Slévárenská technologie od minulosti k budoucnosti VUT Brno, FSI, ústav strojírenské technologie odbor slévárenství
Slévárenská technologie Studium oboru Slévárenská technologie je zaměřeno na přípravu řídících a technických pracovníků pro obor slévárenství a příbuzné metalurgické obory. Výuka obsahově navazuje na studium strojního inženýrství v 1. stupni magisterského studia. Studenti získávají znalosti z oblastí metalurgie slévárenských slitin, technologie výroby odlitků, konstrukce strojů a zařízení, kontroly jakosti odlitků a metod řízení výroby. Výuka je účelně doplněna předměty, které se zabývají teorií metalurgických procesů, vlastnostmi formovacích materiálů, metodami identifikace vad a způsoby jejich oprav. Pozornost je věnována matematickému zpracování dat, přípravě experimentů a statistickému vyhodnocení výsledků. Výuka se provádí se širokou podporou výpočetní techniky. Při návrhu konstrukce a technologie výroby se využívají moderní softwarové produkty pro numerickou simulaci proudění kovu, tuhnutí a výpočet tepelných pnutí. Do výuky jsou zařazeny metody simultánního inženýrství, výroba speciálních odlitků, základy ekonomických znalostí a ekologie. Studium je úzce vázáno na řešení aktuálních vědecko-výzkumných projektů a na širokou spolupráci s průmyslovými podniky. Posluchači se mohou již v průběhu studia zapojit do řešení těchto úkolů. Možnosti uplatnění V České republice má slévárenská výroba již tradičně velmi silnou pozici. Vedle klasických odlitků se zájem průmyslu stále více orientuje na odlitky vyrobené metodami přesného lití a odlitky z progresivních materiálů s vysokou pevností a nízkou hmotností. Slévárenští technici se zapojují do projekčních týmů, které komplexně připravují výrobu součástek od jejich konstrukce po zhotovení a aplikaci. Absolventi oboru slévárenské technologie jsou schopni uplatnit své znalosti v oblasti výroby odlitků všech typů a ze všech druhů materiálů. V současné době je v České republice více než 170 sléváren. Vzhledem k velké poptávce po kvalifikovaných slévárenských odbornících obvykle získávají absolventi oboru Slévárenská technologie v krátké době pozice vedoucích technických i řídicích pracovníků. Možnosti dalšího studia Vynikající absolventi se zájmem o hlubší teoretické studium slévárenské problematiky mají možnost dalšího vzdělávání v doktorandském studiu. Absolventi tohoto studia mají předpoklady uplatnění ve výzkumných a vývojových týmech nebo v pedagogické oblasti. Možnosti stáží nebo zahraničních pobytů, zahraniční spolupráce Odbor slévárenství udržuje kontakty s řadou zahraničních univerzit a průmyslových podniků. Zájemci s dobrými jazykovými schopnostmi mohou absolvovat stáže ve slévárnách a na zahraničních technických univerzitách. 2
Profil studenta slévárenské technologie je schopen tvůrčím způsobem aplikovat své znalosti v oblasti výroby odlitků ze všech typů kovových materiálů získá základní přehled pro identifikaci a klasifikaci vad odlitků a způsobech vedoucí k snížení jejich výskytu získá znalosti ze základů metalurgických pochodů používaných při výrobě odlitků ze slitin železa i neželezných kovů získá znalosti z procesů statistického řízení jakosti je připraven pro tvorbu a aplikaci softwaru pro slévárenské provozy, pro počítačovou podporu technologií Kontakt VUT-FSI-ÚST odbor slévárenství, budova A1, 17. poschodí tel: 541 142 661, 541 142 653, http://ust.fme.vutbr.cz/slevarenstvi/ 3
