fails in the composite bearingmode. The failure load equals 37 kN.

The lowest force (FIA = 1,34) corresponds tobearing failure of the composite part (which is inagreement with the assumption), the next one(FIA = 1,00) corresponds to bearing failure of thealuminium sheet and then force corresponding tonet-tension failure of the composite part is almost atthe same level (FIA = 0,96).

Numerical analysis

A solid element is used to model all the compo-nents (aluminium and composite sheets and bolt).It is an eight-node element with linear interpolationfunctions and three translational degrees of freedomper node. Due to symmetry, only a quarter of the jointis modelled. The boundary and symmetry conditionsare presented in Fig. 8. The left grip edge is fixed andthe right grip edge is pulled.

Node to segment contact [21] is applied betweenthe contacting surfaces. Nonlinear analysis is per-formed using Newton – Raphson method withMSC.Marc code. The properties of metallic alloysused in analysis are shown in table III.

A single lamina is described by means of one layerof 3D orthographic material (HTA/6376 UD prepreg)the properties of which are presented in Tab. IV.

The analytical failure indices (FIA = σ i /Si)for each considered failure condition atthe load level of 50 kN (corresponding tobearing failure of aluminium sheets) arepresented in table II. It is assumed thatbearing failure index of the aluminium sheetis equal to unity. This statement will beappropriate to compare analytical andnumerical results.


Failure criteria compare the appropriate compo-nents of the stress tensor in the material coordinatesystem (σ1, σ2, σ3, σ12, σ23, σ13) or their combinationwith the corresponding strengths values.

According to the maximum stress criterion, thefailure indices are calculated as follows [21]:

1. First index:

(5)

2. Second index:

(6)

Failure index in aluminium alloy are defined byequation (4):

(4)

where:σH – equivalent von Mises stress, MPa.

For applied stress of 80 MPa (and correspondingload of 22,4 kN), the maximum stress value inaluminium alloy sheets is equal to yield strength(360 MPa) and failure index FI AL reaches unity. Thevon Mises failure index distribution in the aluminiumsheet is presented in Fig. 9.

For the same load level as in the case of aluminiumsheet failure, failure indices according to max stressand Hashin failure criterion were observed in the com-posite part. Table V shows the values of the laminatelayer strengths, used for calculating the failure indices.

TABLE V. Strengths of HTA/6367 lamina [23]

Tensile strength 1, MPa S1t 2250Compressive strength 1, MPa S1c 1600



Shear strength 1-2, MPa S12 98Shear strength 1-3, MPa S13 98Shear strength 2-3, MPa S23 30

3. Third index:

(7)

4. Fourth index:

(8)

5. Fifth index:

(9)

6. Sixth index:

(10)

The Hashin failure criterion distinguishes betweenfibre failure and matrix failure [24]:

1. First index, fibre tension mode:

(11)

2. Second index, fibre compression mode:

(12)

3. Third index, matrix tension mode:

(13)

4. Fourth index, matrix compression mode:

(14)

Fig. 9. Von Mises failure index distribution inaluminium part (applied stress level 80 MPa)


Fig. 10. Mechanical joint failure forms and corresponding failure indices maps

TABLE VI. Maximum stress failure indices

TABLE VII. Hashin failure indices

Tab. VI shows the maximum stress failure indicesand the area of stress concentration in the vicinity ofthe hole.

According to the maximum stress criterion, thehighest indices values are those corresponding tothe tension/compression in direction 2 – FIMX 2 (deter-mined by the properties of the matrix), the shear in2-3 plane – FIMX 5 and the shear 1-2 plane – FIMX 4.

Large values of the index FIMX 5 are significantly in-fluenced by low shear strength in 2-3 plane as well asthe vicinity of the hole edge.

Hashin failure indices are presented in Tab. VII. Iffourth Hashin failure index is equal to unity (FIH 4 = 1),a load level is found. Then, the applied load (corre-sponding to aluminium alloy sheet failure) is dividedby the former one (consistent with a matrix compres-sion failure mode).


TABLE VIII. Comparison of safety factors

Failure analysis case Type of failure Safety factor

NF_HAS micro local 45,03

NF_MX micro local 4,50

HAS_imme local/global 1,66

MX_imme global 1,44

HAS_grad global 1,19

MX_grad global 0,91

The analysis of the Hashin criterion indices showsthat at the beginning the resin fails by compressionand next by tension (in each layer). The high values offibre tension indices are probably overestimated, asresulted from a literature review [20].

In mechanical joints, bearing is accompanied bytension in a net section. Failure forms obtained duringthe joint loading can be divided into the ones typicalfor the bearing and the ones specific for open holetension [17].

The typical mechanical joints failure forms of quasi-isotropic CFRP laminates and failure indices maps arepresented in Fig. 10.

The bearing failure initiation occurs due to matrixcompression. The matrix compression failure index(FIH 4) for layer L7 (90°) is equal to 27,259 (Fig. 10a).Fig. 10b presents the form of failure specific fora quasi-isotropic CFRP laminate open hole tensiletest and a corresponding failure index map. For layerL7 (90°), value of the second failure index accordingto maximum stress criterion (FIMX 2) equals 1,744.

The index corresponding to the fibre compressionfailure (FIH 2) for layer L5 (0°) equals 0,639 (Fig. 11).

Although the presented data gives insights intothe behaviour of a particular layer, the failure indicesare valid only to first failure occurrence. Therefore,the progressive failure analysis is performed. The re-sults of the progressive failure analysis are presentedin Fig.12. NF denotes quasi-linear analysis withoutfailure, H_imme and MX_imme stands for immediatestiffness reduction to 1% according to Hashin andmaximum stress failure criterion, respectively. Thegradual stiffness reduction is marked by H_gradfor Hashin and MX_grad for the maximum stressfailure criterion.

