Zawartość miesięcznika nr 02/2015

STRESZCZENIE: W pracy podano sposoby obniżki kosztów wytwarzania przy wykorzystaniu nowo powstałych technologii i strategii obróbki części w przemyśle lotniczym. Opisano strategię obróbki cienkich ścianek i wręg struktury samolotu. Zwrócono uwagę na nowe technologie jak technologia przyrostowa i segmentowa obróbka plastyczna.

SŁOWA KLUCZOWE: CAM, HSM, Technologia Przyrostowa.

ABSTRACT: The paper presents ways to reduce manufacturing costs by using the newly created technology and strategies for machining parts in the aerospace industry. Presents a strategy for machining of thin walls and frames of the structure of the aircraft. Attention is paid to new technologies such as Additive Manufacturing and Sectional Forging.

KEYWORDS: CAM, HSM, Additive Manufacturing.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.23

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono niekonwencjonalne podejście w modelowaniu obrabiarek. Obrabiarkę, którą zamodelowano, jest 5-osiowa frezarka ze stołem wychylno-obrotowym. Poza opracowanymi równaniami opisującymi ruchy poszczególnych osi, utworzono model graficzny w oprogramowaniu Matlab. Program umożliwia również wczytanie ścieżek obróbkowych wygenerowanych w systemie CAM. Przeprowadzono symulację przykładowych ścieżek i opisano inne możliwości, jakie umożliwia symulacja obróbki w Matlabie.

SŁOWA KLUCZOWE: modelowanie obrabiarek, postprocessing, pliki CLData, symulacja obróbki.

ABSTRACT: This paper presents an alternative approach to machine tools modelling. A 5-axis milling machine, which consists of a tilting-rotary table and a spindle was modelled. Beyond developed equations, which describing motions of each axis a graphical model in Matlab software was created. The program also allows to load generated in a CAM system machining paths. A simulation of sample paths was performed and other possibilities of machining simulation in Matlab were described.

KEYWORDS: machine tools modelling, postprocessing, CLData, machining simulation.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.24

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono analizę drgań własnych sita przesiewacza wibracyjnego, stosowanego do przesiewania naturalnie wilgotnych materiałów urobku skalnego. W analizie wykorzystano metodę analityczną oraz metodę numeryczną. W metodzie analitycznej ruch sita przesiewacza opisany został równaniami różniczkowymi cząstkowymi. Rozwiązanie drgań własnych zostało wyprowadzone metodą rozdzielenia zmiennych. Obliczenia numeryczne wykonano wykorzystując metodę elementów skończonych. Wyznaczone częstości drgań własnych oraz postacie drgań własnych porównano z rozwiązaniem analitycznym. Zaprezentowane zostały uproszczenia modelu numerycznego oraz przeprowadzona została analiza wpływu materiału przesiewanego na częstości drgań własnych sita.

SŁOWA KLUCZOWE: przesiewanie, drgania poprzeczne, sito.

ABSTRACT: Transversal vibrations of a screen for a fine granular material are studied using both analytical and numerical methods. In the analytical approach the motion of the screen is described by partial differential equations. The general solution of the screen free vibrations is derived from variables separation method. In the numerical computations the finite element method is applied. The screen compound geometry and the mass of the granular material are considered. Screen natural frequencies and natural mode shapes are determined. Numerical results are compared with the analytical solution. The screen geometry simplifications are proposed and validated by benchmark tests. The influence of the granular material on the screen natural frequencies is also investigated.

KEYWORDS: screening, vibration, natural frequencies, sieve.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.25

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono proces tworzenia modelu 3D-CAD stanowiska do badań położenia śladu styku śruby z rolką w rolkowej przekładni tocznej, na podstawie którego wykonano model rzeczywisty. Model ten wykonano metodą szybkiego prototypowania JS-PolyJet. Opisano metodę badań eksperymentalnych wyznaczania śladu styku elementów. Następnie porównano wyniki badań eksperymentalnych z wynikiem otrzymanym z modelu matematycznego.

SŁOWA KLUCZOWE: Słowa kluczowe: przekładnie rolkowe toczne, ślad styku.

ABSTRACT: The article describing process for creating 3D model for the test stand to inspect trace and position of contact for the roller and bolt in the thread roller screw. According to the results real model was generate. Model was made using rapid prototyping methods (JS-PolyJet). Additionally was described method for determination of trace for contact elements. Results was compared between experimental and mathematical model.

KEYWORDS: roller screw, trace and contact points.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.26

STRESZCZENIE: Niniejszy artykuł porusza tematykę projektowania i wytwarzania przekładni stożkowych. Omówione są podstawy metodologii projektowania przekładni przy użyciu tzw. metod symulacyjnych do budowy modeli CAD 3D przekładni. W środowisku programu CAM przeprowadzone jest modelowanie obróbki przekładni na uniwersalne frezarki CNC. Weryfikacja metody przeprowadzona jest w postaci eksperymentalnej obróbki koła w stali.

SŁOWA KLUCZOWE: przekładnie stożkowe, CAD, CAM, CNC.

ABSTRACT: Following paper describes matter of design and manufacturing of bevel gear transmissions. Fundamental aspects of bevel gear design using a simulation method for building of 3D CAD models are presented. Modeling of machining operations for CNC milling machines is being presented in a CAM software. Verification of described design method is done by experimental machining of a steel.

KEYWORDS: bevel gears, CAD, CAM, CNC.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.27

STRESZCZENIE: Celem pracy było określenie dokładności wykonania modelu kości jarzmowej. Dane DICOM zostały zebrane przy użyciu tomografu stożkowego. Na podstawie przygotowanych danych dobrano wartość wartość dolnego progu segmentacji. Względem niego przeprowadzono proces segmentacji przy użyciu metody region growing. Algorytm maszerujących sześcianów należący do metod renderingu powierzchniowego, pozwolił w pełni na odtworzenie geometrii 3D. Model wykonano obróbką skrawaniem na 5- osiowym centrum obróbkowym. Pomiar i ocenę dokładności przeprowadzono przy użyciu systemu optycznego Atos Triple Scan.

SŁOWA KLUCZOWE: CNC, kość jarzmowa, inżynieria odwrotna, dokładność, projekcja prążków.

ABSTRACT: The aim of this study was to determinate the accuracy of zygomatic bone model. DICOM data was obtained by cone-beam tomography. In the process 3D reconstruction, was used 174 HU value. Segmentation process was carried out using the method of region growing. Marching cubes algorithm belongs to methods of surface rendering, allowed fully to reconstruct 3D geometry. Zygomatic bone model was manufactured by 5–axis HSC 55 linear. Measurements and accuracy manufacturing analysis was made by optical system AtosTriple Scan.

KEYWORDS: CNC, zygomatic bone, reverse engineering, accuracy, structure light

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.28

STRESZCZENIE Celem artykułu było porównanie dokładności zarysu ewolwentowego kół zębatych walcowych o zębach prostych, wykonanych przy programowaniu dialogowym na frezarce obwiedniowej CNC Koepfer 200 i programowaniu parametrycznym w systemie NX 9.0 na wieloosiowym centrum obróbkowym HSC 55 linear. Pomiary zarysów ewolwentowych powierzchni bocznych zębów wykonano na konturografie XC 20.

SŁOWA KLUCZOWE: zarys ewolwentowy, frezowanie obwiedniowe, frezowanie wieloosiowe, koło zębate walcowe, zęby proste.

ABSTRACT: The aim of this article was to compare the accuracy of involute profile of spur gears, manufactured by CNC hobbing machine Koepfer 200 with dialog programming and by multi-axis machining center HSC 55 linear with parametric programming in NX 9.0 system. Measurements of gears involute profiles were performed on contour system XC 20.

KEYWORDS: involute profile, hobbing, multi-axis milling, spur gear, straight teeth.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.29

STRESZCZENIE: Celem artykułu było przeprowadzenie badań symulacyjnych odkształcenia struktury cienkościennej w systemie NX wykorzystując rozwiązanie nieliniowe. Przeprowadzono również badania doświadczalne obróbki HPC stopów aluminium w celu weryfikacji poprawności założonego rozwiązania MES.

SŁOWA KLUCZOWE: MES, HPC, cienka ścianka.

ABSTRACT: The aim the article was to carry out simulation studies deformation of thin-walled structures NX system using non-linear solution. Experimental studies were also performed during the HPC aluminum alloys in order to verify the correctness of the assumed MES solutions.

KEYWORDS: Finite element method, High performance cutting, Thin-walled.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.30

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono rozwiązanie zadania poszukiwania optymalnego kształtu i wymiarów bębna głównego zgrzeblarki wałkowej z punktu widzenia minimalizacji amplitudy ugięcia. Do analiz przygotowano parametryczny, efektywny obliczeniowo, dyskretny model bębna z wykorzystaniem MES. Przy jego budowie wykorzystano więzy symetrii cyklicznej. Pokazano korzyści wynikające z przyjętej metodyki modelowania.

SŁOWA KLUCZOWE: zgrzeblarka wałkowa, bęben główny, metoda elementów skończonych, optymalizacja.

ABSTRACT: The paper presents a solution to the problem of finding an optimal shape and dimensions of the carding machine main cylinder from the point of view of minimizing the amplitude of deflection. With the use of the FEM method, a computationally efficient parametric discreet model of the cylinder was prepared for the analyses. The model’s construction involved cyclic symmetry constraints. The article shows benefits of the adopted modelling methodology.

KEYWORDS: carding machine, main cylinder, finite element method, optimization.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.31

STRESZCZENIE: W publikacji przedstawiono analizę systemów konstrukcyjno-technologicznego przygotowania produkcji oraz zaproponowano dalsze kierunki ich rozwoju. W pracy zaprezentowano przebieg projektowania procesów technologicznych obróbki w systemie CAD/CAM na przykładzie SolidWorks i CAMWorks.

SŁOWA KLUCZOWE: CAD, CAM, CAPP.

ABSTRACT: The paper presents an analysis of the systems for technical production preparation and proposes the directions for their future development. The machining process planning using SolidWorks and CAMWorks CAD / CAM system is also presented.

KEYWORDS: CAD, CAM, CAPP.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.32

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono proces projektowania obudowy myszy komputerowej o kształcie dopasowanym do dłoni indywidualnego użytkownika. Kształt obudowy odwzorowano w procesie skanowania 3D uproszczonego modelu fizycznego myszy komputerowej. Uzyskaną chmurę punktów przekształcono do postaci modelu krawędziowego, na podstawie którego wyodrębniono krawędzie oraz charakterystyczne powierzchnie. Finalną wersję produktu oraz jego komputerową wizualizację przygotowano w programie Autodesk Inventor 2013.

SŁOWA KLUCZOWE: inżynieria odwrotna, ergonomia, prototyp.

ABSTRACT: The article presents the process of designing a computer mouse housing shaped to fit the hand of the individual user. The shape of the housing was mapped in 3D scanning process of simplified physical model of a computer mouse. The resulting point cloud was converted to the wireframe model on the basis of which edges and specific surface area were extracted. The final version of the product and the computer visualization was prepared in the program Autodesk Inventor 2013.

KEYWORDS: reverse engineering, ergonomics, prototype.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.33

STRESZCZENIE: Celem artykułu było określenie wpływu kroku liniowego (cut step) pięcioosiowej ścieżki narzędziowej na dokładność wykonania pióra łopatki. Modele łopatek oraz program ich obróbki zostały wykonane z zastosowaniem oprogramowania NX 9.0. Symultaniczne pięcioosiowe frezowanie wykończeniowe zaprogramowano z dwiema różnymi wartościami kroku liniowego odpowiednio: 0.1 mm oraz 80 mm. Tolerancję generowania ścieżek przyjęto jako stałą o wartości 0.1 mm. Modele łopatek wykonano na pięcioosiowym centrum obróbkowym DMU 100 MonoBLOCK firmy DMG. Pomiar i ocenę dokładności przeprowadzono w warunkach symulacyjnych w środowisku CAD/CAM systemu NX 9.0 oraz w warunkach rzeczywistych przy użyciu współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM) ACCURA II firmy ZEISS.

SŁOWA KLUCZOWE: symultaniczne 5-osiowe frezowanie, krok liniowy, ścieżka narzędzia, dokładność, łopatka.

ABSTRACT: The aim of this study was to determine the influence of cut step five axis tool path on the accuracy of the turbine blade. Models of the blades and their machining program were made using the NX 9.0 system. Simultaneous 5-axis milling programmed with two different values of the cut step, respectively 0.1 mm and 80 mm. Tolerance to generate tool paths adopted as a constant value of 0.1 mm. Blades models were manufactured by 5-axis machining center DMU 100 MonoBLOCK DMG. Measurement and assessment of accuracy manufacturing analysis was made by NX 9.0 CAD/CAM system and coordinate measuring machine (CMM) ACCURA II ZEISS.

KEYWORDS: simultaneous five axis machining, cut step, tool path, accuracy, turbine blade.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.34

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono stanowisko badawcze normowania czasu montażu pompy paliwowej na przykładzie pompy z fiata 126p. Pokazano nowoczesne podejście do budowy tego typu stanowisk – wykorzystanie gotowych modułowych części. W artykule zwrócono również uwagę na właściwą organizację pracy stanowiska – japońska metoda 5S. Na koniec pokazano przykład normowania czasu pracy z wykorzystaniem oprogramowania komputerowego ProTimeEstimation.

SŁOWA KLUCZOWE: montaż, stanowisko montażu, organizacja pracy, normowanie czasu pracy.

ABSTRACT: The article presents a workstation standardization fuel pump assembly time on the example of confusion Fiat 126p. Showing a modern approach to the construction of this workstations. The article also highlights the proper organization of workstation - Japanese 5S method. At the end of an example of standardization of working time with the use of computer software ProTimeEstimation.

KEYWORDS: assembly, the assembly station, work organization, working time standardization.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.35

STRESZCZENIE: W artykule zaprezentowano projekt półautomatycznego urządzenia, sterowanego numerycznie, przeznaczonego do wykonywania operacji ukosowania wewnętrznych oraz zewnętrznych krawędzi rur i prętów. Przedstawiona została krótka charakterystyka ukosowania oraz procesu przygotowania brzegów złączy czołowych. Wyniki przeprowadzonych obliczeń kinematycznych i wytrzymałościowych określonych podzespołów urządzenia, przy pomocy oprogramowania SolidWorks umożliwiły stworzenie modelu 3D CAD, który posłużył następnie do wykonania dokumentacji konstrukcyjnej urządzenia.

SŁOWA KLUCZOWE: Projektowanie CAD, konstrukcje mechaniczne, obróbka skrawaniem, ukosowanie.

ABSTRACT: In this paper project of semi-automatic device which is numerical controlled and designed to perform the beveling operations of the outer and inner edges of pipes and rods is presented. The brief characteristic of beveling operation and method of preparing butt joint edge was introduced. Basing on the kinematical and strength calculations of the specified subassemblies and using the SolidWorks software there was created a 3D CAD model applied for a technical documentation of the device afterwards.

KEYWORDS: Computer aided design, mechanical design, beveling machine, beveling.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.36

STRESZCZENIE: W artykule został przedstawiony sposób modelowania powierzchni globoidalnych z wykorzystaniem systemów CAD – AutoCAD oraz CATIA. Modelowanie przeprowadzono na przykładzie powierzchni bocznej zwoju ślimaków globoidalnych przekładni ślimakowych. Rozwój przekładni ślimakowych, w tym nietypowych, wymaga szukania nowych rozwiązań w ich modelowaniu. Opisana metodyka jest uniwersalna i umożliwia generowanie globoidalnych powierzchni bocznych ślimaków na podstawie założeń konstrukcyjnych koła ślimacznicy i przyjętego zarysu zęba.

SŁOWA KLUCZOWE: globoidalna przekładnia ślimakowa, ślimak globoidalny, środowisko CAD.

ABSTRACT: The technique of the globoidal surface modeling by CAD systems – AutoCAD and CATIA was presented. The modeling was performed on the example of the side surface of the coil screw of the globoidal worm gear. The worm gears development needs the new solutions to model them. The described methodology is universal and allows to generate the globoidal flank of worm basing on the design assumptions of the worm wheel and the side surface.

KEYWORDS: globoidal worm gear, globoidal worm, CAD systems.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.37

STRESZCZENIE: Artykuł prezentuje zagadnienia intuicyjności dokumentacji produktowej i materiałów marketingowych. Zwiększenie intuicyjności istniejących dokumentacji i materiałów marketingowych dokonano poprzez przeniesienie komunikacji z płaszczyzny dwuwymiarowej na interaktywną trójwymiarową, dzięki zastosowaniu technik poszerzonej rzeczywistości. Ogólnym rezultatem prac jest opracowany innowacyjny system bazujący na technikach poszerzonej rzeczywistości do wirtualizacji i wizualizacji produktów firmy PILCH – producenta zabawek z drewna. Prezentacja wirtualnego produktu głównie w formie trójwymiarowych i fotorealistycznych modeli realizowana jest bezpośrednio na stronach katalogów produktowych. Prezentacja może odbywać się przy użyciu drukowanego katalogu produktów przedsiębiorstwa, zawierającego specjalne markery lub wyłącznie przy użyciu samych markerów udostępnianych na stronie internetowej producenta, do samodzielnego wydruku. System bazuje na ogólnodostępnej darmowej przeglądarce scen poszerzonej rzeczywistości (BuildAR Viewer), tak aby swobodnie mogli z niego korzystać pracownicy i klienci przedsiębiorstwa.

