ΕΙΔΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

Transcript

1 ΕΙΔΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ενότητα 2: Βασικές Κατασκευαστικές Τεχνολογίες Ι. Γιαννατσής Τμ. Βιομηχανικής Διοίκησης & Τεχνολογίας Πανεπιστήμιο Πειραιώς Διαδικασίες Κατασκευής Επεξεργασία / Κατεργασία Συναρμολόγηση Μορφοποίηση Βελτίωση ιδιοτήτων Επεξεργασία επιφανειών Συγκόλληση Μηχανολογική συν/ση Στερεοποίηση Αφαίρεση υλικού Διαμόρφωση Θερμική επεξεργασία Χημική επεξεργασία Λείανση Επικάλυψη Αυτογενής - Με τήξη Ετερογενής - Με χρήση συγκολλητικού υλικού Λυόμενη - Κοχλίες / σπειρώματα Μόνιμη μηχανολογική στερέωση Πρόσθεση υλικού 1

2 Βασικές Τεχνικές / Μέθοδοι Μορφοποίησης Στερεοποίηση Σταθερό πρότυπο Σταθερό καλούπι Αναλώσιμο καλούπι/ πρότυπο Κοπή Μηχανική Ηλεκτρική / Χημική Δέσμη υψηλής ισχύος Δέσμη υψηλής πίεσης Διαμόρφωση Φύλλων Όλκιμης πρώτης ύλης Μίγματος Κόνης Συνήθης πρακτική είναι να συνδυάζονται περισσότερες από μία τεχνικές για την παραγωγή ενός προϊόντος ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΟΠΗ / ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΥΛΙΚΟΥ Τόρνος Δράπανο Φρέζα 2

3 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΟΠΗ / ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΥΛΙΚΟΥ Τεράστια ποικιλία υλικών Υψηλή ακρίβεια Μεγάλη ευελιξία στις γεωμετρικές μορφές Σχετικά χαμηλός βαθμός εκμετάλλευσης υλικού Απαιτείται εμπειρία στον προγραμματισμό/εκτέλεση των επιμέρους εργασιών Σχετικά αργή για πολύπλοκες γεωμετρίες Υλικά: Μέταλλα, πολυμερή, κεραμικά, ξύλο, γυαλί Προϊόντα: Εξειδικευμένα εξαρτήματα, εργαλεία για άλλες μεθόδους ΚΟΠΗ / ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΥΛΙΚΟΥ ΜΕ ΔΕΣΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΙΣΧΥΟΣ Κοπή με λέιζερ 3

4 ΚΟΠΗ ΜΕ ΔΕΣΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΚΟΠΗ ΛΕΙΖΕΡ Δεν υπάρχει φθορά εργαλείων Δεν απαιτούνται ιδιαίτερες διατάξεις συγκράτησης Ποικιλία υλικών προς επεξεργασία Υψηλή ακρίβεια / επαναληψιμότητα Υπάρχει περιορισμός στο πάχος στρώματος που μπορεί να κοπεί με ακρίβεια Μπορεί να είναι αρκετά χρονοβόρα Υλικά: Ποικιλία υλικών υπό μορφή φύλλων (ιδιαίτερα κατάλληλη για κεραμικά, γυαλί και κάποια πολυμερή) Προϊόντα: Ειδικά εξαρτήματα, έπιπλα, παιχνίδια ΚΟΠΗ / ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΥΛΙΚΟΥ ΜΕ ΔΕΣΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΠΙΕΣΗΣ Υδροκοπή (Water jet cutting) 4

5 ΚΟΠΗ ΜΕ ΔΕΣΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΠΙΕΣΗΣ - ΥΔΡΟΚΟΠΗ Χαμηλή θερμοκρασία επεξεργασίας και συνεπώς ελάχιστη θερμική καταπόνηση Δεν απαιτούνται ειδικά εργαλεία Ποικιλία υλικών σε διάφορα πάχη στρώματος Σε κοπή μεγάλου βάθους πιθανόν να υπάρξει μετακίνηση της δέσμης και σφάλματα Οικονομικά αποδοτική για σχετικά μικρές ποσότητες παραγωγής Υλικά: Μεγάλη ποικιλία (τα βασικά συν μάρμαρο, πέτρα, ελαστικά κ.α.) Προϊόντα: Προϊόντα διακόσμησης ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ/ ΧΗΜΙΚΗ ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΥΛΙΚΟΥ Ηλεκτροδιάβρωση (Electric discharge machining) 5