The analytically calculated failure force (PA) equals37 kN. According to the Hashin failure criterion(NF_HAS) matrix fails in the compression mode forthe force (PNF_HAS) of 0,82 kN (Tab. 7, layer L7). Takinginto account the maximum stress failure criterion(NF_MX), shear failure in 2-3 plane occurs for the loadlevel of PNF_MX = 8,22 kN (Tab. VI, layer L1).

During numerical analysis without failure (NF), theforce increases almost linearly with displacement.However, during the progressive failure analysis,nonlinear behaviour is observed before failure. Themaximum forces obtained, for immediate stiffness

reduction analysis, according to Hashin (PHAS_imme)and maximum stress failure criterion (PMX_imme) are22,28 kN and 25,63 kN, respectively. ForcesPHAS_grad = 31,10 kN and PMX_grad = 40,80 kN areobtained in Hashin and maximum stress gradualstiffness reduction analysis. The safety factors (PA/PN,where N = NF_HAS,... ,MX_grad) for all cases ofanalysis are compared in Tab. VIII.

The gradual stiffness reduction analysis with maxi-mum stress failure criterion results in upper loadcapacity estimation (safety factor lower than 1).However, the analysis without failure according to

Fig. 11. Typical bearing failure indicex map

Fig. 12. Force versus hole elongation graph for progressivefailure analysis


Hashin criterion results in lower load capacity (safetyfactor 45,03). Although, the analytical conditionsand gradual stiffness reduction analysis allow for es-timation of global failure load of the specimen, theimmediate stiffness reduction analysis providesestimation of local failure load level. The analysisof failure indices (quasi-linear cases) creates a possi-bility to evaluate load level corresponding to microlocal phenomena.

Conclusions

Analytical and numerical strength assessmentswere carried out for a mechanical metal-compositejoint. According to the analytical calculation, globalfailure of the composite element occurs at theload level equal to 74% (37 kN) in relation to failureload of an aluminium alloy sheet (50 kN). The ana-lytical calculations are based, however, on theequivalent, (experimentally determined) laminateproperties. The numerical results are based onlamina determined properties, therefore, the be-haviour of each lamina is considered separately.According to the numerical calculation, micro localfailure of the composite element occurs at theload level equal to 37% (8,22 kN) and 3,7% (0,82 kN)in relation to failure load of an aluminium alloysheet (22,4 kN) for maximum stress and Hashinno failure analysis, respectively. In numericalanalysis, the composite element failure can beestimated with the usage of failure criteria andprogressive analysis properties. The numericalanalyses were carried out without failure of lami-nate (quasi-linear case), with immediate stiffnessreduction and with gradual stiffness reduction(nonlinear cases). The assumed criterion and failureprogressive analysis properties strongly influencethe results. The numerically estimated safety factorsvary from 0,91 to 45,03. However, all the resultsof numerical and analytical analyses indicate thatthe failure of composite element occurs beforealuminium sheet failure. The load level selectedin numerical calculations is comparable to theoperating load of the aircraft. The gradual stiffnessreduction analysis with maximum stress failurecriterion results in the underestimated safety factor,which provides the upper estimation of the specimenload capacity. However, quasi-linear analysis withHashin failure results in lower load capacity estima-tion.

REFERENCES

1. http://www.flightglobal.com/.

2. http://911review.com/reviews/physics911/missing_wings/missingwings_files/boeing2.jpg.

3. Ashby M.F.: Dobór materia∏ów w projektowaniu in˝y-nierskim. WNT, Warszawa 1998.

4. Roeseler W. G., Sarh B., Kismarton M. U.: Composite struc-tures: the first 100 years [in:] Proceedings of the 16th Inter-national Conference on Composite Materials (on CD),Kyoto, Japan, 2007.

5. http://www.boeing.com.

6. Mikulik Z., Haase P.: Composite Damage Metrics andInspection CODAMEIN, Final Report (EASA.2010.C13),Bishop GmbH - Aeronautical Engineers, Hamburg,Germany, 2012.

7. Camanho P. P., Matthews F. L.: Stress and strength predic-tion of mechanically fastened joints in FRP: a review. Com-posites, Part A 28A,1997, pp. 529 – 547.

8. Dano M-L, Kamal E., Gendron G.: Analysis of Boltedjoint in composite laminates: Strain and bearing stiffnessprediction. Composite Structures, 79, 2005, pp. 562 – 570.

9. Xiao Y., Ishikawa T.: Bearing strength and failure behaviorof bolted composite joints (Part I: Experimental investiga-tion). Composite Science and technology, 65, 2005, pp.1022 – 1031.

10. Xiao Y., Ishikawa T.: Bearing strength and failure behaviorof bolted composite joints (Part I: Modeling and simula-tion). Composite Science and technology, 65, 2005, pp.1032 – 1043.

11. Hühne C., Zerbst A.-K., Kuhlmann G., Steenbock C., RolfesR.: Progressive damage analysis of composite boltedjoints with liquid shim layers using constant and continuousdegradation models. Composite Structures, 93, 2010, pp.189 – 200.

12. Chisthi M., Wang Chun H., Thomson Rodney S., OrificiAdrian C.: Numerical analysis of damage progression ofcountersunk composite joints. Composite Structures, 94,2012, pp. 643 – 653.

