1 • Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák , valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált alkalmazása • A mérnöki szemlélet, a tanultak gyakorlati alkalmazásában való jártasság fejlesztése • A minőség és megbízhatóság mint személyes tulajdonságok erősítése
123
Embed
A tervezés, anyag kiválasztás és gyártás összefüggései
Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák , valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált alkalmazása A mérnöki szemlélet, a tanultak gyakorlati alkalmazásában való jártasság fejlesztése - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
• Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák , valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált alkalmazása
• A mérnöki szemlélet, a tanultak gyakorlati alkalmazásában való jártasság fejlesztése
• A minőség és megbízhatóság mint személyes tulajdonságok erősítése
2
A tervezés, anyag kiválasztás és gyártás összefüggései
A gyártmány fejlesztés folyamataAz alkatrész tervezés folyamata
Egyszerű esettanulmányok
3
Egy gyártmány fejlesztésének fázisai (1)
• Piaci igények felmérése• A szerkezet funkciójának, főbb jellemzőinek
meghatározása• A szerkezet koncepcionális tervezése
(pl. gépkocsi)• A szerkezeten belüli fő egységek funkciói
(pl. motor)• A fő egységen belüli alkatrészek tervezése
(pl. hajtórúd)• Az elkészült szerkezet ellenőrzése, visszacsatolás
• Oxidáció sebessége• Elektrokémiai korróziós hajlam• Ellenállás különféle vegyszerekkel
szemben• Mindezek egyedileg meghatározható
jellemzők
32
7. Egyéb igénybevételek(pl. neutron, nap sugárzás)
• Ridegedési hajlam (HV, KV változása a neutron sugárzás hatására reaktor anyagokon)
• Műanyagok károsodása a nap ultraibolya sugarainak hatására
33
A megmunkálhatósági jellemzők
• Megmunkálhatóságon egy anyag adott megmunkálási technológiára való alkalmasságát értjük
• A megmunkálhatóságot jellemezhetjük fizikai paraméterekkel (pl. olvadáspont), anyagvizsgálati mérőszámokkal (pl. keménység), vagy úgynevezett technológiai próbákkal
Méretezés minimális tömegre és maximális merevségre
ESL
FL
0
F F
So
LΔL
Merevség:
Tömeg:
EL
FLLSm 12
0
Következtetés:
m minimális, ha
E/ρ maximális
Húzás:
43
Méretezés minimális tömegre és maximális merevségre
• Hajlítás koncentrált erővel: m minimális,
ha (E1/2/ρ) maximális
• Hajlítás megoszló terheléssel:m minimális,ha (E1/2/ρ) maximális
44
Méretezés minimális tömegre és maximális szilárdságra
• Megengedett szilárdság: m=Rp0,2/n(n: biztonsági tényező)
• Húzás: m minimális, ha (m/ρ) maximális• Hajlítás koncentrált erővel:
m minimális, ha (m2/3/ρ) maximális
• Hajlítás megoszló terheléssel: m minimális, ha (m
1/3/ρ) maximális
45
Példa: anyagjellemzők a minimális tömeg választásához
Anyag fajta E/ρ Rp0,2/ρFa 20…30 120…170Alumínium 25 180Lágyacél 26 30Beton 15 3
Az E/ρ érték (merevségi optimum) közel azonos
Az Rp0,2/ρ (szilárdsági optimum) jelentősen különbözik, legkedvezőbb az alumínium és a fa
46
Példa: anyag kiválasztási diagramok (1)
• Az anyag kiválasztás folyamatát megkönnyítő diagramok tengelyein a különböző anyag tulajdonságok vannak, az egyes anyag fajták pedig területeket fednek le a diagramokban