1. ročník Zkr. Název předmětu PK Rozsah výuky Zimní semestr povinné předměty ESL Slévárenská technologie I 6 3/2 zá, zk HPC Teorie metalurgických procesů 5 2/2 zá, zk HS2 Teorie a technologie svařování 8 3/3 zá, zk PFM Formovací materiály a ekologie 6 3/2 zá, zk POL Obrábění litých materiálů 5 2/2 zá, zk Letní semestr povinné předměty EMM Mechanizace, automatizace 7 3/2 zá, zk a manipulace PLN Metalurgie neželezných kovů 5 2/2 zá, zk PMM Matematické modelování 4 1/2 kl PMO Metalurgie oceli 5 3/2 zá, zk POB Teoretické základy oboru 6 3/2 zá, zk Povinně volitelné předměty (student volí 1 předmět ze skupiny) PSR Statistické řízení jakosti 3 2/1 zá, zk PST Statistické modely ve strojírenství 3 2/1 zá, zk ZS LS 2. ročník Zkr. Název předmětu PK Rozsah výuky ZS LS Zimní semestr povinné předměty PKO Kontrola jakosti odlitků 5 3/2 zá, zk PLL Metalurgie litin 6 3/2 zá, zk PSL Slévárenská technologie II 7 3/2 zá, zk PZS Zařízení sléváren 7 4/1 zá, zk Povinně volitelné předměty (student volí 1 předmět ze skupiny) HC1 Aplikace CAD/CAM v technologii I 5 2/2 zá, zk PLI Výroba speciálních odlitků 5 2/2 zá, zk Letní semestr povinné předměty PD5 Diplomový projekt 12 0/12 zá PD6 Seminář k diplomové práci 4 0/2 zá PIN Simultánní inženýrství 3 2/0 kl PTC Technická příprava výroby 6 3/3 z, zk PVD Vady a opravy odlitků 5 0/2 z, zk 7AZ Angličtina zkouška B1 0 4
Slévárenská technologie I, II Předmět seznamuje posluchače ve dvou semestrech se základními principy výroby forem a jader, možnostmi odlévání a dokončujících operacích při výrobě odlitků. Hlavní zaměření prvé části je soustředěno na výrobu forem a jader za použití jílových pojiv a dále pojivových systémů využívajících chemické vazby (vodní sklo, cement, sádra, pryskyřice). Dále jsou probírány základní možnosti zhušťování formovacích směsí a způsoby odlévání (gravitační, za působení zvýšených sil). Druhá část je zaměřena na nejmodernější technologie jako např. výrobu odlitků vytavitelným modelem (na obrázku), vypařitelným modelem, vakuovým formováním, atd. Předmět dává posluchačům ucelené znalosti o jednotlivých možnostech zhotovení odlitků především z pohledu současného dynamického rozvoje slévárenské technologie. Teorie metalurgických procesů Předmět seznamuje studenty s fyzikálně-chemickými základy metalurgických pochodů, a to v míře umožňující vytváření matematických modelů těchto pochodů a jejich cílevědomé řízení. Předmět zahrnuje tvorbu modelů reakcí uvnitř taveniny a na rozhraních taveninaatmosféra, tavenina-žárovzdornina a tavenina-struska. Modelování vybraných pochodů je prováděno na cvičeních v programovém prostředí Mathcad. Formovací materiály a ekologie Formy a jádra vyráběná z pískových formovacích směsí vyžadují dobrou znalost vlastností základních surovin, t.j, ostřiva, pojiva a přísad; znalost jejich vzájemného působení při jejich přípravě a zpracování a znalost jejich interakcí při styku s tekutým kovem. V přednáškách jsou studenti seznamováni s formovacími systémy na bázi jílových pojiv, dále s pojivy, které se vytvrzují na základě chemických reakcí. Tyto systémy přinášejí automatizaci výroby forem a jader, ale také velké problémy ekologické. Jejich řešení a návrhy nových ekologicky příznivých systémů je náplní těchto přednášek. V laboratoři se testují vlastnosti směsí při provozních teplotách i při teplotách styku s tekutým kovem. 5
Metalurgie Výuka metalurgie je rozdělena, podle typu slévárenských slitin, do třech samostatných předmětů: Metalurgie oceli Metalurgie litin Metalurgie neželezných kovů V každé z těchto skupin se posluchači seznámí s druhy používaných slitin, jejich chemickým složením, strukturou, vlastnostmi a oblastmi použití. Jsou probírány způsoby tavení, popis a funkce tavicích agregátů a konkrétní metalurgické postupy. Při řízení metalurgických pochodů se využívají znalosti základů termodynamiky a fyzikálně-chemických procesů. Studenti se seznámí s metodami řízení a kontroly tavicího procesu a se způsoby zjišťování kvality odlitků. Pozornost je věnována rovněž metodám identifikace vad, stanovení příčin jejich vzniku a možnostem oprav. Vedle technických zásad se při návrhu metalurgických postupů zohledňují rovněž