13. Kapti S., Sayman O., Ozen M., Benli S.: Experimental andnumerical failure analysis of carbon/epoxy laminated com-posite joints under different conditions. Materials and De-sign, 31, 2010, pp. 4933 – 4942.

14. Pucha∏a K., Szymczyk E., Jachimowicz J.: About mechanicaljoints design in metal-composite structure. Journal ofKONES, 19, 3, 2012, pp. 381 – 390.

15. Fink A., Camanho P. P., Andrés J. M., Pfeiffer E., Obst A.:Hybrid CFRP/titanium bolted joints: Performance assess-ment and application to a spacecraft payload adaptor.Composites Science and Technology, 70, 2010, pp.305 – 317.

16. CS 23 (Certification Specifications). European AviationStandards Agency, Brussels, 2003.

17. www.matweb.com.

18. Astachow M.F., Karawajew A.W., Makarow S.J., Suzda-jew J.J.: Sprawocznaja kniga po razczotu samolota naprocznost. Oborongiz, Moskwa 1954.

19. McCarthy C.T., McCarthy M.A., Gilchrist M.D.: PredictingFailure in Multi-bolt Composite Joints using Finite ElementAnalysis and Bearing-bypass Diagram. Key EngineeringMaterials, Vols. 293 –294, 2005, pp. 591 – 598.

20. O’Higgins R.M., McCarthy M.A., McCarthy C.T.: Com-parison of open hole tension characteristics of highstrength glass and carbon fibre-reinforced compositema-terials. Composites Science and Technology 68, 2008,pp. 2770 – 2778.

21. MSC.Marc. Theory and User Information. MSC Corp., SantaAna 2010.

22. McCarthy M.A., McCarthy C.T., Lawlor V.P., Stanley W.F.:Three-dimensional finite element analysis of single-bolt,single-lap composite bolted joints: part I – model develop-ment and validation, Composite structures, 71, 2004, pp.140-158.

23. Tserpes K.I., Labeas G., Papanikos P., Kermanidis Th.:Strength prediction of bolted joints in graphite/epoxycomposite laminates. Composites Part B, 33, 2002, pp.521 – 529..

24. Hashin Z.: Failure Criteria for Unidirectional Fiber Com-posites. Journal of Applied Mechanics, 47, 1980; pp.329 – 34.


WSPÓ¸CZESNE MATERIA¸Y KONSTRUKCYJNE

Do budowy konstrukcji stalowych, cz´Êci maszyni urzàdzeƒ oraz ustrojów noÊnych, a tak˝e w budow-nictwie, wykorzystuje si´ stale konstrukcyjne. Przez lataw praktyce in˝ynierskiej na elementy pracujàce przyniewielkim wyt´˝eniu i ma∏ej odpowiedzialnoÊci sto-sowano stale w´glowe podstawowych gatunków St3S,St4S, natomiast w elementach mocniej obcià˝onychnajcz´Êciej wykorzystywana by∏a stal niskostopowa18G2A.

Obliczenia wytrzyma∏oÊciowe prowadzone obecniemetodà MES pozwalajà stwierdziç, ˝e maszyny luburzàdzenia zbudowane w latach 1960 – 1970 by∏yw znaczàcy sposób przewymiarowane, gdy˝ wyt´˝eniekonstrukcji by∏o na poziomie 60 – 80 MPa, natomiastgranica plastycznoÊci stali St3S wynosi∏a 240 MPa.Wspó∏czeÊni m∏odzi in˝ynierowie w wi´kszoÊci przypad-ków stwierdziliby, ˝e tak zaprojektowane konstrukcjesà nieekonomiczne oraz niew∏aÊciwie zoptymalizo-wane. Tymczasem mo˝na przytoczyç wiele przyk∏adów,˝e takie projektowanie by∏o jak najbardziej w∏aÊciwe.Przyk∏adowo, w trakcie modernizacji m∏ynów do mie-lenia cementu, zbudowanych w∏aÊnie ze stali St3Sw latach 70. o masie ponad 200 ton, wirujàcych z pr´d-koÊcià 700 obr/min, stwierdzono ponad 300 spoinnaprawczych, wykonanych na p∏aszczu m∏yna przez lataeksploatacji. Kolejno powstajàce p´knićia p∏aszczam∏yna, regularnie naprawiane podczas kontroli m∏yna,nie powodowa∏y ˝adnego zagro˝enia dla konstrukcjiprzez ponad 40 lat eksploatacji. Takie zachowanie wy-nika z w∏aÊciwie „zaprojektowanej” stali, która pomimostosunkowo niskich w∏aÊciwoÊci wytrzyma∏oÊciowychposiada∏a sta∏e i niezmienne cechy dotyczàce przedzia-∏ów wytrzyma∏oÊci, odkszta∏cenia plastycznego, sk∏aduchemicznego i mikrostruktury. StabilnoÊç tych w∏aÊci-woÊci powodowa∏a, ˝e stale wykazywa∏y sta∏à jakoÊçniezale˝nie od postaci dostarczenia, wyrobu i jegogruboÊci. Dzi´ki temu stale takie by∏y przewidywalne.