• Főbb diagram típusok:E – ρ; Rp0,2 – ρ; E - Rp0,2; KIC – E; …stb
47
Példa: anyag kiválasztási diagramok (2)
E, GPa
ρ, Mg/m30,1 1 10
0,1
100
10
1 Polimerek
Kompozitok
Fémötvözetek
Műszaki kerámiák
Fa
E/ρ=C
1000
48
Példa: anyag kiválasztási diagramok (3)
Keresési stratégia (1):• Kiválasztjuk a terhelési módot, és a jellemző
(E/ρ= Const.) arányt, majd berajzoljuk a megfelelő egyenest a diagramba
• Az egyenes által metszett területek mutatják a választható anyag típusokat
• Utána részletesebb diagramokban keresünk tovább a konkrét anyagra
49
Példa: anyag kiválasztási diagramok (4)
Keresési stratégia (2):• Kiválasztjuk a közelítő E és ρ értéket, és
felvisszük a tengelyekre• Az egyenesek meghatározzák azt a
területet, ahol részletesen lehet keresni• Utána a következő diagramban
folytatjuk a keresést
50
Méretezés optimális alakra (1)
• Optimálisnak tekintjük az alakot, ha az anyag minden elemi térfogata a megengedhető maximális feszültséggel van terhelve
• Ebben az esetben az adott terhelést elviselni képes szerkezeti elem tömege általában minimális
51
Méretezés optimális alakra (2)
• A korszerű CAD rendszerekben van végeselem számítási modul, amellyel a helyi feszültségek és alakváltozások számíthatók – ezzel a feszültség eloszlás optimalizálható
• Az egyszerűbb alakzatokra számítással lehet megkeresni a legkedvezőbb alakot
52
Méretezés optimális alakraPélda: hajlított tartó (1)
• Tömör hajlított tartó keresztmetszetében a feszültség eloszlás nem egyenletes, ezért az anyag kihasználás nem kedvező
• Ugyanolyan tömegű cső esetében a teherbírás növekszik, ahogy a cső átmérője nő és a falvastagsága csökken
53
Méretezés optimális alakraPélda: hajlított tartó (2)
Közepes átmérő Falvastagság TeherbírásKülső Ø=10 mm Tömör rúd 100%
8,33 mm 3 mm 130%12,5 mm 2 mm 188%25,0 mm 1 mm 748%
A tömör rúdhoz képest azonos tömeggel jelentős teherbírás növekedés érhető el cső használatávalA falvastagság csökkentést egyéb tényezők korlátozzák (stabilitás, horpadási veszély)
54
Több szempont egyidejű mérlegelése a tervezés során
• Az anyagokat a használat során több igénybevétel is éri, ekkor olyan anyagot kell választani, mely ezek összességének a legjobban megfelel
• Az adott anyag csoportot megfelelőségi mutatók szerint lehet jellemezni
• A több kritérium szerinti összehasonlítás lehet súlyozatlan vagy súlyozott megfelelőségi mutatók szerint
55
Példa: szerszámacélok kiválasztása több kritérium alapján (1)
Anyagok összehasonlítása két tulajdonság alapján (1)
Szilárdság és sűrűség diagram:
Legkedvezőbb szilárdság/sűrűség arány: fa
Nagy szilárdság/közepes sűrűség: kerámiák, kompozitok
Nagy szilárdság/nagy sűrűség: fémek
80
Anyagok összehasonlítása két tulajdonság alapján (2)
Szilárdság és relatív költség diagram:
Kedvező ár-nagy szilárdság kő, tégla, égetett kerámia
Magas ár-nagy szilárdság műszaki kerámiák
Közepes ár és szilárdság fémek, kompozit anyagok
81
Anyagok összehasonlítása két tulajdonság alapján (3)
Szilárdság és energiatartalom diagram:
Kis energia igényű/nagy szilárdság - fa, kő
Nagy energia igény/nagy szilárdság – műszaki kerámiák
82
Anyagtulajdonságok
PolimerekKerámiák
Kompozit anyagok
83
A polimerek áttekintése (1)
• Anyagjellemzők:KIC közepes, Rp0,2 gyenge, E kicsi
• Előnyök:jó korrózióállóság, jó alakíthatóság, kis sűrűség, kedvező Rp0,2/ρ arány
• Hátrányok:kis merevség , gyenge hőállóság és alacsony kúszáshatár
84
A polimerek áttekintése (2)
Hőre lágyuló polimerek• Lineáris vagy elágazásos szerkezet• Az üvegesedési hőmérséklet felett
alakíthatókHőre keményedő polimerek• A láncokat kereszt kapcsolatok kötik
össze• Kikeményedés után nem alakíthatók
85
Hőre lágyuló polimerek Polietilének (1)
• A nagy sűrűségű polietilén (HDPE) lineáris láncokat tartalmaz, szívóssága szobahőmérsékleten jó, korrózióállósága jó, UV sugárzásnak kevésbé ellenálló
• Az alacsony sűrűségű polietilén (LDPE) elágazásos láncokat tartalmaz, szilárdsága, rugalmassági modulusa kisebb mint a HDPE
86
Polietilének (2)
HDPE LDPE
ρ (kg/m3) 960-970 915-930Rm (MPa) 22-38 1-16
E (GPa) 0,4-1,4 0,12-0,3Alkalmazás: Palackok, játékok,
csövek és idomok vízvezetékekhez, csomagoló fólia
Tömítések, villamos szigetelő anyagok, konyhai eszközök 100 Co alatti használatra
87
Polivinilklorid
• Szobahőmérsékleten megfelelő szilárdsága és merevsége van
• Az épületekben használják csövek, ablak keretek anyagaként, a lágy PVC-t padlóburkoló anyagként, fóliának
– Csak mesterségesen állítható elő bór-nitrid ásványból
– 1500 Co feletti hőmérsékleten, 8500 MPa nyomással képződik
108
Egyatomos kerámiák alkalmazása
• Húzógyűrűk volfrám és egyéb nagy hőmérsékleten alakítható fémekhez (elsősorban mesterséges gyémántból)
• Forgácsoló szerszámok:– A szerszám élére raknak fel vékony rétegben
kis szemcséket– Nagy sebességű forgácsolás köbös
bórnitriddel előnyösebb
109
Kerámiák összehasonlítása
Szívósság
Kopásállóság
Gyémánt
Köbös bórnitrid
Al2O3 oxidkerámia
Si3N4 nitridkerámia
Bevonatolt kerámiák
Bevonatolt keményfémek
110
Kompozit (társított) anyagok
• Anyagjellemzők: kedvező KIC, Rp0,2, E állítható be
• Előnyök:rugalmasan változtatható szilárdság, jó korrózióállóság, elfogadható alakíthatóság, kedvező Rp0,2/ρ arány
• Hátrányok:költséges gyártás, kúszási hajlam egyes típusoknál
111
A kompozitok típusai
Példák:
•Szemcsés: pl. beton (cement + kavics)
•Szálas: pl. üvegszálas poliészter (üvegszál + műgyanta)
•Réteges: pl. Arall (alumínium és aramid lemezek)
112
Szálerősítésű kompozitok
113
Szálerősítésű kompozitokalapanyagai: szálak
• Üvegszál: olvadt üvegből fokozatosan húznak 6…12 μm átmérőjű szálakat, melyeket köteg, paplan vagy szövet formában hoznak forgalomba
• Grafit (karbon) szál: különféle karbonláncú vegyületeket tartalmazó alapanyagok pirolízisével, nyújtásával hoznak létre a szálirányban összefüggő grafit kristályokat
• A hordozóanyagok különféle, rendszerint két komponensű, hőre keményedő műgyanták (pl. epoxi gyanta)
• A műgyanta egyik komponense a folyékony polimer, amelyhez a térhálósító adalékokat hozzákeverve, majd a szálakat, töltőanyagokat bedolgozva kikeményítik
115
Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái
• Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek