REGIONÁLNÍ TECHNOLOGICKÝ INSTITUT

Transkript

1 REGIONÁLNÍ TECHNOLOGICKÝ INSTITUT Výzkumné centrum Fakulty strojní Západočeská univerzita v Plzni

2 Výzkumné programy centra RTI VP1 - Výzkum a vývoj moderních konstrukcí vozidel včetně jejich pohonných systémů Virtuální prototyping moderních konstrukcí vozidel, testování vozidel a jejich částí, výzkum vlastností a chování mechanických částí pohonných systémů. VP2 - Výzkum a vývoj výrobních strojů včetně jejich modernizací Virtuální prototyping výrobních strojů, výzkum aplikací nekonvenčních materiálů a technologií do konstrukcí výrobních strojů. VP3 - Výzkum a vývoj tvářecích technologií Analýza chování materiálu při tvářecích technologických procesech, vytváření nových technologických řetězců, optimalizace technologických parametrů výrobních procesů. VP4 - Výzkum a vývoj obráběcích technologií Obrábění tvarově složitých ploch, virtuální technologická příprava výroby, úpravy geometrie řezných nástrojů, návrhy obráběcích strategií, kontaktní a bezkontaktní 3D scanning. Laboratoře centra RTI Laboratoř dílenské metrologie str. 4-5 Laboratoř experimentálního obrábění str. 6-7 Laboratoř experimentálního tváření str. 8-9 Laboratoř strojírenských experimentálních metod str Laboratoř technologie obrábění str Metalografická laboratoř str Mechanická zkušebna str Laboratoř technologického plánování výroby str Laboratoř pro virtuální prototyping str Zkušebna komponent dopravních prostředků str Zkušebna provozní pevnosti a únavové životnosti str

3 REGIONÁLNÍ TECHNOLOGICKÝ INSTITUT Regionální technologický institut (RTI) je moderní strojírenské a technologické výzkumné centrum Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni, které bylo vybudováno díky finančním prostředkům z Evropského fondu pro regionální rozvoj z prioritní osy 2: Regionální VaV centra Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace. Budování centra započalo v první polovině roku 2011 a 1. července 2015 pak projekt Regionální technologický institut - RTI přešel do své provozní fáze. Ve vybudovaných laboratořích, zkušebnách a pracovištích je v současnosti zaměstnáno téměř 100 výzkumných pracovníků, kteří zde mají k dispozici nejmodernější experimentální, softwarovou a výpočetní techniku. Aktivity výzkumného centra RTI jsou realizovány ve čtyřech výzkumných programech, které se specializují na výzkum a vývoj moderních konstrukcí vozidel včetně jejich pohonných systémů, výzkum a vývoj výrobních strojů včetně jejich modernizací, výzkum a vývoj tvářecích technologií a technologií obrábění. 3

4 LABORATOŘ DÍLENSKÉ METROLOGIE Laboratoř dílenské metrologie se zaměřuje na vysoce progresivní metrologickou analýzu tvarově složitých a přesných komponent, návrhy strategií kontroly, evaluace systémů měření, kontaktní i bezkontaktní 3D scanning, digitalizaci za účelem zpětné tvorby modelů a mnohé další. Návrhy měřicích strategií Jednou z hlavních činností jsou návrhy měřicích strategií s využitím progresivních technologií a softwarů. Kromě navržených strategií, které jsou otestovány v laboratoři, jsou v elektronické podobě vypracovány simulace provedené v prostředí progresivního SW Calypso. Kontaktní a bezkontaktní 3D scaning Navržené strategie jsou podrobeny testování v laboratoři na univerzálních strojích s využitím standardních i speciálních měřidel a přístupů. Testováno je několik variant, z nichž je vybrána ta optimální vzhledem k zadání. Digitalizace za účelem zpětné tvorby modelu Složité prototypové díly popřípadě součásti, u kterých není možné z různých důvodů zajistit 3D model, je možno velice produktivně nasnímat a tento model pak zpětně vytvořit včetně kompatibility se SW CATIA/SOLID. 4

5 Hlavní vybavení laboratoře CMM Carl Zeiss Prismo 7 Navigator PRISMO navigator firmy ZEISS je na celém světě synonymem pro vysokorychlostní skenování a maximální přesnost ve výrobním prostředí. ZEISS PRISMO ultra s maximální dovolenou chybou při měření délky pouze 0,9+L/350 mikrometru je ideální pro splnění nejvyšších požadavků na přesnost. Vysoce přesný kruhoměr Taylor Hobson Talyrond 585 Lt Zařízení pro měření úchylek tvaru a polohy, jakož i pro měření lineární a obvodové drsnosti. Umožňuje též 3D měření válcovitých dílů a jejich analýzu v systému Talymap. Jedná se o stroj nejvyšší možné kvality s odchylkou od LSCI 0,015+0,00025 µm/mm. Vysoce přesný profiloměr / drsnoměr Hommel Etamic T8000 Systém HOMMEL-ETAMIC T8000 RC je flexibilním řešením pro měření geometrických tvarů, drsnosti a vlnitosti povrchu jednotlivých součástek. Systém T8000 má stavebnicový design, který umožňuje vzájemné propojení různých posuvových jednotek, typů snímačů, sloupů a granitových desek. Další vybavení Délkové etalony pro kalibraci absolutních a komparačních měřidel Ruční měřidla absolutní i komparační s přesností 1μm Fixační sady pro upevnění a polohování tvarově složitých dílů Vedoucí laboratoře Ing. Martin Melichar, Ph.D mech@rti.zcu.cz 5