Stale konstrukcyjne klasyfikowane wed∏ug aktual-nych norm, okreÊlane sà w pierwszej kolejnoÊci na pod-stawie w∏aÊciwoÊci mechanicznych: Rm, Re lub Rp0,2, A.Ewentualnie dla niektórych gatunków norma podajerównie˝ wymagania dotyczàce udarnoÊci w tempe-raturze otoczenia lub obni˝onej. Wynika to z faktu, ˝epodczas procesu projektowania in˝ynier konstruktordobiera materia∏ oraz przekroje noÊne maszyny, operujàcpodanymi parametrami. Kryteria znakowania opierajàsi´ na wartoÊciach minimalnych dla Re oraz A, a jedyniewytrzyma∏oÊç na rozciàganie Rm okreÊlana jest prze-dzia∏em wytrzyma∏oÊci. Na pierwszy rzut oka wydajesi´ to nie budziç zastrze˝eƒ, jednak pomini´ty jest bar-dzo istotny fakt, ˝e okreÊlenie jedynie dolnej wyma-ganej wartoÊci Re pozwala wytwarzaç stal, w której gra-nica plastycznoÊci jest bliska wytrzyma∏oÊci na roz-ciàganie. W ekstremalnych przypadkach mo˝e to dopro-wadziç nawet do sytuacji, gdzie stosunek Re/Rm wynosi 1.Tymczasem przytaczana w wielu podrćznikach aka-demickich zale˝noÊç pomi´dzy Re a Rm definiowana jest

Stare St3 versus nowe S235– zamiennik czy zupe∏nie coÊ innego?

jako Re = 0,65Rm. Producenci stali cz´sto podpierajàsi´ argumentem, ˝e materia∏ posiadajàcy znaczniewy˝szà granic´ plastycznoÊci ni˝ wymagana normàklasyfikuje go jako korzystniejszy. Nie jest to zgodne zprawdà. Przyk∏adowo, konstrukcj´, w której wystarcza-jàcy jest materia∏ o Re minimum 235 MPa, a zastoso-wana stal ma np. 400 MPa, nale˝y uznaç za prawie dwu-krotnie przewymiarowanà. Tymczasem, co si´ stanie,gdy wytrzyma∏oÊç na rozciàganie tego materia∏u wynosinp. 420 MPa? Ró˝nica pomi´dzy Re a Rm jest tak nie-znaczna, ˝e przy wystàpieniu przecià˝enia konstrukcjapracuje zasadniczo tylko i wy∏àcznie z zakresie spr´-˝ystym, a powstajàce przecià˝enie nie jest sygnalizo-wane ˝adnym odkszta∏ceniem plastycznym. Po osiàg-nićiu wartoÊci 420 MPa konstrukcja nieuchronnieulegnie zniszczeniu. Takie zachowanie stali wywierasilny wp∏yw nie tylko na bezpieczeƒstwo konstrukcji, alerównie˝ na technologi´ wytwarzania.

Kolejnym unormowanym kryterium stali konstruk-cyjnych jest sk∏ad chemiczny. Okazuje si´ jednak, ˝ew rzeczywistoÊci mo˝liwy jest brak jakichkolwiek do-datków normalnych oraz stopowych, gdy˝ obecniemajà one sprecyzowanà jedynie maksymalnà zawar-toÊç pierwiastków. Norma PN-EN 10025 definiuje, ˝esk∏ad chemiczny stali powinien byç tak dobrany, abyrównowa˝nik w´gla ekwiwalentnego CE by∏ mniejszyod 0,45%. Pozwala to producentom na znacznà selekcjíloÊci wprowadzanych pierwiastków stopowych. Zasad-niczo mo˝liwa jest do wyobra˝enia sytuacja sklasy-fikowania niemal czystego ˝elaza jako stali konstruk-cyjnej, oczywiÊcie pod warunkiem, ˝e materia∏ ten spe∏niminimalne w∏asnoÊci wytrzyma∏oÊciowe. Teoretycznienie powinno to stwarzaç problemów, a mo˝e wydawaçsi´ nawet korzystne, bioràc pod uwag´ spawalnoÊçtych stali. Jednak wskazanie w normach wy∏àczniemaksymalnych zawartoÊci pierwiastków spowodowa∏ozupe∏nà dowolnoÊç w produkcji stali i systemów jejumacniania. Z praktyki in˝ynierskiej wynika, ˝e obec-nie zamawiajàc wyroby ze stali tego samego gatunku,cz´sto w zale˝noÊci od wyrobu i jego gruboÊci, mo˝emyotrzymaç stale o ró˝nym sk∏adzie chemicznym orazmikrostrukturze. Producent w dowolny sposób mo˝eumacniaç stal przez wprowadzenie pierwiastków sto-powych, przeróbk´ plastycznà lub przez kszta∏towa-nie mikrostruktury zabiegami obróbki cieplnej. Wspó∏-czynnik CE obejmuje wiele pierwiastków stopowych,a producent dobierajàc sk∏ad chemiczny tak, aby spe∏niçwarunek CE = 0,45%, uzyskuje to przez roszad´ liczbypierwiastków stopowych. Wszystkie te czynniki wp∏y-wajà na ogromne utrudnienie technologiczne i eksploa-tacyjne. Spawanie stali tego samego gatunku, ale o ró˝-nym sk∏adzie chemicznym, mo˝e byç utrudnione zewzgl´du na w∏aÊciwy dobór stopiwa i parametrówcieplnych procesu. W przypadku ∏àczenia stali, z którychjedna ma ni˝szà zawartoÊç w´gla, a zwi´kszonà za-wartoÊç np. manganu i chromu ze stalà o odwrotnymstosunku tych pierwiastków, w spoinie oraz strefie


wp∏ywu ciep∏a w wyniku dyfuzji pierwiastków mo˝enastàpiç lokalny wzrost wspó∏czynnika CE powy˝ejwartoÊci 0,45%.

