Anyagválasztás Dr. Tábi Tamás

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Anyagválasztás Dr. Tábi Tamás"

Imre Vass
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Anyagválasztás Dr. Tábi Tamás Február 7.

2 Mi a mérnök feladata? 2 Mit kell tudni a mérnöknek ahhoz, hogy az általa tervezett termék sikeres legyen?

3 Világunk anyagai 3 Polimerek Elasztomerek Fémek, ötvözetek Üvegek Kerámiák Kompozitok

4 Anyagok csoportosítása 4 Alumina Si-karbid Kerámiák Si-nitrid Cirkónia Acélok Öntöttvasak Al-ötvözetek Fémek, ötvözetek Cu-ötvözetek Ni-ötvözetek Ti-ötvözetek Kompozitok Habok Hibridek Szendvicsszerkezetek PE, PP, PC PS, PET, PVC PA Polimerek Poliészter Epoxi Nátronüvegek Boro-szilikát üvegek Üvegek Kvarcüvegek Üvegkerámiák Izoprén Butil gumik Elasztomerek Természetes gumik Szilikonok EVA

5 Anyagok fejlődése, relatív fontossága 5

6 Húzó rugalmassági modulus E, [GPa] Szerkezeti anyagok Kompozitok Kerámiák Fémek 10 Fák 1 0,1 0,01 Habok Polimerek Elasztomerek Sűrűség [kg/m 3 ]

7 Anyagválasztás fontossága 7 Ashby M.F., Shercliff, H. and Cebon, D. (2007) Materials: Engineering, Science, Processing and Design, Butterworth Heinemann, Oxford, UK. ISBN ; ISBN

8 Mechanikai tulajdonságok, terhelések 8

9 Alapanyag-kiválasztás szempontjai, főbb tulajdonságok 9 Fizikai tulajdonságok (sűrűség, nedvességfelvétel) Mechanikai tulajdonságok (szilárdság, modulusz, keménység) Termikus tulajdonságok (kristályosodás, kristályolvadás, kristályos részarány, T g, T f, T m, T c, hőállóság, hővezetés, hőtágulás) Optikai tulajdonságok (átlátszóság, UV-, vagy infra-árnyékolás) Vegyszerállóság (minden vegyszerrel szemben más) Éghetőség (éghető, nem éghető, égésgátolt) Egyéb (elektromos, mágneses tulajdonságok) Feldolgozhatóság (feldolgozási hőmérsékletek, folyóképesség, ömledék-szilárdság, pvt, zsugorodás, vetemedés, degradációra való hajlam) Újrahasznosíthatóság (anyagában, biológiai bonthatóság) Ár Beszerezhetőség, népszerűség Szén-dioxid lábnyom (előállítása, újrafeldolgozása)

10 Anyagválasztás a tervezés folyamán 10 (Szimulációk + prototípusgyártás) Termék tervezése Szerszám tervezése Gyártás Termék tervezésének lépései: Követelmények megállapítása Követelményeknek megfelelő alapanyag kiválasztása Geometriai tervezés (prototípusgyártás), gyártástechnológiailag helyes kialakítás (szimuláció) Méretezés (szimuláció) Értékesítés

11 A tervezés lépései 11 Piaci igény új termékre Alapanyagválasztás Gyártástechnológia Anyagcsalád kiválasztása (fémek, polimerek ) Anyag-osztály kiválasztása (PC, PA, PBT, PET) Végső alapanyag kiválasztása (Lanxess Durethan PA6 BS30) Elképzelés (működési alapelvek megértése) Megtestesülés (Tervek, rajzok megalkotása) Részletek kidolgozása (Geometria optimalizálás, gyártástechnológia, szerelés megválasztása) Gyártás-technológia család kiválasztása (öntés, kovácsolás, ömledék állapotú megmunkálás) Végső gyártástechnológia kiválasztása (extruzió, vákuumformázás, sajtolás)

12 Az anyagválasztás komplexitása, hogy 12 sok ezer alapanyag áll rendelkezésre A feladat, hogy olyan anyagot válasszunk, amely a termékkel szemben támasztott követelményeknek megfelel. (A termék funkcionális követelményei; Mechanikai igénybevétel; Kémiai igénybevétel; Termikus igénybevétel; Élettartam; Újrahasznosíthatóság; Ár; Stb.) számos technológiával megvalósítható A helyzet hasonló, mint az anyagválasztásnál, azonban nem feltétlenül dolgozható fel a termék szempontjából a legkedvezőbb tulajdonságokkal bíró anyag, a termék gyártása szempontjából legkedvezőbb technológiával. A végső cél tehát nem alapanyag, vagy feldolgozás-technológia, hanem alapanyag és feldolgozás-technológia pár kiválasztása!