SŁOWA KLUCZOWE: poszerzona rzeczywistość, wizualizacja produktu, techniki interaktywne, model 3D, rekonstrukcja 3D.

ABSTRACT: The paper presents the issues on intuitiveness of product documentation and marketing materials. Increasing the intuitiveness of existing documentation and marketing materials was achieved by the transfer of communication from the classical level of communication with the use of 2D objects to an interactive three-dimensional level, with the use of augmented reality techniques. The result is an innovative system based on augmented reality techniques for digitization and visualization of PILCH company products. Virtual products presentation (mainly in the form of three-dimensional and realistic models) is carried out directly on the pages of products catalogs. The presentation can be done using the printed catalog containing special markers or with self-printing markers (from company website). The system is based on a public-domain free augmented reality browser (BuildAR Viewer) and therefore the system could be freely used by employees and customers of the company.

KEYWORDS: augmented reality, product visualization, interactive techniques, 3D model, reconstruction 3D.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.38

STRESZCZENIE: W niniejszym artykule zaprezentowany został nowy skaner 3D firmy Smarttech, w którym do pomiaru geometrii obiektu zastosowano najnowszą technologię projekcji prążków, mianowicie wykorzystano zieloną długość fali świetlnej. Opisane zostały właściwości fizyczne i wpływ zielonej barwy światła na dokładność pomiaru. Przedstawione zostały zalety zmiany wyglądu oraz konstrukcji obudowy skanera 3D, którą całkowicie wykonano z włókna węglowego. Dodatkowo zaprezentowano porównanie parametrów nowego skanera 3D z dotychczasową linią produkowanych przez firmę SMARTTECH skanerów 3D.

SŁOWA KLUCZOWE: skaner 3D, zielone światło, włókno węglowe.

ABSTRACT: This article presented the new 3D scanner of the Smarttech company, in which the new technology of stripes projection was used to the measurement of the geometry of the object, that is a green length of waves light. Physical properties and an influence of the green colour of the light on the measuring accuracy were described. Advantages of change design and the structure of the casing 3D scanner were described, which entirely was carried out of carbon fibre. Additionally comparing of parameters of new 3D scanner with the current line of 3D scanners produced by the SMARTTECH company was presented.

KEYWORDS: 3D scaner, green light, carbon fiber.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.39

STRESZCZENIE: W pracy opisano metodę szacowania kosztu wytwarzania metodą obróbki skrawaniem opartą o zaprojektowany przez konstruktora model 3D CAD. Przeprowadzono analizy kosztowe za pomocą programów implementujących ww. metodę a następnie porównano otrzymane szacowane czasy główne obróbki skrawaniem z tymi uzyskanymi w wyniku symulacji w systemie CAM.

SŁOWA KLUCZOWE: CAD, CAM, CAPP, Szacowanie kosztu wytwarzania.

ABSTRACT: The paper presents a manufacturing cost estimation of machined parts based on designed 3D CAD model. Cost analysis were done by using a programs to feature-based cost estimating and main processing times were compared with times obtained by CAM software simulations.

KEYWORDS: CAD, CAM, CAPP, Manufacturing cost estimation.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.40

STRESZCZENIE: Przedstawiono wybrane możliwości optycznych skanerów 3D ze szczególnym uwzględnieniem możliwości ręcznych skanerów firmy Artec. Opisano różne technologie skanowania ze wskazaniem kryteriów doboru rozwiązania w zależności od zastosowania. Przedstawiono prognozę dotyczącą dalszego rozwoju technologii skanerów 3D.

SŁOWA KLUCZOWE: skaner 3D, pomiar 3D.

ABSTRACT: This article presents chosen features of optical 3D scanners with particular attention to capabilities of handy Artec 3D scanners. Various scanning technologies were considered with pointing of correct solution selection criteria depending on the application. The article contains a forecast for further development of 3D scanning technology.

KEYWORDS: 3D scanner, 3D measurement.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.41

STRESZCZENIE: Artykuł dotyczy procesu modelowania powłoki nadwozia pojazdu w kategorii Urban w kontekście konkursu Shell Eco-marathon. Proces modelowania prowadzony był z uwzględnieniem warunków brzegowych wynikających z regulaminu organizatora konkursu oraz z uwzględnieniem postaci geometrycznej podwozia pojazdu. W trakcie modelowania uwzględniano przede wszystkim wiele kryteriów technicznych prowadzących do polepszenia osiągów pojazdu wyścigowego. Zwrócono również uwagę na aspekt analizy poprawności krzywych i powierzchni modelu.

SŁOWA KLUCZOWE: modelowanie powierzchniowe, analiza krzywych i powierzchni, systemy CAx, Shell Eco-marathon.

ABSTRACT: Article refers to the process of modeling Urban category race vehicle body shell in the context of competition Shell Eco-marathon. The modeling process was carried out taking into account the boundary conditions arising from the competition organizer’s regulations, and taking into account the geometrical shape of the vehicle chassis. During the modeling first of all a lot of technical criteria leading to improved race vehicle performance are taken into account. It also drew attention to the aspect of the curves and surfaces accuracy analysis of the model.

KEYWORDS: surface modeling, analysis of curves and surfaces, CAx systems, Shell Eco-marathon.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.42

STRESZCZENIE: W pracy omówiono optymalizację studenckiego prototypu manipulatora JCK typu 5R pod kątem poprawy osiągów związanych z udźwigiem i prędkością chwytaka poprzez zmiany wybranych parametrów, jak: wymiary stałe, przełożenia układu napędowego oraz typ serwonapędu. Do tego celu sformułowano w środowisku Matlab model kinetostatyczny manipulatora JCK. Zadanie optymalizacji wielokryterialnej z ograniczeniami rozwiązano wykorzystując algorytmy genetyczne. Uzyskane rozwiązania Pareto-optymalne opisują problem kompromisu konstrukcyjnego, tj. manipulator o zwiększonej prędkości daje mniejszą nośność, i odwrotnie.

SŁOWA KLUCZOWE: optymalizacja, manipulator, projektowanie, kinetostatyka.

ABSTRACT: The paper describes an optimization problem of student’s JCK manipulator of 5R type with respect to a performance increase related with maximal payload and end-effector velocity. The optimization decision variables were chosen as: constant dimensions of the manipulator, kinematic ratios of powertrain, and type of DC motors. In order to evaluate the optimization goal function it was necessary to formulate a kinetostatic model of JCK manipulator in Matlab environment. Multicriteria optimization task with constraints was solved by using genetic algorithms. The obtained Pareto-optimal solutions describe design trade-off between greater payload and velocity capabilities of the manipulator.

KEYWORDS: optimization, manipulator, designing, kinetostatics.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.43

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono wstępną analizę sztywnościowo – wytrzymałościową ramy samochodu sportowego ARIA. Przedstawiono koncepcję innowacyjnej ramy samochodu, oraz założenia projektowe. Opisane zostały modele MES, etapy modyfikacji projektu oraz wyniki analiz. Całość podsumowano opisując uzyskane efekty i przedstawiając wnioski dotyczące dalszego rozwoju konstrukcji.

SŁOWA KLUCZOWE: rama samochodu, sztywność skrętna, wytrzymałość, MES.

ABSTRACT: This paper presents exploratory stiffness-strength analysis of frame of ARIA sporting car. We present conception of innovative car frame and the design assumptions. We also describe MES models, project modification stages and analysis results. Whole paper is summed up by describing reached results and presenting conclusions related with forward progress of construction.

KEYWORDS: car frame, torsional stiffness, strength, FEM.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.44

STRESZCZENIE: W publikacji omawiane są drgania poprzeczne płyty pierścieniowej o złożonym kształcie. W procesie analizy wykorzystuje się metodę elementów skończonych. Rozważa się przydatność modeli, w których wykorzystuje się własności cyklicznej symetrii, w analizie drgań poprzecznych. Zaproponowano trzy modele numeryczne. Otrzymane z symulacji numerycznej wyniki zweryfikowano badaniami doświadczalnymi. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w środowisku obliczeniowym ANSYS.

SŁOWA KLUCZOWE: drgania poprzeczne, cykliczna symetria układu, płyta pierścieniowa.