PodsumowanieStale konstrukcyjne produkowane zgodnie z aktualnie

obowiàzujàcymi normami mogà stwarzaç wiele prob-lemów technologicznych i eksploatacyjnych pomimospe∏nienia wymagaƒ okreÊlonych w normach. Jest towynikiem nieprecyzyjnych kryteriów oraz znacznej do-wolnoÊci w kszta∏towaniu mikrostruktury, sk∏adu che-micznego i wymaganych w∏aÊciwoÊci mechanicznych.Ró˝nice te stwarzajà problemy np. podczas spawania czykszta∏towania tych stali. Najwi´ksze jednak zagro˝enieeksploatacyjne powoduje mo˝liwoÊç sprowadzenia na-pr´˝enia odpowiadajàcego granicy plastycznoÊci Re dopoziomu wytrzyma∏oÊci na rozciàganie Rm, tak ˝e wartoÊçstosunku Re/Rm jest bliska jednoÊci.

Maciej LachowiczMachinefish Materials & Technologies

èród∏o: www.machinefish.pl

LITERATURA

1. Lachowicz M.B., Lachowicz M.M.: W∏aÊciwoÊci u˝ytkowe,projektowe i technologiczne stali konstrukcyjnych klasy-fikowanych wed∏ug obowiàzujàcych norm i stosowanychw budowie maszyn. Górnictwo Odkrywkowe, R. 54, nr 3/4,2013, ss. 103 – 109.

2. Lachowicz M., Nosko W.: Spawanie stali konstrukcyjnejWeldox 700. Przeglàd Spawalnictwa, R. 82, nr 1, 2010, ss.13 – 18.

3. Lachowicz M.M., Lachowicz M.B., Nosko W.: OdpornoÊçkorozyjna po∏àczeƒ spawanych ze stali Weldox 700. PrzeglàdSpawalnictwa, R. 82, nr 2, 2010, ss. 17 – 20.

4. ˚yliƒski B., Kustroƒ P., Rutkowska-Gorczyca M., AmbroziakA., Lachowicz M.: Mikrostruktura po∏àczeƒ wykonanychró˝nymi metodami spajania nowoczesnej stali DP800stosowanej w przemyÊle motoryzacyjnym. XXXVI Szko∏aIn˝ynierii Materia∏owej, Kraków-Krynica, 23 – 26.09.2008 r.

5. Kustroƒ P., Rutkowska-Gorczyca M., Ambroziak A., La-chowicz M.: Mikrostruktura po∏àczeƒ spajanych nowo-czesnej stali DP600 stosowanej w przemyÊle motoryzacyj-nym. XXXVI Szko∏a In˝ynierii Materia∏owej, Kraków-Krynica,23 – 26.09.2008 r.

Konferencja na temat technik spr´˝onego po-wietrza i pró˝ni odby∏a si´ w dniach 25 – 26 listopada2014 r. w Warszawie. Organizatorem wydarzeniaby∏a firma MOVIDA. Uczestnicy mieli okazj´ pog∏´biçwiedz´ na temat tego bardzo wa˝nego medium,które ma istotne znaczenie w praktyce przemys-∏owej.

Prelegenci-eksperci analizowali nie tylko najlepszepraktyki, ale zaprezentowali równie˝ nowoÊci napolskim rynku. W∏aÊnie dzi´ki przedstawicielombran˝y, z takich firm jak Aria-C i 7 bar, Af Polska,

Techniki spr´˝onego powietrza i gazu

Atlas Copco Polska, Kaeser Kompressoren, IngersollRand, Vane Tech, Vector, BP Techem, DonaldsonPolska, Parker Hannifin Sales Poland, Beko Techno-logies konferencja by∏a bardzo merytoryczna.Wszyscy eksperci dzielili si´ swojà fachowà wiedzàpodczas cz´Êci wyk∏adowej, ale równie˝ podczasindywidualnych konsultacji. W∏aÊnie ta oryginalnaformu∏a pozwala∏a na dodatkowà analiz´ oryginal-nych projektów w kameralnej atmosferze. Spotkanie

to by∏o okazjà do zapoznania si´ z aktualnà ofertàwielu dostawców, a mo˝liwoÊç zapoznania si´ z roz-wiàzaniami stosowanymi w najró˝niejszych istnie-jàcych projektach sprzyja∏a pog∏´bianiu praktycznejwiedzy.

Projektowanie, modernizacja i bezpieczna eks-ploatacja instalacji spr´˝onego powietrza to tematyniezwykle rzadko podejmowane w sposób ca∏oÊcio-wy i najcz´Êciej poddawane niewystarczajàco do-g∏´bnej analizie. Zgodnie z opiniami, jakie uczestnicywyrazili w ankietach, ta konferencja by∏a na bardzo

dobrym poziomie merytorycznym, doceniono pre-legentów oraz mniej formalnà, choç wcale nie mniejwa˝nà, stron´ tego typu spotkaƒ jak wieczór integ-racyjny.

Firma MOVIDA ju˝ dziÊ zaprasza na kolejnespecjalistyczne spotkania podnoszàce poziomwiedzy i kwalifikacje zawodowe profesjonalistówz ró˝nych obszarów gospodarczych, wi´cejwww.movida.com.pl.


TECHNOLOGIE CHRONIÑCE ÂRODOWISKO

Energia elektryczna jest towarem deficytowym,czego nie mo˝na z tà samà stanowczoÊcià powiedzieço energii cieplnej. Ciep∏o odpadowe, które towarzyszyprocesowi technologicznemu, cz´sto s∏u˝y celomogrzewczym, jednak zw∏aszcza w okresie letnim,wyst´puje w nadmiarze. Procesy wysokotempera-turowe wyst´pujà m.in. w przemyÊle hutniczym,metalurgicznym, cementowym czy w termicznejutylizacji odpadów, jednak bardziej powszechnejest ciep∏o odpadowe o ni˝szych temperaturach(90% strat ciep∏a pochodzi ∏àcznie z temperatur do316°C1). Aby skutecznie je wykorzystaç, mo˝emypos∏u˝yç si´ materia∏em termoelektrycznym, którystanowi realnà alternatyw´ dla konwencjonalnychuk∏adów odzysku ciep∏a2,3.