6 LABORATOŘ EXPERIMENTÁLNÍHO OBRÁBĚNÍ Laboratoř experimentálního obrábění se zaměřuje na moderní konstrukci a výrobu řezných nástrojů vč. úpravy mikrogeometrie a detailního měření, broušení tvarově složitých ploch, leštění povrchu, analýzu tvaru drážky a návrh tvaru kotouče, 3D tisk kovových součástí, konstrukci podpor pro 3D tisk a optimalizaci parametrů 3D tisku. Návrh a výroba řezných nástrojů Hlavní činností je především konstrukce řezných nástrojů monolitních, s VBD a speciálních (Taylor made). Pro tuto činnost je využito nejmodernějších SW podporujících např. přesný výpočet tvaru drážek a tvaru brusných kotoučů, napěťovou analýzu, simulaci řezného procesu nebo simulaci proudění kapaliny či jiných médií. Měření plošné drsnosti a mikrogeometrie břitu V mnoha případech již není dostačující povrch hodnotit pouze profilovou drsností, která nedokáže zhodnotit povrch komplexně. Naše pracoviště se problematikou hodnocení parametrů povrchu dlouhodobě zabývá a jsme schopni měřit a vyhodnocovat plošnou drsnost, která pracuje s objemovými parametry povrchu. Dále se pracoviště zabývá hodnocením mikrogeometrie nástroje, a to především poloměru zaoblení ostří, K faktoru, drsnosti plochy čela a hřbetu v oblasti budoucí plochy opotřebení. Úprava mikrogeometrie a leštění povrchu Žádný produktivní nástroj se již dnes neobejde bez úpravy řezné hrany. Proto je na našem pracovišti této problematice věnována velká pozornost a dlouhodobě jsou analyzovány procesy a jejich vliv na trvanlivost nástroje a kvalitu obrobeného povrchu. Dále se nyní ukazuje jako velmi potřebná úprava leštění povrchu drážky, která zvyšuje užitné vlastnosti nástroje. Technologii leštění lze aplikovat i na obecné tvary, kde získaná drsnost povrchu je např. Ra nižší než 0,02 μm. Stavba prototypových dílů a podpůrných konstrukcí Věnujeme se návrhu a stavbě kovových dílů pomocí 3D technologie pracující na principu DMLS. Proto, aby tisk proběhl v požadované kvalitě, je nezbytné součást správně podepřít pomocí podpůrných konstrukcí. V mnoha případech je nutné navrhnout podpory vnější i vnitřní a ty pak dotvarovat podle potřeby tak, aby tisknutá součást neměla tendenci se bortit, nevykazovala zvýšené pnutí a zhoršenou drsnost povrchu. 6

7 Hlavní vybavení laboratoře Nástrojařská bruska ANCA MX7 Zařízení je určeno pro broušení monolitních nástrojů od pr. 0,5 mm. Proto je vybaveno vřeteny se zvýšenou přesností a dalším příslušenstvím umožňujícím broušení těchto průměrů v předepsaných tolerancích. Dále je možné brousit VBD a volné profily z různých obráběných materiálů vč. Al a Ti slitin. K tomu pracoviště disponuje i potřebným SW vybavením a zařízením pro kontrolu výroby. 3D tiskárna EOS M290 Zařízení pracuje na principu technologie DMLS. Pro stavbu kovových dílů se na pracovišti používá nástrojová ocel, Inconel 718 a nerezová ocel. Díky tomu, že součást je stavěna po malých vrstvách, dochází k postupnému spékání součásti, a tím je možné vytvořit libovolné vnější a především vnitřní tvary, které není možné vyrobit konvenčním způsobem. Opticko-skenovací mikroskop IFM G4 Přístroj IFM G4 umožňuje zachytit topografii povrchu, včetně její skutečné barevné informace. Hlavní předností přístroje je integrované měření tvaru a drsnosti jak ve 2D, tak i ve 3D, čímž je skloubena funkcionalita několika podobných měřicích zařízení. Výstupem z měření jsou přehledné a názorné protokoly. Zařízení pro úpravu povrchu OTEC DF 3 Toto zařízení pro úpravu povrchu a řezných hran nástrojů vč. leštění drážky ve šroubovici využívá technologii vlečného omílání. Nástroj nebo obrobek je upnut v rotační hlavě, která se postupně noří do média, které vytváří tlak na povrch a tím dochází k požadované úpravě. Výhodou tohoto zařízení je i možnost vyklonění hlavy díky čemu je možné leštit zmíněné drážky nástrojů. Vedoucí laboratoře Ing. Miroslav Zetek, Ph.D mzetek@rti.zcu.cz 7