13 Áttervezés 13 Alapadatok: CD/DVD tok újratervezése Funkció: CD/DVD tárolása és megóvása Kikötések: Optikailag tiszta Fröccsönthető Újrafeldolgozható PS-nél szívósabb Geometriailag azonos a PS tokkal Célok: Költség minimalizálása Szabadon válaszható változók: Alapanyag

14 Adatbázisok 14 Campus Plastics CES Granta IDES Autodesk Moldflow

Adatbázisok 15 CAMPUS = Computer Aided Material Pre-selection by Uniform Standards Cél: Egy összehasonlítható adatbázis kialakítása Világszinten azonos szabvány

15 Adatbázisok 15 CAMPUS = Computer Aided Material Pre-selection by Uniform Standards Cél: Egy összehasonlítható adatbázis kialakítása Világszinten azonos szabvány biztosítása: - Azonos próbatest geometria Campus Plastics - Szabványosított próbatest gyártás - Azonos mérési módok - Azonos mérési körülmények

16 CES Granta 16

17 CES Granta 17 Az adatbázis Kerámiák Referenciák Üvegek Fémek, Ötvözetek Alapanyagok Feldolgozástechnikák Kötések Formaadás Polimerek Felületkezelés Elasztomerek Hibridek Beszállítók

18 Merevség - sűrűség 18

19 Szilárdság - merevség 19

20 Szilárdság - merevség 20

21 Szilárdság - merevség 21

22 Példa 1 22 Merev rúdhoz anyagválasztás: Alapadatok: Alapanyag-választás meghatározott merevségű rúdhoz Tömeg minimalizálása m A L0 S * m M A E L S * E 0 L 2 0 E

23 Példa 2 23 Merev táblához anyagválasztás: Alapadatok: Alapanyag-választás meghatározott merevségű táblához Tömeg minimalizálása m A L b h L S I * m C 1 b 12 3 h E I L 3 1/ 3 * 12 S 1/ 3 C1 b E 2 b L M 1/ E 3

24 Példa 3 24 Merev tartóhoz anyagválasztás: Alapadatok: Alapanyag-választás meghatározott merevségű tartóhoz Tömeg minimalizálása m A L b 2 L S * C 1 E L 3 I I 4 b 12 2 A 12 m 1/ 2 * 3 12 S L L 1/ 2 C1 E M 1/ E 2

25 Példa a merev rúdra, panelra, tartóra M 1/ 3 E M 1/ 2 E 25 M E

26 Példa 4, dugóhúzó 26 M 1/ E 2

27 Példa 4, dugóhúzó M 1/ 2 E 27

28 Példa 5 28 Szilárd rúdhoz anyagválasztás: Alapadatok: Alapanyag-választás meghatározott szilárdságú rúdhoz Tömeg minimalizálása m A L F A m M F y y L y

29 Példa 6 29 Szilárd táblához, tartóhoz anyagválasztás: Alapadatok: Alapanyag-választás meghatározott szilárdságú táblához, tartóhoz Tömeg minimalizálása M 1 y/ 2 M 2 / 3 y

30 Példa 7 M 1 y/ 2 M 2 / 3 y 30 M y

31 Törési szívósság 31 Méretezés terhelésre (a és b), tárolt energiára (c), elmozdulásra (d) M K1 c M K 2 1c E M K 1c E ~ütőszilárdság

32 Példa 8 32 M K 1c E M K 2 1c E M K1 c

33 Termikus tulajdonságok 33

34 Egyéb tulajdonságok 34

35 Termikus tulajdonságok, használhatósági tartomány 35 Amorf polimerek Amorf polimer típus: Tg [ C]: PVC 80 PMMA 110 PC 140 PS 90 ABS 110 Részben kristályos polimerek Részben kristályos Tg [ C]: polimer típus: HDPE -110 LDPE -110 PP -10 PAN 105 PA6 50 PEEK 115 POM -60 PET 75

36 Termikus tulajdonságok, használhatósági tartomány 36 Elasztomerek Duromerek

Hasonló dokumentumok

Anyagismeret a gyakorlatban BMEGEPTAGA0

Anyagismeret a gyakorlatban BMEGEPTAGA0 I. Előadás Bevezető előadás, követelmények ismertetése; Anyagválasztás, és kapcsolata a polimerek tulajdonságaival Előadók: Dr. Orbulov Imre Dr. Mészáros László