WÊród ju˝ uruchomionych systemów odzyskuciep∏a znane jest rozwiàzanie4 polegajàce na pokryciuzewn´trznych Êcian pieca materia∏ami termoelekt-rycznymi w spalarni o wydajnoÊci 5000 kg wsadu/dzieƒ. WyjÊciowa moc modu∏u termoelektrycznegoto 23 kW, co stanowi 153% zapotrzebowania w∏as-

TermoelektrycznoÊç w odzysku ciep∏a odpadowego

1 US Department of Energy, Waste Heat Recovery: Tech-nologies and Opportunities in U.S. Industry.

2 Kajikawa T., Ozaki M., Ito T., Yamaguchi K.: Proceedingsof the 23rd International Conference on Thermoelectrics,Adelaide, Australia, July 2004, p. 140.

3 Kajikawa T., Onishi T.: Proceedings of the 26th Inter-national Conference on Thermoelectrics, Jeju, Korea,3–7 June 2007, p. 322.

4 Kajikawa T. et al: Thermoelectric Energy, ConversionSystems, Realize Inc. (1995).

5 Niino M.: ed.”Research on Evaluation of Super HighEfficient Hybrid Direct Energy Conversion System”, Japa-nese Association of Frontier Technology (1995).

6 Miller W., Hendricks T.J., Peterson R. B.: ModelingEnergy Recovery Using Thermoelectric Conversion In-tegrated with an Organic Rankine Bottoming Cycle, Journalof Electronic Materials, Vol. 38, No. 7 (2009).

nego spalarni. Znane sà równie˝ próby5 wykorzysta-nia gazów kominowych o znacznie ni˝szej tem-peraturze, tj. 130°C.

Podstawowà zaletà modu∏ów termoelektrycznychjest to, ˝e transformacja strumienia ciep∏a na ener-gi´ elektrycznà zachodzi w materiale, bez udzia∏uruchomych cz´Êci, to pozwala tym urzàdzeniomosiàgnàç MTBF na poziomie 100 000 – 300 000 h.

Jednym z czynników ograniczajàcych szerokà komer-cjalizacj´ jest stosunkowo niska sprawnoÊç (zwykle3 – 6%), jednak w odniesieniu do np. technologii

fotowoltaicznej czas zwrotu z instalacji jest krótszy,a koszt inwestycyjny odniesiony do 1 kW podobny.

Generator termoelektryczny mo˝na po∏àczyç kas-kadowo z cyklem turbinowym ORC6. Zaletà takiegopo∏àczenia jest wzrost sprawnoÊci systemu odzyskuciep∏a o 25 – 45% oraz poszerzenie zakresu tem-peratur pracy dla systemu ORC. Aktualnie trwapróbne uruchomienie takiego generatora w KatedrzeRobotyki i Mechatroniki AGH w Krakowie (w ramachprojektu POIG.01.03.01-00-027/08).

dr in˝. Micha∏ Lubieniecki

Widok generatora termoelektrycznego o mocy 1 kW

Schemat ORC


Prawid∏owe ustalenie osiowe ∏o˝ysk jest bardzowa˝ne dla trwa∏oÊci i prawid∏owej pracy pomp.Niewspó∏osiowoÊç jest cz´stà przyczynà uszkodzeƒ∏o˝ysk tocznych. Powoduje ona p´kanie koszykaskutkujàce zatarciem ∏o˝yska, awarià pompy i kosz-townym przestojem. Mo˝e tak˝e prowadziç doobcià˝eƒ kraw´dziowych, których skutkiem jestprzedwczesne uszkodzenie ∏o˝yska.

Typowe narz´dzia do obliczania trwa∏oÊci ∏o˝yskzak∏adajà, ˝e wewn´trzny i zewn´trzny pierÊcieƒ∏o˝yska jest prawid∏owo ustalony osiowo. Akcep-towane ustalenie osiowe musi byç dok∏adniejsze ni˝0,003 radiana (10 minut kàtowych) w przypadku∏o˝ysk kulkowych i 0,0012 radiana (4 minuty kàto-we) w przypadku ∏o˝ysk walcowych. ¸o˝yska tocznesà produkowane z du˝à dok∏adnoÊcià. Aby zacho-waç t´ dok∏adnoÊç, nale˝y przy∏o˝yç du˝à wag´ doobróbki maszynowej i dok∏adnoÊci monta˝u dopa-sowywanych do siebie wa∏ów i obudów. W praktycejednak nale˝y rozwa˝yç dok∏adnoÊç obróbki maszy-nowej cz´Êci otaczajàcych ∏o˝ysko.

èród∏ami niewspó∏osiowoÊci sà:– niewspó∏Êrodkowe otwory obudowy,– nieprostopad∏e odsadzenia na wspó∏pracujàcych

elementach,– ugićie wa∏u,– b∏´dy podczas monta˝u,– nieregularnoÊci podstawy,– brak p∏askoÊci powierzchni monta˝owej,– niewystarczajàca sztywnoÊç powierzchni mon-

ta˝owej.