6 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΥΛΙΚΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΒΡΩΣΗ Ευελιξία στην μορφολογία των παραγόμενων προϊόντων Απλές διατάξεις συγκράτησης Υψηλή ακρίβεια και καλή ποιότητα επιφάνειας Υψηλό κόστος/χρόνος κατασκευής εργαλείων Χαμηλός βαθμός εκμετάλλευσης υλικού Πιθανά υψηλός βαθμός διάβρωσης εργαλείων Υλικά: Οποιοδήποτε ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό Προϊόντα: Καλούπια και μήτρες για άλλες διαδικασίες ΒΑΣΙΚΗ ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΧΥΤΕΥΣΗΣ/ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ Καλούπι (Mold/cast): Κέλυφος που εμπεριέχει την γεωμετρία του τελικού αντικειμένου, συνήθως αποτελείται από δύο ή περισσότερα μέρη Πρότυπο (pattern): Το αρχικό αντικείμενο που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του καλουπιού Μήτρα (die): Εργαλείο διαμόρφωσης υλικού με την εξάσκηση πίεσης Είσοδος (Gate): Είσοδος υλικού στο καλούπι Κοιλότητα (Cavity) Εξολκέας (Ejector) Έμβολο διαμόρφωσης/διάτρησης (punch) 6

7 ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΑΘΕΡΟ ΠΡΟΤΥΠΟ Χύτευση σε άμμο (Sand Casting): Χύτευση μετάλλων σε αναλώσιμο κεραμικό καλούπι (άμμου) με βάση πρότυπο (pattern) ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΧΥΤΕΥΣΗ ΣΕ ΑΜΜΟ Χαμηλό κόστος Ευκολία χρήσης Δυνατότητα παραγωγής πολύπλοκων γεωμετρικών μορφών Ευελιξία επιπέδου παραγωγής Διαδικασία εντάσεως εργασίας Τα προϊόντα χρειάζονται συνήθως δευτερεύουσα επεξεργασία (π.χ. λείανση) o o Υλικά: Μέταλλα με σχετικά χαμηλό σημείο τήξης Προϊόντα: Σώμα κινητήρα, Κεφαλές κυλίνδρων, εξαγωγές στροβίλων 7

8 ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΑΘΕΡΟ ΚΑΛΟΥΠΙ Καλούπωμα με έγχυση (Injection Molding): Χύτευση υλικού σε μεταλλικό (συνήθως) καλούπι υψηλής αντοχής ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΛΟΥΠΩΜΑ ΜΕ ΕΓΧΥΣΗ Ευελιξία παραγόμενων μορφών Υψηλή αυτοματοποίηση Χαμηλό κόστος ανά τεμάχιο (για μεγάλες ποσότητες παραγωγής) Υψηλό κόστος κτήσης εξοπλισμού και κατασκευής εργαλείων/καλουπιών Υψηλός χρόνος κατασκευής καλουπιών Υλικά: Κυρίως θερμοπλαστικά αλλά και θερμοδιαμορφώσιμα, ελαστικά ακόμα και μέταλλα (Metal Injection Molding) Προϊόντα: Συσκευασίες, πλαστικά προϊόντα κάθε σχεδόν είδους 8

9 ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΑΘΕΡΟ ΚΑΛΟΥΠΙ Χύτευση υπό πίεση (Die casting): Χύτευση μετάλλων σε καλούπι υψηλής αντοχής ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΧΥΤΕΥΣΗ ΥΠΟ ΠΙΕΣΗ Ιδανική για πολύπλοκες γεωμετρίες Πολύ καλή ποιότητα επιφάνειας Υψηλή ακρίβεια/ επαναληψιμότητα Ελάχιστες απαιτήσεις για μετεπεξεργασία Υψηλό κόστος κτήσης εξοπλισμού και κατασκευής εργαλείων/καλουπιών Δεν είναι εγγυημένη η μηχανική αντοχή των προϊόντων Τα προϊόντα χρειάζονται φινίρισμα Υλικά: Μέταλλα και κράματα με χαμηλό σημείο τήξης Προϊόντα: Εξαρτήματα/σκελετοί συσκευών/επίπλων 9

10 ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΩΣΙΜΟ ΠΡΟΤΥΠΟ/ΚΑΛΟΥΠΙ Χύτευση με τη μέθοδο του χαμένου κεριού (Investment/Lost-wax casting): Χύτευση σε αναλώσιμο κεραμικό καλούπι με χρήση κέρινου πρότυπου ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΧΥΤΕΥΣΗ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΟΥ ΧΑΜΕΝΟΥ ΚΕΡΙΟΥ Ιδανική για πολύπλοκες γεωμετρίες Οικονομία υλικού καθώς μπορούν να κατασκευασθούν εσωτερικές κοιλότητες Υψηλή ακρίβεια Ελάχιστη μετεπεξεργασία Περιλαμβάνει πολλά στάδια Απαιτεί σχετικά επικίνδυνα για το περιβάλλον υλικά για την κατασκευή του κελύφους Υλικά: Ποικιλία μετάλλων σιδηρούχων και μη Προϊόντα: Προϊόντα πολύπλοκης μορφολογίας, πτερωτές, κοσμήματα, ιατρικά εργαλεία 10