ekonomické aspekty výroby. Matematické modelování Matematické modelování slévárenských procesů se již stalo nedílnou součástí technické přípravy výroby. Předmět seznamuje posluchače s možnostmi využití simulací v reálné praxi. Jsou zde rozebrány jednotlivé numerické metody výpočtu, tvorba a export geometrie a také definice počátečních a okrajových podmínek výpočtu. Dále je pozornost věnována predikci slévárenských vad pomocí počítačové simulace, jsou analyzovány příčiny jejich vzniku a možnosti vedoucí k jejich odstranění. Předmět poskytne studentům ucelené informace o úloze matematického modelování v procesu přípravy výroby a její návaznosti na technické toky CAD/CAM/CAE. 6
Teoretické základy oboru Předmět seznamuje studenty s fyzikálními vlastnostmi roztavených slitin, jejich prouděním v kanálech formy a interakcemi mezi taveninou a formou. Modely nukleačního stadia krystalizace a stadia růstu vytváří nutný základ pro cílevědomé řízení krystalizace odlitků. Analýza pochodů chladnoucím odlitku je zaměřena na vznik napětí v odlitku, důsledky a možnosti jeho snižování. Statistické řízení jakosti Cílem předmětu statistické řízení jakosti je seznámit studenty se základy a aplikacemi statistického řízení jakosti ve strojírenských podnicích, aby toto následně dokázali tvůrčím způsobem uplatnit v jednotlivých technologických procesech a při zpracování dílčích projektů a závěrečného diplomového úkolu. Řízení jakosti ve slévárnách na základě statistických metod, a metod na podporu jakosti v souladu s ČSN ISO, je diskutováno. Pozornost je věnována tvorbě příručky jakosti ve slévárnách. Statistické metody ve strojírenství Technici někdy používají statistiku k tomu, aby popsali výsledky experimentu. Toto můžeme nazvat analýzou dat či popisnou statistikou. Statistika se dá použít i jiným způsobem. Není-li objekt našeho zájmu nám celý dostupný (základní statistický soubor), vyšetříme pouze jeho část (výběrový soubor) a použijeme statistiku k tomu, aby nám dala odpověď na otázky o celém základním souboru. Tento proces je podstatou kurzu. V rámci kurzu se posluchači seznámí se statistickým softwarem Minitab. 7
Kontrola jakosti odlitků Posluchači jsou seznámeni se stanovováním plynů v kovech a se základy chemických analytických metod používaných ve slévárenství, s metodami mechanického a fyzikálního zkoušení odlitků, a dále pak s defektoskopickými zkouškami odlitků (rentgen, ultrazvuk, magnetické zkoušky, izotopy, apod.) a s uplatněním těchto zkoušek a metod při tvorbě příručky jakosti a aplikaci ISO norem ve slévárenství. Posluchači získají základní znalosti pro práci v provozních i specializovaných laboratořích slévárenských provozů, pro tvorbu příručky jakosti a uplatňování ISO norem ve slévárenství. Posluchači zvládnou, v kombinaci se znalostmi z předmětu Statistické metody ve strojírenství, statisticky připravit a vyhodnotit provozní a laboratorní experiment a na základě znalostí z předmětu Statistické řízení jakosti pomocí statistických metod, zpracovat provozní soubory a rozhodnout o vhodných opatřeních. Zařízení sléváren Předmět seznamuje posluchače se základními technologickými zařízeními a stroji ve slévárenských provozech. Racionální výroba odlitků šetřící životní prostředí a energie pomocí automatizace a řízení zdrojů se prezentuje uzavřeným materiálovým oběhem a minimálními odpady. Výroba speciálních odlitků Předmět je zaměřen na popis používaných technologií výroby speciálních odlitků (odlitky oběžných a rozváděcích lopatek spalovacích turbín leteckých a stacionárních, oběžných kol turbo- dmychadel a náhrad tělesných orgánů) z žáropevných slitin niklu a kobaltu, odlitků ze slitin titanu (odlitky pro stavbu letadel a raket, odlitky náhrad tělesných orgánů, odlitky pro chemický průmysl) a odlitků permanentních magnetů včetně způsobů řízení krystalizace odlitků z těchto slitin (velikost zrna, usměrněná krystalizace, monokrystaly). Probírány jsou fyzikálně chemické základy vakuové metalurgie, používané typy vývěv a měření nízkých tlaků, konstrukce a použití vakuových pecí indukčních, obloukových a elektrostruskové odlévání odlitků. 8