8 LABORATOŘ EXPERIMENTÁLNÍHO TVÁŘENÍ Laboratoř experimentálního tváření je zaměřena na testování nových myšlenek v materiálově technologické oblasti a postupné optimalizace a propojení procesů, které vedou k dosažení mimořádných materiálových vlastností nebo efektivních nekonvenčních technologií termomechanického zpracování. Nekonvenční termomechanické zpracování ocelí a slitin Jednou z hlavních činností laboratoře je vývoj nových postupů a technologií termomechanického zpracování nízkolegovaných ocelí a slitin za účelem dosažení unikátních a jedinečných high-end mechanických vlastností. Výsledkem činnosti je dosažení sofistikovaných strukturních stavů pomocí nekonvenčních technologických postupů zpracování zaručujících vynikající pevnostní a deformační vlastnosti. Komplexní modelování termomechanických procesů s extrémními změnami gradientů S návrhem obráběcích strategií samozřejmě úzce souvisí i samotné ověřování technologií. Navržené technologie obrábění jsou podrobeny testování v laboratoři na univerzálních strojích s využitím standardních i speciálních nástrojů. Testováno je několik variant, z nichž je vybrána ta nejoptimálnější vzhledem k zadání. Návrh nekonvenčních a neobvyklých mikrostruktur Jedná se o činnost zaměřenou na vytvoření nových technologických procesů zaměřených na vytvoření neobvyklých strukturních stavů u běžně používaných materiálů. Výsledkem jsou zlepšené vlastnosti, jako je odolnost vůči otěru, korozi, tečení či zlepšené únavové vlastnosti. Vytvořené postupy mohou být poté zavedeny do běžné výrobní praxe. Příklad nových myšlenek Jedním z možných příkladů takové kombinace může být spojení tváření vnitřním přetlakem plynu, hot-stamping procesu a Q&P zpracování. Právě spojení těchto tří přístupů bylo použito pro výrobu tenkostěnných dutých produktů. Po postupné optimalizaci technologických parametrů byly získány produkty s převážně martenzitickou strukturou a malým podílem bainitu. U testovaného produktu bylo dosaženo meze pevnosti přesahující 1950 MPa při tažnosti dosahující 15%. 8

9 Hlavní vybavení laboratoře Zařízení pro vývoj inkrementálního tváření Zařízení je určeno pro redukci průměru kulatého tyčového výchozího materiálu kosým válcováním. Díky technologické možnosti zařazení kroku zahřívání a prudkého ochlazení válcovaného materiálu za krok tváření lze navíc pomocí tohoto zařízení realizovat různé varianty termomechanického zpracování tyčové oceli. Zařízení umožňuje získat válcové, kuželové a jiné předdefinované rotačně symetrické tvary s přímou podélnou osou. Jako výchozí materiál lze zpracovávat široké spektrum jakostí oceli od uhlíkové oceli až po ušlechtilou konstrukční ocel. Protože je zařízení přednostně využíváno k provádění výzkumných a vývojových prací v oboru tváření a termomechanického zpracování, bylo ze strojně technického ohledu cíleně navrženo tak, aby poskytovalo široký a flexibilní technologický akční rádius. Vysokorychlostní kamera FASTCAM SA-X2 Slouží pro záznam vysoce dynamických dějů nastávajících nejen při tváření. Vysoké snímací frekvence, rozsáhlé možnosti nastavení snímacích režimů a odolná robustní konstrukce řadí tyto kamery do absolutní špičky v oblasti vysokorychlostního snímání. Snímač x obr. bodů. Bitová hloubka 12 bitů. Snímací frekvence při plném rozlišení sn/s. Maximální snímací frekvence sn/sec. Zařízení na ohýbání a ohraňování přesných plechových polotovarů Tento stroj používá unikátní princip tříbodového ohýbání. Při tříbodovém ohýbání protlačí razník obrobek až na dno matrice. Dno matrice tak vytvoří kromě obou hran třetí dosedací bod. Hloubku matrice lze libovolně nastavovat, takže lze s vysokou přesností ohýbat různé úhly ohybu bez výměny nástrojů. Tříbodové ohýbání spojuje přesnost lisování s flexibilitou dvoubodového ohýbání. Jsou zapotřebí o něco vyšší lisovací síly než při dvoubodovém ohýbání. Elektronová svářečka MEBW-60/2 Zařízení slouží ke svařování pomocí elektronového svazku ve vakuu. Výkon lze měnit plynule od nuly do 2 kw. Dosažitelná hloubka průvaru je 10 milimetrů (v nerez oceli) při rychlosti svařování 10 milimetrů za sekundu. Vedoucí laboratoře Ing. Štěpán Jeníček jeniceks@rti.zcu.cz 9