11 23/5/2013 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΦΥΛΛΩΝ ΥΛΙΚΟΥ Τεχνική μορφοποίησης στην οποία το υλικό λαμβάνει την επιθυμητή μορφή μέσω της εξάσκησης μηχανικής πίεσης η οποία ασκείται μέσω ειδικά διαμορφωμένων εργαλείων (πρέσα/punch, μήτρα/die) ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΦΥΛΛΩΝ ΥΛΙΚΟΥ Θερμοδιαμόρφωση (Thermoforming) και Διαμόρφωση σε κενό 11

12 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΦΥΛΛΩΝ ΥΛΙΚΟΥ - ΘΕΡΜΟΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Κατάλληλη και για μικρές και μεγάλες παρτίδες παραγωγής Χαμηλή πίεση και συνεπώς εργαλεία χαμηλού κόστους Κατάλληλη τεχνική για εφαρμογή διακόσμησης κατά την κατασκευή Υλικά: Κυρίως θερμοπλαστικά Απαιτεί δευτερεύουσα επεξεργασία για την αφαίρεση του υπόλοιπου φύλλου Δεν είναι δυνατά κάθετα τοιχώματα, απαιτούνται γωνίες αποκόλλησης του προϊόντος (draft angle) Προϊόντα: Προϊόντα συσκευασίας, σκάφη, είδη υγιεινής, διάφορα πλαστικά εξαρτήματα ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΟΛΚΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Εξώθηση (Extrusion) 12

13 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΟΛΚΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -ΕΞΩΘΗΣΗ Η καλύτερη τεχνική για την κατασκευή προϊόντων μεγάλου μήκους και σταθερής τομής (2 ½ διαστάσεων) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ποικιλία υλικών Απαιτείται συνήθως μετεπεξεργασία των προϊόντων (κοπή, διάτρηση κλπ.) Υλικά: Οποιοδήποτε όλκιμο υλικό, κυρίως πλαστικά και μέταλλα Προϊόντα: Αγωγοί, φιλμ, πλαστικά και μεταλλικά εξαρτήματα ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΟΛΚΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Φυσητή διαμόρφωση σε καλούπι (Blow Molding) 13

14 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΟΛΚΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΦΥΣΗΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Χαμηλό κόστος ανά τεμάχιο Πολύ μεγάλοι ρυθμοί παραγωγής Δυνατότητα κατασκευής δοχείων με λεπτό λαιμό Υλικά: Γυαλί και σε διάφορες παραλλαγές της τεχνικής θερμοπλαστικά υλικά Προϊόντα: Δοχεία Μικρή ευελιξία / προσαρμοστικότητα Εργαλεία υψηλού κόστους Υψηλές ποσότητες παραγωγής Περιορισμός γεωμετρίας (απλές μορφές) και στην χρήση χρωμάτων ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΟΛΚΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ - ΣΦΥΡΗΛΑΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Σφυρηλάτηση (Forging) 14

15 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΟΛΚΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΦΥΡΗΛΑΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Δεν υπάρχουν κενά όπως σε διάφορες τεχνικές χύτευσης Λιγότερα απορρίμματα Επιτρέπει την αναδιαμόρφωση της εσωτερικής δομής του υλικού Απαιτείται μετεπεξεργασία των προϊόντων Υλικά: Τα περισσότερα μέταλλα Προϊόντα: Εξαρτήματα υψηλών απαιτήσεων αντοχής (για οχήματα/αεροσκάφη), εργαλεία (σφυριά, κλειδιά κλπ.) ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΜΙΓΜΑΤΟΣ ΚΟΝΗΣ Συμπύκνωση / Συσσωμάτωση με μήτρες 15

16 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΜΙΓΜΑΤΟΣ ΚΟΝΗΣ Υψηλό ποσοστό εκμετάλλευσης υλικού Επεξεργασία ψαθυρών υλικών Κατασκευή προϊόντων ελεγχόμενης πορώδους μορφής Περιορισμοί στην γεωμετρία / μορφολογία των προϊόντων Έλεγχος συρρίκνωσης Υλικά: Κεραμικά, μέταλλα, πλαστικά Προϊόντα: Διάφορα εξαρτήματα, εργαλεία, ρουλεμάν ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ / ΜΕΘΟΔΟΥ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Υλικό Ακρίβεια και ποιότητα επιφάνειας Όγκος παραγωγής Ταχύτητα παραγωγής και δυνατότητα αυτοματοποίησης Κόστος διαδικασίας (εξοπλισμού, εργαλείων/μητρών, καλουπιών, συντήρησης, εργασίας) και ενεργειακές απαιτήσεις Ευελιξία στην παραγόμενη μορφολογία και σχετικοί περιορισμοί (μέγεθος, γεωμετρική πολυπλοκότητα, πάχος τοιχωμάτων) Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά/προβλήματα, π.χ. Κοπή: Συγκράτηση Χύτευση: Συρρίκνωση Διαμόρφωση: Ολκιμότητα υλικού 16