ABSTRACT: In this article the transverse vibration of an arbitrary chosen annular plate with complex geometry is analysed on basis of the finite element (FE) method. The investigation is led to preparing the FE models by using cyclic symmetry modelling approach. Three numerical models are proposed and analysed. The received results are discussed and compared with the experimental results. FE models are prepared by using ANSYS software.

KEYWORDS: transversal vibration, cyclic symmetry model, annular plate.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.45

STRESZCZENIE: W pracy rozważane są drgania giętne w płaszczyźnie pierścienia Timoshenki (grubego), współpracującego z podłożem sprężystym typu Winklera. Analiza prowadzona jest z wykorzystaniem metod analitycznych i numerycznych. W dynamicznych równaniach ruchu uwzględniono trzyparametrowy model podłoża oraz wpływ bezwładności obrotowej i odkształcenia postaciowego. Otrzymane rozwiązania analityczne i numeryczne zweryfikowano badaniami doświadczalnymi. Wymagane obliczenia numeryczne wykonano w programie ANSYS.

SŁOWA KLUCZOWE: drgania giętne w płaszczyźnie, pierścień Timoshenki, trzyparametrowe podłoże sprężyste typu Winklera.

ABSTRACT: In this work the in plane flexural vibration of a Timoshenko ring interacting with the foundation of a Winkler type is analysed. Analytical and numerical methods are used during investigations. The three–parameter elastic foundation is proposed. The effects of shear deformation and rotay inertia are included. Achieved results are verified by using an experimental data. Numerical models are formulated by using ANSYS software.

KEYWORDS: in plane flexural vibration, Timoshenko ring, three–parameter Winkler elastic foundation.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.46

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono metody otrzymywania śladu współpracy przekładni zębatych, który stanowi jeden z najważniejszych wskaźników jakości pracy przekładni. Szczegółowo zaprezentowano metodę uzyskiwania śladu współpracy przekładni opartą na wynikach obliczeń numerycznych z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES) z zastosowaniem siatki odniesienia zdefiniowanej w modelu matematycznym generowania uzębienia. Analizy wykonano dla przekładni stożkowej o kołowej linii zęba. Rezultaty śladów styku otrzymano wg metody numerycznej oraz z modelu matematycznego porównano.

SŁOWA KLUCZOWE: zębata stożkowa o kołowej linii zęba, ślad współpracy.

ABSTRACT: This article presents the selected methods for obtaining the gears contact pattern, which is one of the most important indicators of the quality of gear work. The method of obtaining the gear contact pattern based on the results of the numerical computation FEM, using a reference grid defined in the mathematical model to generate teeth, was presented in details. Analyses were performed for the spiral bevel gear. The contact pattern results obtained by the improved numerical methods and the mathematical model were compared.

KEYWORDS: spiral bevel gear, contact pattern.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.47

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono proces projektowania linii technologicznej do transportu i pakowania warzyw przy użyciu parametrycznego systemu 3D CAD - SolidWorks. Na podstawie obliczeń dobrano poszczególne podzespoły urządzenia, wykorzystano również rozwiązania konstrukcyjne dostępne na rynku. Zaprojektowane stanowisko, przeznaczone do montażu na platformie mobilnej, cechuje prosta konstrukcja. Składa się ona z przenośnika transportującego warzywa oraz ramy ułatwiającej pracownikom pakowanie produktów. W projekcie tym uwzględniono również aspekty ergonomiczne wykorzystując ruchome modele odwzorowujące posturę człowieka. Oprogramowanie SolidWorks pozwoliło na wykonanie trójwymiarowego modelu, przeprowadzenie analiz wytrzymałościowych oraz wykonanie dokumentacji technicznej i wizualizacji.

SŁOWA KLUCZOWE: Projektowanie CAD, konstrukcje mechaniczne, linia technologiczna do pakowania, stanowisko ergonomiczne.

ABSTRACT: In this paper design process of packaging line using parametric 3D CAD system is shown. Designed station has simple and ergonomic structure. Station consists of modular conveyor and frame, which facilitates packing of vegetables. SolidWorks is used for making 3D model, stress analysis, technical documentation and visualization.

KEYWORDS: Computer aided design, mechanical design, packaging line, ergonomy.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.48

STRESZCZENIE: W niniejszym opracowaniu przedstawione zostały analityczne i numeryczne metody projektowania zębatej przekładni stożkowej o kołowej linii zęba. W pierwszej części artykułu zaprezentowano metodykę postępowania przy analitycznych obliczeniach geometrycznych i wytrzymałościowych przeprowadzanych w oparciu o normy ISO. Następnie omówiono sposób przygotowania i przeprowadzania analizy numerycznej z wykorzystaniem metody MES, w programie Abaqus. Porównanie i analiza wyników z obydwu metod pozwoliły ocenić ich poprawność i uzasadnić stosowanie metody elementów skończonych przy projektowaniu. Jako model do analizy wybrano zębatą przekładnię stożkową będącą kluczowym elementem napędu silnika lotniczego.

SŁOWA KLUCZOWE: zębata przekładnia stożkowa, MES, obliczenia wytrzymałościowe.

ABSTRACT: In this paper are presented the analytical and numerical methods of designing spiral bevel gear. The first part of the article presents the methodology of the analytical calculation of geometry and strength carried out on the basis of ISO standards. The article also discusses how to prepare and carry out numerical analysis using FEM method, in the Abaqus program. The comparison and the analysis of the results from both methods allowed to assess their correctness and justify the application of the finite element method in the designing. As the analysis model a spiral bevel gear has been selected, which is a key component of an aircraft engine.

KEYWORDS: spiral bevel gear, FEM, strength calculations.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.49

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono możliwości weryfikacji poprawności symulacji wirtualnych na fizycznie wykonanej przekładni. Weryfikacja ta ma na celu ocenę poprawności, zarówno modeli użytych do symulacji obróbki i współpracy, jak i wyników symulacji, tj. geometrii powierzchni bocznych zębów zębnika i koła oraz wskaźników jakości współpracy (sumaryczny ślad współpracy bez obciążenia i pod obciążeniem, wykres nierównomierności przekazywania ruchu). Celem artykułu jest wykazanie, że zweryfikowane doświadczalnie symulacje mogą służyć do samodzielnego projektowania przekładni stożkowych, gwarantując uzyskanie prawidłowych wyników.

SŁOWA KLUCZOWE: przekładnie stożkowe, symulacja obróbki, badania doświadczalne.

ABSTRACT: The paper presents the possibility to experimental verification of the virtual simulation of bevel gears cutting and meshing. This verification is carried out to evaluate the accuracy of the models used for machining simulation and for gear and pinion mesh, as well as simulation results. The geometry of the teeth flank surfaces of the pinion and the gear must ensure a good quality of cooperation (total contact pattern without load and under load, motion graph). The purpose of this article is to show that the experimentally verified simulations can be used to design bevel gears, ensuring you get the correct results.

KEYWORDS: bevel gears, cutting simulation, rig test.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.50

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono porównanie możliwości tworzenia wirtualnego modelu nadwozia samochodu osobowego klasyczną techniką modelowania CAD oraz z wykorzystaniem skanowania przestrzennego i obróbki chmury punktów. Zestawiono atuty i wady obydwu metodyk postępowania. Sformułowano wnioski odnośnie przydatności funkcji dostępnych w środowisku CAD oraz inżynierii odwrotnej dla efektywnego odtwarzania geometrii blach nadwozia i podobnych obiektów.

SŁOWA KLUCZOWE: systemy CAD, inżynieria odwrotna, skanowanie 3D.

ABSTRACT: This paper presents a comparison of the ability to create a virtual model of a car body surface with using CAD modeling techniques and 3D scanning. Summarizes the advantages and disadvantages of both methodologies proceedings. Formulated conclusions concerns the usefulness of the functions available in CAD and reverse engineering for efficient reconstruction of the geometry of the car body and similar objects.

KEYWORDS: CAD system, reverse engineering, 3D scanning.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.51

STRESZCZENIE: Powszechnie stosowany język programowania obrabiarek sterowanych numerycznie, oparty na funkcjach G (ISO 6983), nie pozwala na zapis danych o narzędziach używanych do obróbki. Wady tej nie posiada nowo wprowadzony standard programowania obrabiarek STEP-NC, zdefiniowany w normie ISO 14649. W referacie przedstawiono w syntetyczny sposób strukturę danych standardu STEP-NC oraz szczegółowo omówiono reprezentację danych narzędziowych. Całość zilustrowano przykładem. Przedstawiony opis danych jest fragmentem prac mających na celu budowę systemu CAM opartego na standardzie STEP-NC.