Technická příprava výroby Posluchači získají znalosti o návrhu a způsobech zpracování technické dokumentace pro výrobu odlitků (technologické výkresy, uspořádání odlitků ve formách, technologické výpočty, aplikace zákonů proudění a tuhnutí na reálných odlitcích). Důraz je kladen na využívání numerických metod pro zajištění požadované kvality odlitků a pro nákladovou optimalizaci způsobu výroby odlitků. Simultánní inženýrství V rámci předmětu jsou probírány základy týmové spolupráce dodavatel odběratel (tvorba konceptu řešení, konstrukce součásti, zhotovení prototypu a zavedení seriové výroby), možnosti multimediální komunikace a Rapid prototyping metod (rychlá výroba prototypů metodami selektivní sintrace, stereolitografie, laminování, aj). Studenti se seznámí s využitím simulačních programů používaných při plnění formy, tuhnutí a chladnutí odlitku, které slouží k optimalizaci konečného výrobku. Zahrnuta je i technologičnost konstrukce (konstrukce zamezující vzniku vad). 9
Vady a opravy odlitků Předmět seznamuje studenty s tříděním a názvoslovím vad odlitků dle českých a mezinárodních standardů. Popisuje základní druhy vad odlitků a provádí rozbor fyzikálně chemických příčin jejich vzniku v jednotlivých fázích výrobního cyklu s důrazem na prevenci. Prováděno je i experimentální studium teplotních polí v systému slévárenská forma-odlitek, vzniku kondenzační zóny slévárenské formy a napjatosti v odlitku. Průběh reoxidace taveniny, penetrace do líce formy a vznik bublin je analyzován pomocí matematických modelů na PC. Teorie a technologie svařování Předmět studenty seznamuje s teoretickými podmínkami vzniku a existence svarového spoje s ohledem na svařované materiály, energetické zdroje, fyzikálněchemické a metalurgické procesy probíhající při svařování a pájení kovových materiálů. Zaměřeno je i na degradační pochody a procesy svařovaných materiálů teplotně-deformačním cyklem, napětí a deformace při svařování. Popsána je i svařitelnost kovových materiálů. Probírány jsou principy a teorie jednotlivých metod svařování a tepelného dělení. Obrábění litých materiálů V rámci předmětu student získá znalost a schopnost kvalifikované volby technologického postupu výroby součástí zahrnující slévárenskou technologii. Bude schopen určit způsob upnutí součásti, výrobní a řezné podmínky, řezné nástroje a materiály, kontrolu součásti, výrobní časy a výrobní náklady. 10
Mechanizace, automatizace a manipulace V rámci předmětu jsou studenti seznámeni se základními druhy automatizačních prvků, používaných v automatizovaných systémech včetně nezbytného teoretického základu. Je demonstrováno jejich využití v průmyslových aplikacích výrobních systémů technologie tváření, obrábění a svařování, a při konstrukčním řešení robotů a jednoúčelových strojů a zařízení. Předmět seznamuje rovněž s vytvářením pružných výrobních systémů, automatizovaných výrobních linek, integrovaných úseků, robotizovaných pracovišť a přibližuje základy programování NC strojů a robotů včetně jejich konstrukce, pohonů a řízení. Aplikace CAD/CAM v technologii Náplní předmětu je uvedení do systému CAD se zaměřením na software pracující v modu 2D a 3D. Zabývá se rovněž hardwarovým vybavením systému CAD. Posluchačům předmět umožní získat základní znalosti pro konstruování nástrojů a přípravků v prostředí CAD s cílem přípravy dat pro další zpracování v systémech CAM. 11
Staň se i Ty slévárenským odborníkem! VUT Brno, FSI, ústav strojírenské technologie odbor slévárenství