Diagnozowanie niewspó∏osiowoÊci

Niewspó∏osiowoÊç w uszkodzonym ∏o˝ysku mo˝nazazwyczaj wykryç, badajàc Êlad pracy pozosta-wiany przez elementy toczne wewnàtrz ∏o˝yska. Gdy

∏o˝ysko obraca si´, elementy toczne tworzà Êcie˝-k´ zu˝ycia na bie˝ni wewn´trznej i zewn´trznej.Dobrze ustalone osiowo ∏o˝ysko b´dzie mia∏oÊcie˝k´ pracy elementów tocznych na Êrodku bie˝nipierÊcienia wewn´trznego i zewn´trznego, podczasgdy ∏o˝ysko niewspó∏osiowe charakteryzowaç si´b´dzie nierównymi Êcie˝kami pracy elementów(rys. 1).

Unikanie niewspó∏osiowoÊci

Niewspó∏osiowoÊci mo˝na uniknàç, zachowujàcnale˝ytà dok∏adnoÊç podczas procesu monta˝u∏o˝yska. Pierwszym krokiem jest w∏aÊciwe zapro-jektowanie i obrobienie wspó∏pracujàcych elemen-tów obudowy i wa∏u. Obudowy powinny byç sztywne,tak aby zapewniç oparcie dla ∏o˝yska. W przypadkugdy w jednej obudowie montowane sà dwa ∏o˝yska,powierzchnie styku otworu obudowy nale˝y zapro-jektowaç w taki sposób, by obydwa gniazda ∏o˝yskzosta∏y wykoƒczone w trakcie jednej operacji wy-taczania otworów. Powierzchnie odsadzeƒ wa∏u lubobudowy stykajàce si´ z czo∏em ∏o˝yska muszà byçprostopad∏e do linii Êrodkowej wa∏u.

Zaokràglenia wa∏u i obudowy nie powinny stykaçsi´ ze Êcićiami ∏o˝yska, podczas gdy Êrednicaodsadzenia, na którym opiera si´ ∏o˝ysko, musiw dalszym ciàgu byç na tyle du˝a, aby daç oparcieca∏emu czo∏u ∏o˝yska. W czasie monta˝u wszystkiewspó∏pracujàce powierzchnie muszà byç oczysz-czone, zaÊ kraw´dzie wszystkich sàsiadujàcych po-wierzchni wa∏u i odsadzenia muszà zostaç pozba-wione zadziorów. Metody monta˝u ∏o˝ysk mogàsi´ ró˝niç, w zale˝noÊci od typu ∏o˝yska i rodzajupasowania. ¸o˝yska sà zazwyczaj stosowane z obra-cajàcymi si´ wa∏ami, dlatego pierÊcienie wewn´trznewymagajà ciasnego pasowania.

¸o˝yska z otworami walcowymi sà zazwyczaj mon-towane przez wciÊnićie pierÊcienia wewn´trznegona wa∏ (pasowanie wciskowe) lub podgrzanie tak,aby zwi´kszy∏a si´ ich Êrednica otworu (pasowanieskurczowe). ¸o˝yska z otworami sto˝kowymi mogàbyç mocowane bezpoÊrednio na wa∏ach sto˝kowychlub walcowych z u˝yciem tulei sto˝kowych. ¸o˝yskasà zwykle montowane w obudowach z pasowaniemluênym. Jednak gdy pierÊcieƒ zewn´trzny jest pa-sowany z wciskiem, mo˝liwe jest wykorzystanie prasy.U˝ytkownicy koƒcowi powinni zawsze na∏o˝yç naj-pierw cienki film olejowy na powierzchnie wspó∏-pracujàce, aby zapobiec ich zarysowaniu. Podczaswciskania ∏o˝yska do obudowy nacisk nale˝y wy-wieraç na pierÊcieƒ zewn´trzny ∏o˝yska. Podczaswciskania ∏o˝yska na wa∏, nacisk nale˝y wywieraç napierÊcieƒ wewn´trzny.

Jak zapobiegaç niewspó∏osiowoÊci ∏o˝ysk

O ¸O˚YSKACH

Rys. 1. Typowa Êcie˝ka pracy dla ∏o˝yska kulkowego poprzecz-nego; obrót pierÊcienia wewn´trznego: a) przy obcià˝eniupromieniowym, b) przy obcià˝eniu momentem, c) przy ob-cià˝eniu osiowym

a) b) c)


Ograniczanie wp∏ywu niewspó∏osiowoÊcina trwa∏oÊç ∏o˝yska

Dost´pnych jest kilka rozwiàzaƒ ∏o˝yskowych,ograniczajàcych efekty niewspó∏osiowoÊci. Jednymz nich jest zastosowanie koszyków nylonowych, któresà bardziej elastyczne ni˝ koszyki stalowe i mogàlepiej kompensowaç niewspó∏osiowoÊç. Zwi´kszenieluzu wewn´trznego ∏o˝yska zwi´ksza odpornoÊç∏o˝yska na niewspó∏osiowoÊç. Mo˝liwe jest tak˝ezastosowanie ∏o˝ysk wahliwych. ¸o˝yska takie majàsferycznà bie˝ni´, której Êrodek krzywizny odpowiadaÊrodkowi ∏o˝yska. Pozwala to na pewne przesuni´-cia osi pierÊcienia wewn´trznego, kulek i koszykaw stosunku do Êrodka ∏o˝yska. Konstrukcja taka po-woduje jednak powstawanie mniejszego kàta dzia-∏ania pomi´dzy kulkami i bie˝nià, czego skutkiemjest ni˝sza noÊnoÊç w porównaniu z ∏o˝yskami kul-kowymi poprzecznymi o podobnych wymiarach.Dopuszczalna statyczna niewspó∏osiowoÊç w ∏o˝ys-kach tego typu wynosi w przybli˝eniu 0,07 do0,12 radiana (4 do 7 stopni) pod normalnym obcià-˝eniem.