SŁOWA KLUCZOWE: STEP-NC, ISO 14649, ISO 6983, modele narzędzi skrawających, CAD/CAM.

ABSTRACT: The widely used CNC machine tool programming language based on G codes (ISO 6983) does not allow to store the data about the cutting tools. This shortcoming is no longer exists in the case of new CNC machine tool programming standard STEP-NC, defined in ISO 14649. The paper presents the synthetic data model of STEP-NC standard and the detailed data model of tools. Also the example of data representation is given. The presented description is the part of the work aimed to develop the CAM system based on STEP-NC standard.

KEYWORDS: STEP-NC, ISO 14649, ISO 6983, cutting tools model, CAD/CAM.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.52

STRESZCZENIE W artykule przedstawiono matematyczny opis powierzchni ślimaka globoidalnego. Wykorzystano go do modelowania ślimaka globoidalnego z wykorzystaniem systemów CAD. Przedstawiono tok postępowania przy modelowaniu ślimaka globoidalnego.

SŁOWA KLUCZOWE: przekładnia ślimakowa globoidalna, systemy CAD.

ABSTRACT: This paper presents a general mathematical formula for surface of globoid. It was used for modelling the globoid worm using CAD systems. The procedure of modelling was presented.

KEYWORDS: globoid worm gear, CAD systems.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.53

STRESZCZENIE: W artykule pokazano optymalizację parametrów geometrycznych układu kierowniczego przeznaczonego dla samochodu wyścigowego. Celem optymalizacji był dobór właściwego kąta pomiędzy osią koła, a wąsem zwrotnicy w funkcji przesunięcia liniowego przekładni kierowniczej. Omawiany układ kierowniczy został zaprojektowany, skonstruowany, zbudowany i ostatecznie przetestowany podczas zawodów Shell Eco-marathon.

SŁOWA KLUCZOWE: projektowanie, konstruowanie, optymalizacja, samochód wyścigowy.

ABSTRACT: The article shows optimization process of the geometric parameters of the steering system designed for a race car. The objective the optimization process was the selection of the correct angle between the axis of the wheel, and steering arm as a function of linear steering gear. Presented steering system was designed, engineered, constructed and ultimately tested during competitions called Shell Eco-marathon.

KEYWORDS: design, optimization, racing car.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.54

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono wyniki badań sił skrawania podczas frezowania frezami palcowymi na obrabiarkach CNC. Analizowano wpływ prędkości posuwu oraz szerokości i kierunku frezowania na wartości sił skrawania w kierunkach X i Y (przy stałej głębokości frezowania). Jest to robione celem badań wyznaczenie parametrów opisujących zależność posuwu i obciążenia narzędzia ww. siłami. Dzięki temu pojawia się możliwość automatycznego poprawiania kodu NC z użyciem symulacji obróbki w systemie 3D CAD, a to pozwoli na skrócenie czasu obróbki.

SŁOWA KLUCZOWE: siła, badanie, frezowanie, CNC, kod NC.

ABSTRACT: The article presents the results of the analysis of cutting forces on CNC milling machine. The cutting of material took place at constant cutting depth because we was analyzed rough milling only. The aim of the research was description the interaction between the feed rate and working engagement when the cutting forces is constant. Thanks to the fact, it appears an ability to easily modify the NC code with 3D CAD simulation of milling, so to shorten the processing time.

KEYWORDS: force, testing, milling, CNC, NC code.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.55

STRESZCZENIE: Przygotowywany w ramach zadania badawczego ZB3 komputerowy system obliczeń przekładni systemu Gleasona zawiera moduły obliczeniowe, w tym technologię bazową i symulację obróbki uzębienia. Obliczenia technologii bazowej, niezależnie od metody frezowania uzębienia, są podstawowym pakietem danych do określenia wielkości ustawczych różnych typów frezarek do uzębień sterowanych mechanicznie (konwencjonalnych), jak i numerycznie. Zachodzi zatem potrzeba zbadania wpływuparametrów technologii bazowej na geometrię uzębienia.

SŁOWA KLUCZOWE: przekładnie stożkowe kołowo-łukowe, technologia bazowa, symulacja obróbki.

ABSTRACT: Prepared in the framework of the key project research task ZB3 computer system for Gleason spiral bevel gears calculations contains software packages including the base technology and cutting simulation. The calculation of the base technology, regardless of the method of milling of teeth, are the primary package data for determining machines set up of different types of milling machines mechanically controlled (conventional) and numerically. It is important to examine the influence of the base technology parameters on the geometry of the teeth.

KEYWORDS: spiral bevel gears, basic technology, cutting simulation.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.56

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono model MES kompozytu warstwowego wzmocnionego tkaniną z włókien węglowych. Model uwzględnia wewnętrzną strukturę wzmocnienia oraz technologię jego wytwarzania. Model wykorzystano do symulowania propagowania pęknięcia między warstwowego w kompozycie wzmocnionym 16. warstwami tkaniny z włókien węglowych. Za kryterium pękania kompozytu przyjęto przekroczenie dopuszczalnego wydłużenia w osnowie kompozytu. Wyniki analiz i symulacji porównano z wynikami eksperymentu.

SŁOWA KLUCZOWE: kompozyt warstwowy, model MES, delaminacja.

ABSTRACT: The following article shows the FEM model of a laminate composite reinforced with fabric made of roving of carbon fibres. The model considers the internal structure of the reinforcement and the manufacturing process of its production. This model was used for a simulation of a crack propagation in the 16-layers of carbon fibre laminate. Exceeding permissible strains in the nodes corresponding to the epoxy resin - the warp of the sample was accepted as the criterion for damage. The results of the simulation were then compared with the results of the experiments.

KEYWORDS: laminate composite, FEM model, delamination.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.57

STRESZCZENIE: Wady kształtu głowy u dzieci występują o koło 3% populacji. W artykule zaproponowano sposób leczenia plagiocefalii ułożeniowej za pomocą indywidualnie projektowanych kasków korekcyjnych. Omówiono kolejne etapy projektowania i produkcji kasków. Dodatkowo przedstawiono sposób diagnozowania deformacji kształtu z wykorzystaniem skanera 3D. Przeprowadzono również analizę antropometryczną oraz analizy porównawcze dostarczające informacji o wzroście głowy.

SŁOWA KLUCZOWE: skanowanie 3D, wady kształtu głowy, kraniosynostoza, kaski korekcyjne.

ABSTRACT: Deformities of head shape in children occur in about 3% of the population. This paper proposes a method of treatment of positional plagiocephaly of using a custom-designed helmets correction. The steps of the design and manufacture of correction helmets are presented. In addition, methods of diagnosing head shape deformation using the 3D scanner are shown. This research shows also anthropometric analysis and comparative analyses, which provides information about the growth of the head.

KEYWORDS: 3D scanning, head shape deformities, craniosynostosis, correction helmets.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.58

STRESZCZENIE: Szynoprzewody, służące do przewodzenia dużych prądów, powinny zapewniać bezpieczną eksploatacją również podczas przewodzenia udarowego prądu zwarcia – kiedy działa na nie siła pola elektromagnetycznego o dużej wartości. W artykule przedstawiono dyskretny model MES do analizy naprężeń i deformacji segmentu szynoprzewodu w stanie zwarcia. Ponieważ analizowana konstrukcja okazała się bezpieczna, wyznaczono największy rozstaw podpór szynoprzewodu, przy którym jego eksploatacja jest jeszcze bezpieczna. Powiększenie rozstawu podpór szynoprzewodu pozwala na zwiększenie długości segmentu i obniżenie jego kosztów.

SŁOWA KLUCZOWE: model MES, szynoprzewód, wytrzymałość.

ABSTRACT: Feeder ducts, used to conduct big currents, should secure safe exploitation even during conducting impact short circuit current – when very big force of electromagnetic field is acting on them. The discrete FEM model for analysis of stress and deformation of the feeder duct segment during short circuit is presented in the paper. Because the analysed feeder duct segment proved safe, the largest spacing between supports of the feeder duct that guarantees safe exploitation was calculated. Enlarging the spacing between supports of the feeder duct makes its length grater and reduces its costs.

KEYWORDS: FEM model, feeder duct, strength.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.59

STRESZCZENIE: Artykuł zawiera opis innowacyjnego rozwiązania kierownicy do bolidu klasy Formuła Student. Przedstawiono w nim projekt koncepcyjny uchwytów do kierownicy oraz metodę ich wykonania. Opisano z jakie problemy napotkano podczas wykonywania prototypu. Przedstawiono skrótowo zalety stosowanie nowoczesnych metod modelowania i prototypowania współczesnych urządzeń.

SŁOWA KLUCZOWE: Inżynieria odwrotna, metody szybkiego prototypowania, uchwyty do kierownicy.

ABSTRACT: The article contains a description of an innovative solution to the car steering wheel Formula Student class. It presents a conceptual design grips the steering wheel and the method of their implementation. Describes what problems we face during the prototype. Briefly explains the advantages of the use of modern methods of modeling and prototyping of modern equipment.

KEYWORDS: Reverse engineering, rapid prototyping, steering handles.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.60

STRESZCZENIE: Niniejszy artykuł opisuje przebieg prac związanych z procesem optymalizacji elementu korpusu obrabiarki, jakim jest belka suportowa. Proces optymalizacji został poprzedzony wyznaczeniem sztywności z użyciem MES. Na potrzeby obliczeń wykonano odpowiednio uproszczony model. Optymalizację przeprowadzono w środowisku ANSYS, w tym celu wykorzystano moduł Goal Driven Optimization. Otrzymane wyniki odniesiono do stanu początkowego.

SŁOWA KLUCZOWE: Obrabiarki ciężkie, frezarka bramowa, optymalizacja, MES.

ABSTRACT: This article describes the workflow related to the optimization process of the body element of the machine, which is the support beam. The optimization process was preceded by a determination of the stiffness using FEM. For the purposes of the calculations were performed properly simplified model. Optimization was carried out in an ANSYS, for this purpose used module "Goal Driven Optimization". The results were compared to the initial state.

KEYWORDS: Heavy machines, Gantry milling Machine, optimization, FEA.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.61

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz symulacji numerycznych badania oporów tarcia blach ze stopu aluminium AA5251 H14. Badania tarcia zostały przeprowadzone za pomocą symulatora progu ciągowego. Wykonano również symulacje numeryczne testu tarcia metodą elementów skończonych w programie MSC.Marc 2010. Symulacje wykonano dla modelu izotropowego materiału określonego kryterium plastyczności Huber- Mises-Henck’y oraz kryteriów anizotropowych plastyczności Hilla (1948) oraz Barlata (1991). Analizowano rozkład naprężeń w przekroju przeciąganej blachy oraz prognozowano numerycznie wartość współczynnika tarcia. Numeryczna analiza symulatora progu ciągowego przedstawiona w pracy umożliwia określenie wpływu modelu anizotropii plastycznej materiału, orientacji próbki orazzjawiska umocnienia odkształceniowego na wartość oporów tarcia.

SŁOWA KLUCZOWE: anizotropia, MES, próg ciągowy, tarcie, współczynnik tarcia, wytłaczanie.

ABSTRACT: The paper presents the results of experimental and numerical simulation studies of frictional resistance of AA5251 H14 aluminium alloy sheets. Friction tests were carried out by using the draw bead simulator. Numerical simulations of a friction test using MSC.Marc 2010 software based on finite element method were also performed. Simulations were carried out for an isotropic material model described by using Huber-Mises-Henck'y yield criterion and anisotropic yield criteria proposed by Hill (1948) and Barlat (1991). We analyzed the stress distribution in the section of pulled sheet and also we numerically predicted the friction coefficient value. Numerical analysis of the draw bead simulator presented in the work allows to determine the effect of plastic anisotropy material model, the orientation of the sample and the strain hardening phenomenon on the value of the resistance to friction.

KEYWORDS: anisotropy, FEM, draw bead, friction, coefficient of friction, stamping.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.62

STRESZCZENIE W artykule przedstawiono rozkład sił na gwincie. Opracowano model kontaktu współpracujących elementów. W programie CATIA wyznaczono promienie krzywizn współpracujących elementów. Opisano model matematyczny pozwalający wyznaczać nośność statyczną oraz obciążalność przekładni. Opracowany model pozwala na wyznaczenie pola kontaktu elementów, oraz panujących naprężeń przy zadanym obciążeniu.

SŁOWA KLUCZOWE: rolkowe przekładnie toczne, nośność statyczna, obciążalność, wzory Hertza.

ABSTRACT: The article describing load distribution in the thread. Model of contacting elements was created. In CATIA software was determined radii of curvature contacting components. Additionally was described mathematical model allowing establishing a static load capacity and load gearbox transmission. The results allowing determine the stress for contact elements.

KEYWORDS: thread roller screw, static load rating, load distribution, Hertz theory.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.63

STRESZCZENIE: Artykuł dotyczy omówienia metodyki modelowania w inżynierii biomedycznej z zastosowaniem inżynierii rekonstrukcyjnej oraz różnych aspektów modelowania wirtualnego. Autorzy zwrócili szczególną uwagę na uporządkowanie terminologii i systemowe podejście w omówieniu proponowanej metodyki postępowania. Zamieszczono również wybrane przykłady zastosowań według proponowanej metodyki.

SŁOWA KLUCZOWE: inżynieria rekonstrukcyjna (odwrotna), digitalizacja, obrazowanie medyczne, segmentacja, modelowanie wirtualne, rekonstrukcja.

ABSTRACT: The paper deals with discussion of modeling methodology in medical bioengineering with use of reverse engineering and various aspects of virtual modeling. The authors pointed a special attention to the arrangement of terminology and systematic approach in the discussion of the proposed methodology proceedings. The paper also contains some examples of applications of the proposed methodology.

KEYWORDS: reverse engineering, digitization, medical imaging, segmentation, virtual modeling, reconstruction.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.64

STRESZCZENIE: W artykule zwrócono uwagę na różne możliwości programowania maszyn CNC, ze szczególnym uwzględnieniem programowania offline (na podstawie systemu ZW3D CAD/CAM) i wirtualnego uczenia (w oparciu o symulatory Eureka i trackery revXperts). Opisano również podstawowe funkcje symulacji maszynowej oraz jej możliwości w odniesieniu do obrabiarek CNC i robotów. Wykazano duże znaczenie postprocesora jako programu pośredniczącego miedzy systemem CAM a układem sterowania maszyny oraz jego potencjał w programowaniu nietypowych maszyn CNC.

SŁOWA KLUCZOWE: CAD, CAM, symulacja maszyn CNC, postporcesory.

ABSTRACT: The article draws attention to the different programming capabilities of CNC machines, with particular emphasis on offline programming tools (based on ZW3D CAD/CAM system) and virtual learning (on simulator Eureka and revXperts tracker example). Basic functions of machine simulation was described and its capabilities in CNC machine tools and robots programming area. Important role of postprocessor has been shown as an intermediary program between the CAM system and the machine control system and its potential for programming untypical CNC machines.

KEYWORDS: CAD,CAM, CNC machine simulation, postporcessors.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.65

STRESZCZENIE: Artykuł porusza zagadnienie zastosowania symultanicznego pięcioosiowego frezowania obwodowego na powierzchniach prostokreślnych. W pracy przedstawiono problem pozycjonowania narzędzia oraz zaprezentowano wyniki badań symulacyjnych oraz technologicznych wpływu kąta prowadzenia na dokładność kształtowo-wymiarową wykonywanej powierzchni w prezentowanej strategii obróbki.

SŁOWA KLUCZOWE: obróbka pięcioosiowa, frezowanie obwodowe.

ABSTRACT: The article describes the issue of the usage of the simultaneous five-axis flank milling of the ruled surfaces. In this thesis the problem of tool positioning was presented. Moreover, the results of the simulation and technology research about the influence of the lead angle on the dimensional and form accuracy on the created surface in the presented milling strategy was depicted.

KEYWORDS: five-axis machining, flank milling.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.66

STRESZCZENIE: Artykuł opisuje metodykę rekonstrukcji pióra w oparciu o pomiary współrzędnościowe. Opisane zostały pomiary, modelowanie i programowanie obróbki. Do przygotowania strategii pomiarowej posłużył system CALYPSO, natomiast modelowanie i program obróbkowy powstał w systemie NX 9.0. Zaprezentowane zostały błędy które powstają na różnych etapach rekonstrukcji.

SŁOWA KLUCZOWE: obróbka pięcioosiowa, Siemens NX 9.0.

ABSTRACT: The article describes the methodology of blade reconstruction on the basis of coordinate measurements. Measurements, modelling and milling programming were described. To prepare measurement strategy a CALYPSO system was used, whereas modelling and milling program was created in NX 9.0. system. Mistakes that occur during different stages of reconstruction were presented.