10 LABORATOŘ STROJÍRENSKÝCH EXPERIMENTÁLNÍCH METOD Laboratoř se zaměřuje na podporu výzkumu a vývoje v oblastech výrobních technologií, materiálů, konstruování unikátních řešení, nových typů zařízení, výroby a testování prototypů a funkčních vzorků. Je vybavena moderními experimentálními zařízeními na měření provozních zatížení a odezev, dynamických vlastností, hluku, zbytkového pnutí v materiálu nebo teplotního ovlivnění různých objektů. Měření běžných fyzikálních veličin Rozsáhlá měření běžných fyzikálních veličin pomocí velké škály snímačů sil, krouticích momentů, provozních tlaků, teplot, otáček, atd. Měřicí aparatura má velký počet vstupů s vlastním záložním napájením. Měření provozních statických i dynamických zatěžování a deformací konstrukcí Rozsáhlá tenzometrická měření napjatosti konstrukcí při zatížení. Měřicí aparatura má velký počet vstupů a je možné měření doplnit o definované působení zátěžných sil pro zjištění únavové životnosti. Měření optickými tenzometry, jejichž předností je odolnost proti elektromagnetickému rušení. Rozsáhlá měření teploty Měření velkého počtu měřicích bodů kontaktními termočlánky, nebo odporovými snímači. Částečný počet měření může být realizován při vyšších teplotách do 650 C. Vysokorychlostní termovize a další činnosti Měření a monitorování teplotního pole rychlých dějů v plném obrazu rychlostí 380 sn/s, v redukované velikosti až sn/s. Další činnosti, jako např. měření vibrací a hluku, experimentální modální analýza nebo verifikace výpočtových modelů a analýz. 10

11 Hlavní vybavení laboratoře Systém PULSE pro měření dynamických jevů, vibrací a akustiky Systém se skládá z modulů, které mohou pracovat samostatně nebo ve skupině. Velmi odolná konstrukce. Jako příslušenství je také impedanční trubice na měření akustických vlastností materiálů. Programovatelný generátor - 2 kanály Až 32 vstupních kanálů FFT, Order, Envelope a Orbit Analysis, Two-plane Balancing, ODS Runup/down, Modal Analysis Pro, Order Analysis Modální kladívka, akcelerometry, mikrofony El. budiče dynamických sil 100N, 440N, 1000N Impedanční trubice FLIR SC 7550 Velmi flexibilní kamera s nejvyšší citlivostí, přesností, prostorovým rozlišením a rychlostí. Je speciálně navržena pro aplikace v akademické i průmyslové oblasti výzkumu a vývoje. senzor InSb 1,5 až 5,1 μm, chlazeno Stirlingovým chladičem rozlišení 320 x 256 bodů rozsah měření C (kalibrace C) snímkování plné okno max 380 Hz, výřez až Hz rozlišení teploty lepší než 0,025 C objektivy: 25 mm F/2 a 100 mm F/2 FBGUARD 1550 FAST Jednotka je určená pro měření a zpracování naměřených hodnot z FBG senzorů. Jednotka je plně autonomní, vybavená harddiskem. Komunikace je prováděna přes webové rozhraní (možnost vzdáleného přístupu). optické pásmo nm 4 nezávislé optické kanály s přepínáním až 80 optovláknových senzorů skenovací kmitočet (2 kanály 1500 Hz, 4 kanály 750 Hz) celkový dynamický rozsah až 25 db optické konektory FC/APC možnost měření teploty C délka připojených senzorů ( km) Vedoucí laboratoře Ing. Michal Křížek, Ph.D krizek4@rti.zcu.cz 11

12 LABORATOŘ TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ Laboratoř technologie obrábění se zaměřuje na komplexní řešení daných problematik v oblasti výrobních technologií, aplikace vhodných řezných nástrojů a přípravků s využitím progresivních obráběcích strategií, programování NC strojů, zavádění nových přístupů a postupů v obrábění a další. Návrhy obráběcí strategie Jednou z hlavních činností jsou návrhy obráběcích strategií s využitím progresivních technologií obrábění včetně návrhu vhodných nástrojů. Kromě navržených strategií, které jsou otestovány v laboratoři na univerzálních strojích, jsou v elektronické podobě vypracovány simulace provedené v prostředí progresivních CAM systémů SolidCAM a Catia V6. Ověřování technologií S návrhem obráběcích strategií samozřejmě úzce souvisí i samotné ověřování technologií. Navržené technologie obrábění jsou podrobeny testování v laboratoři na univerzálních strojích s využitím standardních i speciálních nástrojů. Testováno je několik variant, z nichž je vybrána ta nejoptimálnější vzhledem k zadání. Vývoj funkčních vzorků Kromě návrhu progresivních obráběcích strategií se vyvíjí i nové funkční vzorky, které slouží k ověření funkčnosti navrhované součásti nebo dílu, s ohledem na konstrukční, materiálové vlastnosti a životnost. Testování řezných nástrojů Pro využití progresivních technologií jsou potřeba nejen standardní, ale i speciální řezné nástroje. Při testování je proto využito i speciálně navržených řezných nástrojů, které jsou využity pro zvýšení efektivnosti obráběcího procesu. 12

13 Hlavní vybavení laboratoře Multifunkční soustružnické centrum CTX BETA 1250 Multifunkční soustružnické centrum je určené pro komplexní obrábění velmi složitých součástí. Jde o vysoce přesné centrum s jedinečnými variacemi. Robustní konstrukce zaručuje maximální stabilitu a přesnost opakování. Víceosé frézovací centrum DMU 65 monoblock Modulární pružně rozšiřitelný stroj, od své nejjednodušší 3osé až po 5osou verzi s dynamickým naklápěcím otočným stolem, dokonale zvládá všechny disciplíny frézovací technologie, a nabízí vstup do hightech světa simultánního víceosého obrábění na vysoké úrovni. Lineární frézovací centrum DMU 40 evo linear Jde o stroj z nové generace DMU evo, kde je představena dokonalá interakce mezi výkonnostním potenciálem univerzální frézky a vertikálního obráběcího centra. Je proto ideální pro 5osé oboustranné obrábění a 5osé polohování, stejně jako 5osé simultánní obrábění kontur na jedno upnutí. Multifunkční soustruh MAZAK QUICK TURN NEXUS 250-II MY Pro využití progresivních technologií a pro ověřování navržených technologií obrábění jsou k dispozici univerzální stroje a zařízení. Např. Multifunkční soustruh MAZAK QUICK TURN NEXUS 250-II MY, měřící mikroskop Blickle, dynamometry Kistler nebo Promicron a další zařízení. Vedoucí laboratoře Ing. Josef Sklenička sklenick@rti.zcu.cz 13

