A gyártás mérföldkövei

A kompozitanyagoktól az MI-ig

Míg 10 évvel ezelőtt, 2008-ban a válság volt a közbeszéd tárgya, és a hatásait éreztük itthon is, manapság világméretekben és hazai viszonylatban is korszakformáló időket élünk. Az elmúlt tíz év megmunkálásban történt kiemelkedő fejlesztéseiből szemezgettünk.

hirdetés

A válság a jelzálogpiacról indult („Lehmann-sokk”), és a világgazdaság vérkeringését adó pénzügyi közvetítést sújtotta. Megjelent a cégeknél a termelés visszafogása, a megszorítások és az elbocsátások. A válságokról azonban tudni kell, hogy a termelés visszafogásával egy időben jelentős pénzügyi forrásokat mozgósítanak a nagyobb cégek az új termékek és technológiák fejlesztésére abból a célból, hogy a fellendülés megjelenésekor jobb helyzetet foglaljanak el a világpiacon. Ebben különösen a járműgyártók jártak az élen.

A hazai gazdasági környezet sem volt rózsás 10 éve, 11 százalékos volt a munkanélküliség, és a k+f csak 1 százalékát tette ki a GDP-nek. Németországban is visszaesett a szerszámgépgyártás – a VDMA adatai szerint –, 1 év alatt 91 százalékról 69 százalékra csökkent a rendelésállomány, különösen az autóipar „gyengélkedése” miatt. Aztán 2010-től elindult a kilábalás, növekedni kezdett a termelés, és megjelentek a fejlesztések eredményei is.

Forrás: 123rf.com
Forrás: 123rf.com

Európai viszonylatban a kutatások és fejlesztések rendszerszintű kezelését az EB Általános Kutatási Igazgatósága még korábban (2003-ban) a „Manufuture” kezdeményezés keretében indította el. Ennek lényege, hogy a nagy hozzáadott értékű (High Additional Value), versenyképes és fenntartható gyártás (CSM Competitive Sustainable Manufacturing) hozzájárulhat a fenntartható fejlődéshez. Ennek megvalósításához globális kooperációra és az ipar tudásalapú iparrá alakítására van szükség. Ez egy olyan evolúciós folyamat, amelyet támogat a kutatás, oktatás, műszaki fejlesztés és innováció egész rendszere. A fenti kezdeményezés támogatására megalakult a hazai platform a GTE közreműködésével.

A hétköznapi élet, a környezet és az emberi szokásvilág változása jelentős hatással volt a fejlesztésekre, például a személygépkocsik, a háztartási gépek, a szórakoztatóelektronika világában is. Ez az előbb említett használati eszközökkel szemben támasztott elvárások képességnövekedését jelentette. A magasabb minőség iránti igény növekedésével együtt a piacon egyre jobban kibontakozó verseny is gyorsította a fejlesztéseket.

Anyag- és tervezésfejlesztés

A szakkiállításokon jól látszott az alkalmazkodás szándéka. A 2009-es anyagkiállítás fókuszában a kompozitanyagok, a könnyűfém konstrukciók, a kerámiák és a felületkezelési technológiák álltak. A fejlesztések központjában a fémhabok (különösen az alumínium), a magnézium- és alumínium-alapanyagok, nagy szilárdságú acélok és fémkompozitok voltak. A repülőgépiparban a műanyag- és fémkompozitok alkalmazására jó példa volt a Boeing 787 (Dreamliner) gépe, amelynél akkor 20% súlycsökkentést értek el. Ez az érték azóta jelentősen növekedett, mára az 50% körül van. Az új anyagok megismerésével a tervezési módszerek és eszközök is folyamatosan fejlődtek.

A tervezőszoftverek folyamatos fejlesztése kíséri a tervezéssel szemben támasztott megnövekedett gyártási, szervezési és ellenőrzési követelményeket. Ez egyaránt igaz például a Siemens PLM-alapú és a Dassault Systèmes tervezőszoftverekre.

Gyártás és megmunkálás

A gyártásra és megmunkálásra áttérve az elmúlt 10 évben is az EMO gyártástechnológiai világkiállítások adták a legjobb információkat a fejlődés szakaszairól. Eleinte a válság utáni kilábalás nyomta rá a bélyegét a kiállításra. Főleg a szerszámgépek karbantartása és szervizelése volt a fejlesztés területe. További újdonság a CNC-megmunkálás szimulációs szoftvereinek fejlesztése és a gépkiszolgáló konzolok ergonómiai kialakításának fejlesztése volt. A szerszámgépeknél a további funkciók gépekbe történő integrálása további fejlesztést jelentett.

A válság ellenére volt olyan amerikai szerszámgépgyártó, amely növelni tudta az eladásait. A forgácsolástechnológiában a műveletek közül a menetvágás tökéletesítése volt napirenden. Egy másik fejlesztési eredmény volt a miniatűr alkatrészek forgácsolásánál a rezgésveszélyt csökkentő és a nagy pontosságot biztosító „poweRgrip” befogórendszer (1. ábra) alkalmazása.

1. ábra (forrás: Protool Kft.)
1. ábra (forrás: Protool Kft.)

Példaként említhetők például a rugók, amelyekből egy járműben akár 8000 darab is lehet. A rugó kényes gépelem, nagy igénybevételnek van kitéve (a négyütemű motorban 4000 fordulat/perc mellett a szeleprugó 33-szor nyílik és zárul másodpercenként, 1 óra alatt közel 120 000-szor, 200 000 km futás esetén 200 millió terhelési ciklust kell kibírnia). A gyártáshoz olyan új számítógéppel vezérelt, 15 tengelyes, opto-elektronikai ellenőrző egységgel felszerelt rugógyártó gépeket terveztek, amelyekben két kamerával a gyártás során több paramétert is tudnak ellenőrizni (például a rugótekercs emelkedési szögét és a párhuzamosságát).