KEYWORDS: multi axis milling, Siemens NX 9.0.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.67

STRESZCZENIE: Optymalizacja kształtu wyrobów lub konstruowanie nowych prototypowych rozwiązań konstrukcyjnych jest długotrwałym i kosztogennym procesem przy wykorzystaniu klasycznego podejścia. Zastosowanie nowoczesnych metod wspomagania projektowania opartych na wykorzystaniu skanerów 3D oraz drukarek 3D pozwala na uzyskanie cyfrowego trójwymiarowego modelu zeskanowanego wyrobu. Model ten może być swobodnie cyfrowo modyfikowany a następnie wydrukowany za pomocą drukarki 3D. Dzięki uprzejmości producenta skanerów 3D firmy SMARTTECH oraz dystrybutorem drukarek 3D firmy PROSOLUTIONS w artykule opisano proces modyfikacji panelu przedniego pralki dla potrzeb osób niewidomych z użyciem tych nowoczesnych urządzeń.

SŁOWA KLUCZOWE: skanowanie przestrzenne, drukowanie przestrzenne, inżynieria odwrotna, digitializacja, metody przyrostowe, szybkie prototypowanie.

ABSTRACT: In classical approach, the construction of new developments is very time and money consuming. Using modern methods allows to use 3D scanners and printers to obtain digital 3D model which can be digitally modified and then printed on a 3D printer. Thanks to the cooperation between SMARTTECH 3D scanner producer, Silesian University and printer distributor PROSOLUTION in this article we are able to show that adjustment of the washing machine front panel for blind people with use of above mentioned modern technologies is now possible. On the basis of this paper authors would like to show that the adjustment of any equipment for special needs is now much easier and cheaper.

KEYWORDS: scan 3D, three-dimensional printing, reverse engineering, digitalization, increasing methods of build, rapid prototyping.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.68

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono wykorzystanie programu 3ds MAX w inżynierii rolniczej do wizualizacji i animacji złożeń konstrukcji maszyn rolniczych. Wykorzystując możliwości programu 3ds Max najpierw zamodelowano trójwymiarowy (3D) prototyp urządzenia czyszczącego, a następnie ukazano wizualizację jego złożenia i montażu. Proces implementacji komputerowej wizualizacji na przykładzie rotacyjnego przesiewacza do ziarna zbóż, okazał się przydatny, szczególnie w dydaktyce, jak również w reklamie innowacyjnych urządzeń.

SŁOWA KLUCZOWE: wizualizacja, animacja, program 3ds Max, rotacyjne urządzenie czyszczące.

ABSTRACT: The paper presents application of 3DS Design software in agricultural engineering for visualization and animation of agricultural machine construction assemblies. Using the capabilities within the 3DS MAX Design, the modelling of a three-dimensional (3D) prototype of cleaning device was followed by the visualization of its assembly and fitting. A computer-implemented visualization process on the example of a rotary grain separator, proved to be a useful aid especially in didactic process as well as advertisement of innovative equipment.

KEYWORDS: visualization,animation,3ds max Design, rotary cleaning device.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.69

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono modelowanie wyrobów ceramiki artystycznej z użyciem programu AutoCAD 2014 PL. Jest to pierwsza autorska próba wprowadzenia systemu CAx do projektowania oraz usystematyzowania powtarzalności wytwarzania wyrobów ceramicznych. Wyroby tego typu wykonywane są z reguły ręcznie i nie jest wykonywana dla nich dokumentacja techniczna. Celem pracy jest utworzenie bazy modeli cyfrowych, aby po pewnym czasie możliwe było ich odtworzenie i wprowadzanie zmian. Ważny jest również szeroko pojęty design z zastąpieniem podstawowego materiału wykonawczego czyli rzeczywistej gliny „gliną wirtualną” umożliwiającą powstawanie różnorodnych serii wyrobów bazujących na jednym modelu podstawowym. Poza tym takie cyfrowe prototypowanie artystyczne stwarza szerokie możliwości generowania mnóstwa wyrobów oraz ich prezentacji i animacji przy wykorzystaniu technik CAx bez ponoszenia zbędnych kosztów wytwórczych.

SŁOWA KLUCZOWE: wyroby ceramiki artystycznej, projektowanie, model cyfrowy, program AutoCAD.

ABSTRACT: The paper presents the modeling of ceramic pottery products using AutoCAD 2014 PL software. It is the first original attempt of the Cax system implementation to design and systemize the repeatability of ceramic pottery product manufacture. Generally, products of this kind are hand made, with no data sheet available. This paper aimed at development of the digital model base to facilitate model reproducibility and modifications after some period of time. Notably, a broadly understood design concept is of key importance with the emphasis on the substitution of real physical material, i.e. actual clay with “virtual clay” that has the potential to create diverse series of objects based on single basic digital model. Besides, digital art prototyping provides the ability to virtually generate multiple products, create their renderings and animations via CAx techniques and thus, to avoid bearing unnecessary production costs.

KEYWORDS: ceramic pottery product, design, digital model, AutoCAD software.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.70

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono możliwość zastosowania kompozytów stomatologicznych jako materiału do renowacji i odtwarzania elementów designerskich w samochodach. Wykorzystano do tego techniki komputerowe w postaci programu Inventor, oprogramowanie obrabiarek CNC oraz drukarki 3D.

SŁOWA KLUCZOWE: technika komputerowa, materiały konstrukcyjne, kompozyty stomatologiczne, design samochodowy.

ABSTRACT: This paper presents the possibility of dental composites as a material for restoration and reproduction of elements of design in automobiles. Used to computer technology in the form of Inventor software CNC machine tools and a 3D printer

KEYWORDS: computer technology, construction materials, dental composites, automotive design.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.71

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono problemy wynikające z użytkowania systemów CAD w pracach projektowych złożonej konstrukcji granulatora pierścieniowego. Do projektowania granulatora wykorzystano dwa systemy Cax - SolidWorks 2010 i AutoCAD 2014 PL. Granulator pierścieniowy służy do wytwarzania peletu z resztek pożniwnych różnego rodzaju roślin, wykorzystywanego w energetyce. Projektowanie obejmowało wykonanie pełnej dokumentacji technicznej dwuwymiarowej (2D) i trójwymiarowej (3D). Użyte systemy porównano w aspekcie współpracy między sobą i kompatybilności odczytu plików rysunkowych.

SŁOWA KLUCZOWE: granulator pierścieniowy, pelet, projektowanie, systemy CAD.

ABSTRACT: The paper presents some problems related to CAD systems application in the design studies on ring granulator assembly. The granulator was designed using two CAx systems – SolidWorks 2010 and AutoCAD 2014 PL.A ring granulator utilizes post-harvest residues to manufacture pellets for energetic use. The design process included performing the full twodimensiona (2D) and three-dimensional (3D) data sheet. Both systems employed were compared regarding their interaction and the compatibility of drawing file reading.

KEYWORDS: ring granulator, pellet, CAD systems.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.72

ABSTRACT: From Y₂BaCuO₅ (Y211) foam structure and perforated Y211 bulk with various an artificial array of holes, single domain composites YBa₂Cu₃O_y(Y123)/Y₂BaCuO₅ have been prepared by combination of the infiltration and top seed growth (ITSG) process. The process involves the shaping of 211 preforms by conventional ceramic routes such as uniaxial and isostatic pressing. A compact of 123 or 123 rich in liquid phase, acting as a source is placed in contact with the 211 "reservoir", and heated above the peritectic temperature of 123. The liquid source infiltrates the perforated reservoir and the peritectic reaction occurring between the preform 211 and the matrix (liquid phases) during slow cooling from the peritectic temperature results in the growth of 123 with uniformly distributed fine 211 particles.
The goal is to facilitate sample oxygenation and decrease crack formation in order to address the problem of hot spot formation during d.c. transport current characterizations. As-processed samples contain mechanically patterned holes parallel to the mean c-axis interconnected of the textured domain. This makes samples easier to oxygenate and cool.
This approach would allow a better reproducibility in the elaboration of the holes which would make accessible modelled experiments. It will be demonstrated in this work that this latter approach can be used to obtain Y123 bulks exhibiting microstructures, textures and properties under magnetic fields similar to the usual bulks of the literature.

KEYWORDS: superconducting material, Y123 bulk, peritectic reaction, cryomagnet.