14 METALOGRAFICKÁ LABORATOŘ Laboratoř metalografie se zaměřuje na výzkum transformačních procesů a vývoje mikrostruktury při tepelném a tepelně-mechanickém zpracování a na studium vysokoteplotního chování materiálů. K tomu využívá špičkové mikroskopy a přístrojové vybavení pro in-situ deformační a teplotní experimenty a pro měření lokálních mechanických vlastností. Strukturní analýzy Jednou z hlavních rutinních činností laboratoře jsou strukturní analýzy, mezi které patří například kontrola mikročistoty, stanovení velikosti zrna, tloušťky povrchové vrstvy, kontrola mikro a makro struktury odlitků, výkovků, svarů, kontrola mikrostruktury po tepelném a tepelněmechanickém zpracování. Stanovení charakteru a příčiny porušení materiálu Detailní analýzy lomových ploch doplněné makro a mikrostrukturními rozbory jsou součástí komplexnějších rozborů porušení materiálu, jejichž cílem je stanovit příčinu vzniku necelistvostí, defektů, předčasných lomů součástí, pomáhat s řešením výrobních problémů apod. Hodnocení povrchových vrstev obráběcích nástrojů Vysokoteplotní nanoindentace (do 750 C) za podmínek blízkých provozu umožňuje zohlednit různé faktory ovlivňující životnost nástrojů, jako odolnost proti oxidaci, teplotní stabilitu, tvrdost za zvýšených teplot, odolnost proti únavovému porušení apod. Provádět lze i zkoušky vrypové nebo hodnocení opotřebení. 14

15 Hlavní vybavení laboratoře Nanoindentor s možností měření do 750 C Modulární měřicí nano- a mikro-indentační systém na plně automatizovanou analýzu mechanických vlastností masivních materiálů, tenkých vrstev a organicko-anorganických materiálů metodou instrumentované indentace v oblasti zatížení 10 µn 2 N. Systém umožňuje také mapování mechanických vlastností, cyklické zatěžování, indentační creep. SEM-FIB Cross Beam Auriga Řádkovací mikroskop s ultra-vysokým rozlišením s integrovaným iontovým svazkem. Mikroskop je vybaven rovněž BSE, EBSD, EDX a STEM detektory a může dělat 2D i 3D mapy chemického složení. Iontovým svazkem lze připravit ze zvolených oblastí struktury nanovzorky, které mohou být následně podrobeny tahové, tlakové a ohybové zkoušce in-situ. Deformační stolek s ohřevem do 1200 C pro SEM Deformační a teplotní experimenty lze provádět přímo v řádkovacím elektronovém mikroskopu. V průběhu experimentů lze sledovat změny mikrostruktury, rekrystalizaci i fázové přeměny a s pomocí EBSD detektoru je možné kvantifikovat změny krystalových mříží, textury apod. Zařízení pro nedestruktivní defektoskopické zkoušení materiálu Ultrazvukové zařízení pro detekci vnitřních vad materiálu a zařízení pro vířivé proudy sloužící k detekci povrchových a podpovrchových vad (i na el. vodivých, ale nemagnetických materiálech). Součástí zařízení je rovněž phased array pro obě metody, scanner s kódovanou polohou a přenosné zařízení pro mikrostrukturní analýzu mimo laboratoř. Vedoucí laboratoře doc. Ing. Ludmila Kučerová, Ph.D skal@rti.zcu.cz 15

16 MECHANICKÁ ZKUŠEBNA Laboratoř Mechanické zkušebny provádí zkoušky tahem, tlakem, rázem v ohybu, zkoušky tvrdosti, cyklického zatěžování, atd. Tyto zkoušky jsou prováděny převážně na kovových materiálech a plastech. V oblasti výzkumu a vývoje se zabýváme problematikou výroby a zkoušení tzv. malých vzorků, které je možné vyrobit z omezeného množství materiálu. Hlavní činnosti Provádění zkoušek základních mechanických vlastností konstrukčních materiálů v rozsahu teplot od -150 C do 1200 C podle platných standardů Provádění zkoušek odolnosti proti porušení křehkým lomem při statickém a dynamickém zatěžování Provádění zkoušek únavy a měření rychlosti šíření únavových trhlin Měření klasické a instrumentované tvrdosti stacionárními a přenosnými tvrdoměry Měření mechanických vlastností konstrukčních částí, hodnocení zbytkové životnosti s využitím nestandardních miniaturních vzorků 16