Másik példa a járműipari főtengelyek gyártástechnológiájának fejlesztése, amelynek lényege, hogy ugyanazt a csapágyhelyet két köszörűkorong egyidejűleg munkálja meg, nincs szükség folyamatközi mérésre, a tűgörgős csapágyak helyének köszörülése egy excentrikusan befogott tengelyen lehetővé teszi a munkadarab nagyobb sebességét, és a talpcsapágyak vállainak helyét is egyidejűleg köszörülik (2. ábra). Az előbbi példákból látszik, hogy a fejlesztések a gyártásoptimalizálást és a magasabb minőséget eredményezték.

2. ábra (forrás: EMAG)
2. ábra (forrás: EMAG)

A számítástechnika fokozott alkalmazásával a gyártási folyamatokban a technológiák fejlesztésével párhuzamosan zajlik a szoftverfejlesztés is. Ilyen például az adatértékelést végző SPC-rendszerek folyamatos fejlesztése, amit a szigorúbb minőségbiztosítás indokol.

Ebben az időszakban indult hódító útjára a Creo, a PTC új generációs CAD/CAM/CAE rendszere, a ProE, a CoCreate és a ProductView technológiáinak sűrítménye számos innovációval bővítve. A Creo 1.0-ban 9 alkalmazás állt rendelkezésre.

Lézervágás és additív technológia

A lézerek alkalmazásában is rohamos volt a fejlődés mind a vágás, mind a hegesztés, illetve az additív technológiák területén. A vágásnál a kutatás mindkét lézertípusra irányult: a CO2- és a szilárdtest-lézerekre (fiber). A két lézertípus között a hullámhosszban jelentős különbség van: a gázkeveréket gerjesztve a lézersugár 10 600 nm hullámhosszúságú, míg a szilárdtest-lézernél a médium szilárd halmazállapotú, és a lézer hullámhossza közel 1000 nm. Mindkét esetben a berendezés optikai paramétereinek állandó értéken tartása miatt a lézermédiumot állandó hőmérsékleten kell tartani. A fentieknek jelentős hatása van az alkalmazásokra, mert a hullámhossz függvényében a megmunkálni kívánt anyagok lézerfényelnyelő képessége eltérő. A vágásnál a pontosság, a felület és környezete fontos az alkalmazás szempontjából.

A hegesztésben a lézer-hibrid eljárás fejlesztése során két technológiát ötvöztek: a fogyóelektródás, védőgázos ívhegesztő eljárást és a lézerhegesztést. Az előbbi jó hézagáthidaló képességgel rendelkezik, és jól kiegyenlíti az alkatrészek egyenetlenségeit, míg a lézerhegesztés nagy sebességgel, nagy beolvadási mélységű, keskeny varratképet hoz létre, kis hőhatásövezettel. A fejlesztés az eljárás új anyagokon való alkalmazásának lehetőségeire irányult.

Forrás: 123rf.com
Forrás: 123rf.com

Korábban a gyors prototípusgyártásban alkalmazott additív technológiák lényege, hogy a forgácsolás anyagleválasztási elvével szemben az additív eljárás során rétegekből építik fel a munkadarabot, és ehhez a lézeres olvasztást használják. Az additív technológiák területén folyamatos a fejlesztés, mind az anyagok, a gépek és az eljárásokat illetően is. Például az egyik szerszámgépgyártó már öt éve kifejlesztett olyan megmunkálógépet, amely olyan additív technológiát valósít meg, hogy a lézeres felrakóhegesztést követően ugyanabban a munkatérben és ugyanabban a felfogásban a készremunkáló marást is elvégzi. Jelenleg a 3D-nyomtatás néven ismert szelektív lézeres olvasztással történő rétegépítéssel számos kutatóhely foglalkozik szerte Európában.

Korábban többször említésre került a forgácsolás, amelynél nemcsak a szerszámgépek integrációja volt a fejlesztés tárgya, hanem a szerszámok és azok anyagának tulajdonságfokozása bevonatokkal. Két utat választottak a felhasználók: bérbevonatolás vagy házon belül, a gyártási folyamatba integrált bevonatolás. A kutatás iránya egyrészt a bevonat új anyagösszetétele, másrészt a technológia és az egyszeres, kétszeres, illetve a háromszoros bevonatok kialakítása jelenleg is. A cél egy bevonat többféle anyag forgácsolására való alkalmassága, a megmunkálás gyorsaságának (HSC) és a megmunkált felület minőségének növelése.

MI a jelenben

A mesterséges intelligencia rohamos térhódítása számos új fejlesztés alapját képezte az „okosgyártás” megvalósulása felé vezető úton. Az ipar 4.0 digitális forradalom új fogalmakat hozott a műszaki fejlődés folyamatába: a „big data”, felhőalapú számítástechnika, a dolgok internetje (IoT – internet of things), autonóm jármű, okosváros (smart city) stb. Az út végén elérhető lesz, hogy az autonóm járművek a „smart factory”-ban készüljenek, amelyek a „smart city”-ben találhatók.

Ez a fejlődésben azt jelenti, hogy minden, ami a termék születésével és „halálával” kapcsolatos – tervezés, gyártás, működtetés, karbantartás és üzemeltetés, újrahasznosítás –, a digitális fejlesztések nyitott területe. Ez új szemléletű embereket igényel, akiknek a képzése nagy kihívás, mert a fejlődés gyorsabb, mint az oktatásra alkalmas „emberfők” kiképzése.

Göndöcs Balázs
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés