ZESPÓŁ AUTORSKI:

Uniwersytet Morski w Gdyni

• Kierownik Zespołu - dr inż. Olha Dvirna - adiunkt w Katedrze Podstaw Techniki, Wydz. Mechaniczny UMG
• mgr inż. Anna Lesnau - asystent w Katedrze Podstaw Techniki, Wydz. Mechaniczny UMG
• Krzysztof Kliciński - student UMG na kierunku Mechanika i Budowa Maszyn

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wynalazek obejmuje innowacyjny sposób obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych z użyciem nowego wieloostrzowego narzędzia skrawającego. Proponowana metoda polega na przesuwaniu narzędzia skrawającego wzdłuż spoiny i charakteryzuje się tym, że naddatek lica spoiny jest jednoetapowo usuwany w trakcie tylko jednego przejścia narzędzia. Dla środowiska produkcyjnego wykorzystującego przedmiotowy, innowacyjny sposób obróbki i narzędzie można zaobserwować znaczne zmniejszenie negatywnych środowiskowych czynników oddziaływania na ludzi i otoczenie firmy. W porównaniu do dotychczas stosowanych technologii, jest to proces nieszkodliwy i mało uciążliwy dla ludzi i środowiska naturalnego oraz niewymagający dodatkowych czynności zabezpieczających oraz środków ochronnych w trakcie trwania procesów produkcyjnych. Rozwiązanie w postaci sposobu obróbki i narzędzia, jako alternatywa dla stosowanego powszechnie procesu szlifowania, wpisuje się w ramy technologii środowiskowej, ponieważ ma minimalizować powstawanie zanieczyszczeń. Szlifowanie to proces, który często wymaga pracy ręcznej, jest trudny do zautomatyzowania, co znacznie podnosi czas i koszt obróbki i negatywnie wpływa na jej jakość. Minimalizacja udziału człowieka, który do tej pory był narażony na negatywne działanie stosowanej metody szlifowania. Szlifowanie jest procesem uciążliwym i mającym bardzo negatywny wpływ na zdrowie człowieka, wymuszającym stosowanie wielu środków ochrony osobistej i wydzielania specjalnych miejsc do jego wykonywania z uwagi na duże obciążenia środowiskowe takie jak pył i hałas. Wynalazek zapewnia lepszą jakościowo, skuteczną i oszczędną obróbkę wykańczającą, która nie wymaga rozbudowanego parku maszynowego (co tym samym wpłynie na mniejsze zużycie energii), skomplikowanej technologii i wysoko wykwalifikowanych operatorów, a także umożliwia zautomatyzowanie procesów produkcyjnych poprzez możliwość skrawania wielu ściegów ustawionych w rzędzie (skrawanie ciągłe) w czasie wykonywania jednej operacji. Wynalazek umożliwia obróbkę skrawaniem i usunięcie całego naddatku w ciągu jednego przejścia narzędzia, co w efekcie prowadzi do krótkiego czasu cyklu pracy i dużej wydajności. Narzędzie prowadzi do zwiększenia jakości, poprzez zapewnienie niskich odchyłek kształtu i położenia, a także wyjątkową dokładność obróbki oraz jakość warstwy wierzchniej. Ostrza specjalnie zaprojektowanego narzędzia mają wysoką żywotność i zwiększoną wytrzymałość na obciążenia uderzeniowe, dzięki użytej specjalistycznej geometrii. Zużycie narzędzia skrawającego w trakcie obróbki jest powolne, co skutkuje znacznym obniżeniem kosztów produkcji, a także wiąże się jednocześnie z rzadszą koniecznością utylizacji zniszczonych narzędzi. Wszechstronność rozwiązania pozwala na obróbkę produktów wykonanych z różnych gatunków stali i stopów przy użyciu przeważającej większości metod spawalniczych, zatem nie posiada ograniczeń technologicznych w tym zakresie i tym samym może wprowadzić korzystnie wpływające na środowisko zmiany w wielu różnych gałęziach przemysłu. Proponowany sposób obróbki pospawalniczej znajdzie bardzo szerokie zastosowanie wszędzie tam, gdzie w procesach produkcyjnych jest stosowana mało wydajna, pracochłonna oraz stosunkowo droga metoda szlifowania. Rozwiązanie to nie wykazuje znamion uciążliwości dla ludzi i ich otoczenia, nie koliduje z żadnymi przepisami w zakresie określonych norm emisyjnych. Wdrożenie proponowanego projektu zapewni zrównoważony rozwój firmy - odbiorcy, dzięki uwzględnieniu ciągle rosnących wymagań środowiskowych.

ISTOTA WYNALAZKU

Istotę rozwiązania stanowi sposób obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych, a także wieloostrzowe narzędzie do jego realizacji. Proponowana metoda polega na przesuwaniu narzędzia skrawającego wzdłuż spoiny i charakteryzuje się tym, że naddatek lica spoiny jest jednoetapowo usuwany w trakcie tylko jednego przejścia narzędzia skrawającego. Narzędzie to wyposaża się w liniowo ułożone zęby, przy czym wysokość ostrza kolejnych zębów zmienia się rosnąco zgodnie z kierunkiem posuwu, a różnica wysokości ostrza między pierwszym a ostatnim zębem jest równa wysokości naddatku lica. Liczbę zębów ustala się w zależności od długości spoiny, natomiast szerokość zęba wynosi co najmniej połowę odległości między kolejnymi zębami. Wieloostrzowe narzędzie do obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych wykonane zostało w postaci stalowego pręta o prostokątnym przekroju, który zaopatrzono na jednej z zewnętrznych powierzchni w elementy skrawające w postaci zębów. Charakteryzuje się tym, że szerokość zęba jest równa maksymalnej szerokości skrawanego naddatku lica, długość zęba natomiast jest co najmniej równa połowie odległości między zębami. Różnica wysokości ostrzy pomiędzy pierwszym a ostatnim zębem), jest równa wysokości skrawanego naddatku lica, przy czym zęby ułożone są liniowo, a ich liczba uzależniona jest od długości obrabianej spoiny. Przedostatni i ostatni ząb mają tę samą wysokość ostrza. W zakładach przemysłowych najczęściej spotykanym sposobem obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych jest szlifowanie narzędziem ściernym o różnym kształcie i różnym materiale ściernym. Jednak taki sposób obróbki prowadzi do powstawania wad na obrobionej powierzchni. Mogą powstać między innymi miejsca lokalnie odpuszczone lub zahartowane wtórnie, które tworzą w warstwie wierzchniej karby strukturalne. W miejscach tych spiętrzają się również naprężenia resztkowe (rozciągające). Powstałe wady prowadzą do tworzenia i rozwoju pęknięć zwykłych i zmęczeniowych, a także zatarć i innych uszkodzeń. Podczas użytkowania takiej zespawanej konstrukcji dochodzi do spadku wytrzymałości zmęczeniowej spoiny, co może spowodować zniszczenia elementów spawanych. Ponadto, szlifowanie jest procesem, który bardzo często wymaga pracy ręcznej. To z kolei znacznie podnosi czas obróbki oraz uniemożliwia zautomatyzowanie tego procesu. Szlifowanie jest też procesem szkodliwym dla człowieka i otoczenia, przez co wymaga stosowania dodatkowych środków ochronnych. Proponowany proces obróbki narzędziem skrawającym w przeciwieństwie do szlifowania nie posiada i nie tworzy opisanych powyżej wad. Proces ten jest procesem obróbki mechanicznej wiórowej, w której cały naddatek na obróbkę skrawany jest w ciągu jednego przejścia narzędzia.
Proponowane rozwiązanie ma szereg następujących zalet:
- krótki czas obróbki,
- bardzo wysoka wydajność,
- wysoka dokładność,
- niskie odchyłki kształtu i położenia,
- dobre wykończenie powierzchni obrabianej,
- ekonomiczna obróbka, nie wymagająca wykwalifikowanych operatorów,
- możliwość skrawania wielu obrabianych ściegów ustalonych w rzędzie (ciągłe skrawanie),
- możliwość automatyzacji procesu obróbki.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Zaprezentowany wynalazek znajdzie szerokie zastosowanie w procesach produkcji elementów konstrukcji spawanych oraz podzespołów i części maszyn wykonywanych z użyciem metod spawanych. Rozwiązania o zasięgu światowym w różnych gałęziach przemysłu tj.:
- Inżynieria morska (stocznie, producenci elem. konstrukcyjnych),
- Przemysł lotniczy (koncerny samolotowe, producenci elem. konstrukcyjnych),
- Przemysł zbrojeniowy (wojsko),
- Przemysł kolejowy (spółki kolejowe, producenci elem. konstrukcyjnych)
- Inne branże (producenci części maszyn, producenci technologii mocujących, producenci narzędzi).
Zespół opracował projekt 3D narzędzia, wykonał prototyp (zał. 3 - zdjęcia i film), który został pomyślnie przetestowany wg wynalazku. W chwili obecnej trwają ostatnie badania i prace przedwdrożeniowe w ramach projektu Inkubator Innowacyjności 4.0 oraz poszukiwany jest zainteresowany podmiot gospodarczy celem wdrożenia rozwiązania na rynek.