17 Hlavní vybavení zkušebny Laboratoř Mechanické zkušebny je vybavena elektromechanickým zkušebním strojem Zwick Z250, který umožňuje provádět tahové zkoušky od teplot -150 C do 1200 C, zkoušky tlakem a ohybem, popř. jednoduché cyklické zatěžování za pokojové teploty. Dále je zkušebna vybavena instrumentovaným Charpyho kladivem s maximální kapacitou 450 J. Zkoušky rázem v ohybu lze na tomto stroji provádět od teplot -196 C až 1200 C. Vysokofrekvenční pulzátor s maximální kapacitou 50 kn je využíván pro zkoušky vysokocyklové únavy, z kterých se následně vyhodnocuje Wӧhlerova křivka. Na univerzálním tvrdoměru provádíme zkoušky tvrdosti dle Brinella, Vickerse a Rockwella. Laboratoř Mechanické zkušebny má k dispozici vlastní výrobní dílnu pro přípravu zkušebních těles. Elektromechanický zkušební stroj ZWICK se silovou kapacitou do 250 kn Teplotní komora (-70 až 250 C) Pec do teploty 1200 C Instrumentované kyvadlové kladivo Charpy 150/300/450 J Resonanční pulsátor ZWICK/ROELL HFP50 Univerzální tvrdoměr pro měření tvrdosti všech standardizovaných metod Vedoucí zkušebny prof. Ing. Václav Mentl, CSc mentl@rti.zcu.cz 17

18 LABORATOŘ TECHNOLOGICKÉHO PLÁNOVÁNÍ VÝROBY Laboratoř technologického plánování výroby je zaměřena na virtuální projektování a ověřování výroby. Hlavní myšlenkou laboratoře je poskytnout ucelený soubor projektových činností od optimalizace jednotlivých pracovišť, přes větší skupiny, buňky, linky a střediska až po prostorové uspořádání celé výroby. Finálním krokem je dynamická simulace průchodnosti navržené nebo zoptimalizované výroby. Všechny tyto fáze jsou podpořeny nejmodernějšími softwarovými aplikacemi. Ergonomické studie s využitím 3D digitálních modelů člověka Pro ergonomické studie jsou využívány tzv. digitální modely člověka (DMČ), které věrohodně představují skutečné pracovníky ve výrobě. S pomocí těchto DMČ dochází k ověřování vhodnosti současného, ale i k návrhu nového řešení pro různé scénáře, jako například pro malé či velké pracovníky. Studie jsou prováděny s pomocí nejnovější verze softwaru Tecnomatix Jack. Dynamická simulace výrobních systémů a procesů Pokud jsou zoptimalizována jednotlivá pracoviště, dochází k hodnocení komplexních celků, jako například výrobních buněk, linek či segmentů. Pomocí dynamické diskrétní simulace jsou ověřovány nejčastěji kapacitní, kvalitativní a časové ukazatele. Tyto simulace jsou prováděny s pomocí nejnovější verze softwaru Tecnomatix Plant Simulation. 3D skenování exteriérů, interiérů a rozměrných objektů Pro věrohodné ztvárnění výrobních technologii a pracovišť jsou využívány moderní technologie pro digitalizaci reálného stavu. Pomocí prostorového 3D skeneru Leica ScanStation C5 lze velmi rychle získat digitální model výrobního stroje, pracoviště či celé haly. Virtuální prohlídky 3D modelů (např. výrobní haly, sklady) Variantní návrhy nového prostorového uspořádání nebo jiných řešení jsou demonstrovány pomocí virtuální reality. Díky tomu lze vizualizovat detaily a prohlédnout návrhy ve stejné kvalitě, jako by byly již reálně aplikovány. Pro tuto vizualizaci lze využít dvou způsobů, a to buď pomocí 3D stereoskopické projekce na plátno nebo pomocí náhlavních displejů Oculus Rift. 18

19 Hlavní vybavení laboratoře Software Tecnomatix Jack a Tecnomatix Plant Simulation Tyto softwary představují současnou špičku na poli digitálního projektování a plánování výroby. Jsou využívány především pro ergonomické studie a dynamické simulační úkoly. 3D skener Leica Pulzní laserový skener určený ke skenování rozměrných objektů, terénu, budov, hal apod. Výstupem je bodové mračno, které slouží jako podklad k měření, k tvorbě 3D modelu nebo CAD dat. Ke skeneru je k dispozici GPS přijímač Leica CS10. Zařízení pro stereoskopickou projekci (CAVE, Oculus Rift) CAVE (Computer Aided Virtual Environment) je zařízení, které umožnuje promítat téměř jakákoliv konstrukční a technická data ve 3rozměrném zobrazení. Pomocí stereoskopických brýlí pak pro uživatele vytváří iluzi 3rozměrného objektu. Ještě intenzivnější vjemy zajišťuje náhlavní displej Oculus Rift, který taktéž zobrazuje prostředí či objekty ve virtuální realitě. Zde i částečně odpadá nutnost ovládání pohybu pomocí periferních zařízení, neboť tento náhlavní displej reaguje i na pohyby hlavy uživatele. Vedoucí laboratoře doc. Ing. Michal Šimon, Ph.D simon@rti.zcu.cz 19