W zale˝noÊci od struktury otaczajàcej, kàt taki niezawsze jest mo˝liwy.

Standardowe obliczenia L10 zak∏adajà, ˝e ∏o˝yskojest prawid∏owo ustalone osiowo, dlatego koniecznesà dodatkowe obliczenia okreÊlajàce wp∏yw nie-wspó∏osiowoÊci na trwa∏oÊç zmćzeniowà ∏o˝yska.Maksymalna dopuszczalna niewspó∏osiowoÊç ∏o˝yskjest ró˝na w zale˝noÊci od rozmiaru i typu ∏o˝yska,luzu wewn´trznego podczas pracy oraz obcià˝enia.Przyjmijmy, ˝e trwa∏oÊç zmćzeniowa bez niewspó∏-osiowoÊci to Lθ=0, zaÊ trwa∏oÊç zmćzeniowa z nie-wspó∏osiowoÊcià to L

θ. Wp∏yw niewspó∏osiowoÊci na

trwa∏oÊç zmćzeniowà mo˝na okreÊliç, obliczajàcstosunek Lθ /Lθ=0.

Na rys. 2 i 3 pokazano wp∏yw niewspó∏osiowoÊcina wspó∏czynnik trwa∏oÊci, odpowiednio dla ∏o˝yskakulkowego poprzecznego i ∏o˝yska walcowego. Narysunkach tych oÊ pozioma pokazuje niewspó∏-osiowoÊç pierÊcieni wewn´trznych/zewn´trznych(w radianach), zaÊ oÊ pionowa pokazuje wspó∏czyn-nik trwa∏oÊci Lθ /Lθ=0. Jako przyk∏adowe normalnewarunki pracy dla obu rysunków przyj´to obcià˝enie

promieniowe Fr [N, kgf] wynoszàce oko∏o 10% dy-namicznej noÊnoÊci nominalnej Cr [N, kgf] oraz pa-sowanie wa∏u przez jego obrobienie do zalecanejwartoÊci.

Na wykresach uwzgl´dniono tak˝e zmniejszenieluzu wewn´trznego na skutek rozszerzenia si´pierÊcienia wewn´trznego. Wykres na rys. 2 opra-cowany zosta∏ na podstawie normalnego luzu pro-mieniowego w ∏o˝ysku kulkowym poprzecznym.Trzy krzywe reprezentujà maksymalny, minimalnyi Êredni efektywny luz. Zmniejszenie trwa∏oÊci zm´-czeniowej ogranicza si´ do 5 – 10% dla niewspó∏-osiowoÊci wynoszàcej do 0,004 radiana, czyli nie-znacznie zmniejsza trwa∏oÊç ∏o˝yska. Jednak˝e gdyniewspó∏osiowoÊç przekroczy ten limit, trwa∏oÊçulega znaczàcemu zmniejszeniu. W tym scenariuszu,zwi´kszenie luzu wewn´trznego o 11 µm przek∏ada sińa zwi´kszenie mo˝liwoÊci kompensacji niewspó∏-osiowoÊci o mniej wićej 0,0015 radiana.

Na rys. 3 wykres pokazuje trzy ró˝ne klasy luzudla ∏o˝yska walcowego: luz normalny, C3 i C4.W porównaniu z rys. 2 wspó∏czynnik trwa∏oÊci zosta∏

zmniejszony o ponad 10% przy niewspó∏osiowoÊciwynoszàcej tylko 0,001 radiana. Odchylenie pomi´dzyró˝nymi klasami luzu jest bardzo ma∏e, niezale˝nieod tego, ˝e ca∏kowita ró˝nica wynosi 50 µm.

Oczywiste jest, ˝e ∏o˝ysko walcowe jest bardziejwra˝liwe na efekty niewspó∏osiowoÊci ni˝ ∏o˝yskokulkowe i nale˝y to wziàç pod uwag´ przy wyborzetypu ∏o˝yska do nowej konstrukcji pompy. Przed-stawione wartoÊci zosta∏y okreÊlone dla typowychwarunków pracy, ale nie mogà byç odnoszone dowszystkich zastosowaƒ zwiàzanych z pompami. Re-dukcja lub eliminacja niewspó∏osiowoÊci ma istotneznaczenie dla zapewnienia d∏ugiej ˝ywotnoÊci ∏o˝yskai pompy. Aby zapobiec niewspó∏osiowoÊci ∏o˝ysk,nale˝y stosowaç tolerancje monta˝owe i procesyinstalacyjne zalecane w katalogach. Je˝eli nie mamo˝liwoÊci ca∏kowitego wyeliminowania niewspó∏-osiowoÊci, nale˝y przeprowadziç dodatkowe obli-czenia, aby okreÊliç jej wp∏yw na trwa∏oÊç ∏o˝yska.Nale˝y skontaktowaç si´ z producentem ∏o˝ysk w celuuzyskania pomocy w tych obliczeniach i dodatkowychanalizach zastosowania.

Rys. 2. Wspó∏czynnik trwa∏oÊci dla ∏o˝yska kulkowego pop-rzecznego 6200

Rys. 3. Wspó∏czynnik trwa∏oÊci dla ∏o˝yska walcowego NU315

Przegląd Mechaniczny 2/2015

Documents

Transcript of Przegląd Mechaniczny 2/2015