20 LABORATOŘ PRO VIRTUÁLNÍ PROTOTYPING Laboratoř pro virtuální prototyping je zaměřena na virtuální vývoj produktů. Pracoviště využívá nejnovější systémy CAx pro návrh konstrukcí a provádí pokročilé výpočtové analýzy. Díky využití nástrojů softwarové optimalizace vyvíjí efektivní konstrukce, nebo zvyšuje užitnou hodnotu stávajících řešení. Strukturální analýzy Základní řešenou simulací je strukturální výpočet, který předpokládá zatěžování v oblasti lineární statiky. Nejčastěji jsou takto prováděny pevnostní a deformační výpočty konstrukcí pomocí plošných 2D prvků nebo složitější objemové modely s 3D prvky. Modální analýza Modální analýza je druhou nejčastější možností kontroly dílu a nutným výchozím krokem v okamžiku návrhu dynamicky odolného dílu. Výpočet stanoví vlastní tvary řešeného konstrukčního celku. Jedná se o vstupní výpočet, který předchází následujícím dynamickým výpočtům. Rychlé dynamické děje Pro řešení rychlých dynamických dějů je využíván nástroj Virtual Performance Solution. Jedná se především o explicitní MKP řešič Pam- Crash vhodný pro simulaci dějů s velkými deformacemi a složitými kontakty. Díky spolupráci univerzity s vývojáři softwaru je možné používat nově vyvinutý model lidského těla VIRTHUMAN, pro řešení pravděpodobnosti poranění v úlohách pasivní bezpečnosti interiérů vozidel. Topologická optimalizace Pro nalezení nejvhodnější konstrukce z hlediska tuhosti a pevnosti je používán přístup za pomoci geometrické optimalizace. Ta na základě parametrického 3D modelu, vytyčených rozsahů geometrických parametrů a požadovaných výsledků hledá nejvhodnější konstrukční řešení. Pokročilejší možností je pak tzv. topologická optimalizace umožňující najít ideální rozložení materiálu v rámci zadaného objemu a tím zajistit optimální rozložení napětí v konstrukci. 20

21 Hlavní činnosti a vybavení laboratoře Proudění tekutin Simulace proudění nestlačitelných i stlačitelných kapalin a plynů lze řešit včetně teplotních vlivů, a to s využitím pokročilých turbulentních modelů. Je možné realizovat speciální simulace jako sledování unášených pevných částic v kapalině. Propojení těchto úloh s geometrickou optimalizací umožňuje najít nejvhodnější tvar řešeného systému. Pokročilé simulace obrábění Pomocí virtuálních maket CNC strojů je možné simulovat pohyby celého pracoviště nebo jeho konkrétní mechatronické části. Model stroje obsahuje zjednodušené 3D komponenty stroje a kinematickou strukturu, jako je tomu u reálného stroje. Samotná simulace procesu obrábění je řízena reálným NC kódem. Určení vhodných materiálů V inženýrské praxi je základem výběr vhodného materiálu s ohledem na požadované použití. Ve výzkumu kovů, slitin, intermetalických sloučenin, uhlíkových i nerezových ocelí, litin a slitin řady neželezných kovů je pro určení materiálových vlastností využíván analytický software JMatPro. Z výsledků simulací lze vyhodnotit řadu parametrů, a tím vhodnost konkrétního materiálu pro požadovanou aplikaci. Simulace tvářecích technologií Pro simulace tvářecích technologií je využíván software DEFORM. Je možné modelovat účinky velkých deformací při tváření za tepla i za studena, procesy obrábění a další technologické procesy. Simulací lze predikovat pro každý okamžik technologického procesu rozložení teploty, deformace, napětí a toku tvářeného materiálu. Vedoucí laboratoře Ing. Zdeněk Chval, Ph.D zdchval@rti.zcu.cz 21

22 ZKUŠEBNA KOMPONENT DOPRAVNÍCH PROSTŘEDKŮ Zkušebna komponent dopravních prostředků se zaměřuje zejména na ověřování komponent drážních aplikací namáháním v kombinaci krut a tah a vibrodiagnostiku komponent drážních aplikací, jako například převodových skříní a trakčních motorů a dalších zařízení. Ověřování komponent drážních aplikací Jednou z hlavních činností je ověřování komponent drážních aplikací namáháním v kombinaci krut a tah. Toto ověřování je možné uskutečnit na speciálním biaxiálním zkušebním stroji. Mezi dvě příruby je možné umístit například různé spojky mezi trakčním motorem a převodovou skříní a tam je vystavit kombinovanému provoznímu namáhání. Naměřené namáhání z provozu je možné vložit přímo do počítačového systému a simulovat na součásti umístěné na zkušebním stroji. Počítačový program TEST CONTROL Tento počítačový program umožňuje přípravu různých druhů zatěžování zkoušeného zařízení statickým i dynamickým zatížením. Do tohoto programu je díky jeho iteračnímu modulu možné vložit i záznam měření z provozu, kde se zkoumaná součást nachází, a tak vystavit zkoušenou součást reálnému provoznímu namáhání. Vkládání vstupních dat je umožněno v mnoha druzích formátů. Vibrodiagnostika a diagnostika komponent drážních aplikací Další činností zkušebny je vibrodiagnostika komponent drážních aplikací pomocí přístroje firmy SKF MICROLOG CMXA 80. Tento přístroj umožňuje pomocí mnoha vestavěných modulů velké spektrum činností od vyvažování rotujících součástí přes modální analýzu, až po sběr dat z mnoha zařízení pro porovnávací analýzy. Čtyřkanálový přístroj je mobilní a umožňuje práci vibrodiagnostika přímo v terénu a první hrubá vyhodnocení provádět přímo na přístroji. 22

23 Hlavní vybavení zkušebny SKF Analysis and Reporting Manager Podrobná FFT analýza je prováděna pomocí počítačového programu SKF Analysis and Reporting Manager. Tento program obsahuje všechny potřebné nástroje pro vyhodnocování vibrací, které produkují poškozené strojní součásti drážních zařízení, jako jsou například nápravová ložiska, ložiska trakčních motorů a zuby ozubených kol převodových skříní. Podle specifického projevu se provádí zjišťování původu vibrace. SKF MACHINE CONDITION ADVISOR CMAS100-SL Pro rychlou a operativní kontrolu vibrací je použito zařízení SKF MACHINE CONDITION ADVISOR CMAS100-SL. Toto lehké, přenosné zařízení ve velikosti většího pera snadno provádí důležitá měření pro zjištění stavu stroje a měření teploty a automaticky vydává poplachovou informaci, když naměřené hodnoty vibrací stroje překročí přijaté směrnice. Měření vibrací obsahuje celkové rychlosti vibrací a odečet obálky zrychlení vibrací, který odfiltruje všechny signály vibrací stroje, mimo těch, které vycházejí z ložisek a převodových skříní. Zařízení SKF TKED 1 Pro monitorování výbojů v ložiskách elektrických točivých strojů je použito zařízení SKF TKED 1. Tento přístroj slouží k zjišťování počtu výbojů mezi oběžnými plochami ložisek a valivými elementy, a tím zjišťování trendů poškození těchto ložisek. Poškozování ložisek elektrických strojů vysokofrekvenčními ložiskovými proudy, které vznikají při napájení motorů z měničů, je velmi časté, a proto se tento přístroj stává velkým pomocníkem při srovnávacích měřeních na ložiskách motorů. Dalším vybavením zkušebny je například endoskop SKF TKE 10A, sloužící k vizuálnímu monitorování nepřístupných míst strojů. Vedoucí zkušebny Ing. Bohumil Čejka bcejka@rti.zcu.cz 23

24 ZKUŠEBNA PROVOZNÍ PEVNOSTI A ÚNAVOVÉ ŽIVOTNOSTI Pracoviště disponuje univerzálním elektrohydraulickým zatěžovacím systémem pro dynamické zkoušky konstrukčních dílů a materiálových vzorků. Věnujeme se vyhodnocování životnosti, a to včetně využití metod pravděpodobnostního dimenzování. Hlavním vybavením zkušebny je souprava 10 samostatných zatěžovacích válců, které lze konfigurovat do různých zkušebních sestav umístěním výškově nastavitelných držáků či dvousloupového rámu s výškově přestavitelným příčníkem, které jsou umístěné na T-drážkové desce. 24

25 Hlavní vybavení zkušebny Stroj pro zkoušky materiálových vzorků Stroj je opatřen lineárním a kyvným hydraulickým válcem, díky čemuž umožňuje současné zatěžování osovou silou a krouticím momentem. Součástí vybavení stroje jsou čelisti pro ploché i kulaté vzorky, dále siloměr, snímač momentu, akcelerometr a extenzometry. Stroj je tedy z tohoto pohledu univerzální a lehce adaptibilní na různé typy statických a dynamických zkoušek. Klíčovým softwarovým vybavením jsou komerční licence ncode GlyphWorks, což je nástroj pro analýzu naměřených dat, a výzkumná licence ncode DesignLife, což je postprocesor pro metodu konečných prvků. Jedná se o graficky orientovaný software specializovaný na únavovou analýzu. Vedoucí zkušebny Ing. Lukáš Bartoň, Ph.D bartonlk@rti.zcu.cz 25

26 KONTAKTY Ředitel RTI doc. Ing. Miloslav Kepka, CSc. Administrativní ředitel Ing. Vladislav Kemka, Ph.D. Ředitel laboratoří Ing. Pavel Žlábek, Ph.D. Manažer pro obchod Ing. et Ing. Martin Jambura Manažer pro marketing Ing. Martin Nozar, Ph.D. VEDOUCÍ VÝZKUMNÝCH PROGRAMŮ Výzkum a vývoj moderních konstrukcí vozidel včetně jejich pohonných systémů doc. Ing. Petr Heller, CSc. pheller@rti.zcu.cz Výzkum a vývoj výrobních strojů včetně jejich modernizace doc. Ing. Václava Lašová, Ph.D. lasova@rti.zcu.cz Výzkum a vývoj tvářecích technologií prof. Dr. Ing. Bohuslav Mašek masekb@rti.zcu.cz Výzkum a vývoj obráběcích technologií doc. Ing. Jan Řehoř, Ph.D. rehor4@rti.zcu.cz 26

27 Regionální technologický institut Fakulta strojní, Západočeská univerzita v Plzni Univerzitní Plzeň rti@rti.zcu.cz 27