STRESZCZENIE: Z materiału Y₂BaCuO₅ (Y 211) o strukturze pianki i perforowanego materiału litego z różnym rozkładem porów, w wyniku złożenia procesów infiltracji (wnikania) i rozrostu fazy (ITSG), otrzymano kompozyt YBa₂Cu₃O_y (Y 123) / Y₂BaCuO₅ (Y 211) złożony z pojedynczych domen. Taki proces pozwala na kształtowanie struktury typu Y 211 na drodze konwencjonalnych metod stosowanych w ceramice, takich jak jednoosiowe lub izostatyczne prasowanie. Wypraska z materiału Y 123 lub Y 123 bogatego w fazę ciekłą, działająca jako źródło w połączeniu ze „zbiornikiem” Y 211, jest wygrzewana do temperatury powyżej temperatury perytektycznej Y 123. W wyniku czego ciekłe źródło wnika w perforowany materiał i zachodzi reakcja perytektyczna między fazą Y 211 i matrycą (faza ciekła). Podczas powolnego chłodzenia od temperatury perytektycznej zachodzi rozrost fazy Y 123 z jednorodnym rozkładem drobnych cząsteczek Y 211.
Celem pracy jest określenie warunków zwiększonego dotleniania i obniżenia tendencji do powstawania pęknięć w odniesieniu do tworzenia się „gorących punktów” podczas zachodzenia charakterystycznych procesów. Tak otrzymane próbki zawierają mechanicznie modelowane pory równoległe do głównej osi c powiązanej z teksturą domen, co ułatwia dotlenianie i chłodzenie próbek. Takie podejście do eksperymentu pozwala na uzyskanie lepszej powtarzalności wyników w odniesieniu do modelowania rozkładu porów. Praca pokazuje, iż prezentowana tutaj metoda może być stosowana do otrzymywania materiałów typu Y 123 o odpowiedniej mikrostrukturze, teksturze i właściwościach magnetycznych podobnych do typowych materiałów znanych z literatury.

SŁOWA KLUCZOWE: materiał nadprzewodzący, materiał Y123, reakcja perytektyczna, kriomagnes.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.73

ABSTRACT: Magnetic carbon nanocomposites (MCNCs), with different constitution and fractions of magnetic component, were fabricated by the pyrolysis of the polymeric precursor. X-ray diffraction, transmission electron microscopy and Raman spectroscopy revealed the presence of nanocrystallites (NCs) of Co, Fe₃C and Ni embedded in porous, partially graphitized carbon matrix. Vibrating sample magnetometer measurements enabled to determine the correlation between NCs size distribution and magnetic properties. The magnetic studies confirmed that the coercivity, saturation and remanent magnetizations, as well as fraction of the magnetic component depend on the pyrolysis temperature. The Co#C and Fe₃C#C composites exhibited ferromagnetic behaviour with a remanent to saturation magnetization (M_R/M_S) ratio ranging from 0.25 to 0.3, whereas in the Ni containing samples a relatively small MR/MS ratio points to significant contribution of superparamagnetic interactions.
The Ni#C composites, having superparamagnetic and/or ferromagnetic nanocrystallites in their volume, were chosen to check the ability of heat generation in a magnetic field. It was found that the hysteresis losses were the main mechanism of heat generation. The MCNCs obtained can potentially be applied for hyperthermia treatment.
As the MCNCs are proposed for biomedical application the basic cytotoxicity test were performed to evaluate a potential toxic effect of the materials on MG-63 cells line. The test results confirmed that the composites containing Fe₃C are non-cytotoxic whereas the majority of the Ni#C and Co#C composites was characterized as slightly or moderately cytotoxic.

KEYWORDS: magnetic carbon nanocomposite, magnetic properties, pyrolysis, cytotoxicity, biomedicine.

STRESZCZENIE: Magnetyczne nanokompozyty o osnowie węglowej (MCNCs), zawierające różną zawartość i budowę fazową metalicznego komponentu, zostały wytworzone poprzez pirolizę polimerowego prekursora. Dyfrakcja rentgenowska, transmisyjna mikroskopia elektronowa i spektroskopia Ramana wykazały obecność nanokrystalitów (NCs) Co, Fe₃C i Ni umiejscowionych w porowatej, częściowo zgrafityzowanej węglowej osnowie. Badania właściwości magnetycznych potwierdziły, że koercja, namagnesowanie nasycenia i remanencja oraz zawartość magnetycznego komponentu zależą od temperatury pirolizy. Kompozyty Co#C i Fe₃C#C wykazują właściwości ferromagnetyczne, ze stosunkiem remanencji do namagnesowania nasycenia (M_R/M_S) w zakresie 0,25 – 0,3, podczas gdy dla kompozytów zawierających Ni stosunek MR/MS wskazuje na znaczący wkład od oddziaływań superparamagnetycznych. Kompozyty Ni#C, zawierające nanokrystality ferromagnetyczne lub superparamagnetyczne zostały wybrane do zbadania zdolności do generowania ciepła w zmiennym polu magnetycznym. Stwierdzono, że straty na histerezę odgrywają decydującą role w generowaniu ciepła. Wytworzone MCNCs mogą zatem być potencjalnie stosowane w hipertermii.
Badania cytotoksyczności, przeprowadzone z zastosowaniem linii komórkowej MG-63 wykazały, że kompozyty zawierające Fe₃C są nietoksyczne, natomiast większość kompozytów Ni#B and Co#C można określić jako mało lub umiarkowanie toksyczne.

SŁOWA KLUCZOWE: nanokompozyt magnetyczny, właściwości magnetyczne, piroliza, cytotoksyczność, biomedycyna.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.74

ABSTRACT: Electroforming is a form of electroplating in which free-standing finely formed items can be manufactured to precise detail. It has been adapted to produce thin iron and steel sheet from recycled scrap steel. It can be used to manufacture electrodes in copper for electrodischarge machining (EDM). Its combination with lithography (LIGA) has seen it being increasingly used for micromechanical systems (MEMS).

KEYWORDS: electroforming, electroplating, electrode for EDM.

STRESZCZENIE: Elektroformowanie jest formą elektroplaterowania, w której wolnostojące drobne elementy mogą być obrabiane z dużą dokładnością. Proces ten został przystosowany m.in. do produkcji cienkich blach żelaznych i stalowych. Elektroformowanie stosowane jest również do produkcji miedzianych elektrod wykorzystywanych w procesie obróbki elektroerozyjnej (EDM). Proces elektroformowania w połączenie z procesem litografii w jednym cyklu wytwarzania – LIGA (Lithographic Galvanoforming Abforming) znajduje coraz szersze zastosowanie w masowej produkcji mikrosystemów elektromechanicznych (MEMS).

SŁOWA KLUCZOWE: elektroformowanie, wytwarzanie elektrod, obróbka elektroerozyjna.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.75

ABSTRACT: The increasing capability of modern anti-armor threats has intensified the need for highly effective passive armor systems. Additionally, light-weight armor systems becoming more important to ensure improved strategic mobility and tactical agility for future combat systems, while maintaining crew protection. It is necessary to airlift military vehicles to remote locations in under-developed regions this requires a large weight reduction in the armor system. Ceramic armor technology offers significant advantages for meeting future protection requirements. Ceramics are effective, because of their hardness, which is considerably greater than that of other material classes, and also they are much lighter than steel. The investigation and application of ceramics against small arms threats has a long history and the ballistic performance of ceramic armors for personnel protection is very high; the principles governing these defeat mechanisms are now generally understood. However, achieving similar ceramic performance versus larger caliber, like kinetic energy (KE) penetrator threats, has long taken as a difficult challenge. This work deals with sub micro and nano ceramics for ballistic protection. Model KE penetrators have been used to investigate the protection capability.

KEYWORDS: ballistics, ballistic protection, Si₃N₄ ceramics, ceramic armor, KE penetrator.

STRESZCZENIE: Nowoczesna amunicja, o coraz większej zdolności rażenia i sile przebijania osłon balistycznych, powoduje konieczność ulepszania wysoko-efektywnych, pasywnych systemów obronnych. Celem stało się projektowanie coraz wytrzymalszych, a zarazem lżejszych osłon i pancerzy, zapewniających skuteczną ochronę żołnierzom, przy jednoczesnym zwiększeniu mobilności i zdolności taktycznych konstrukcji. Niższa waga pancerza jest szczególnie istotna, jeśli wziąć pod uwagę na jak duże odległości muszą czasem być transportowane pojazdy bojowe. Materiały ceramiczne znajdują zastosowanie w osłonach balistycznych, z powodu wysokiej twardości i małej masy, co powoduje, że pancerz kompozytowy z warstwą ceramiczną, będąc lżejszy i równie wytrzymały na wpływ obciążenia uderzeniowego jak jego tradycyjny odpowiednik o tej samej grubości, spełnia powyższe wymagania dotyczące nowoczesnych pancerzy. Prowadzone od lat badania nad materiałami ceramicznymi w zakresie ich stosowalności jako elementu pancerza lub indywidualnej osłony balistycznej, pozwoliły na zrozumienie zasad zachowania materiałów ceramicznych pod obciążeniem dynamicznym. Jednakże, opis zachowania tych materiałów po uderzeniu amunicji o dużym kalibrze, jak np. pocisk podkalibrowy (ang. kinetic energy (KE) penetrator) stanowi nadal naukowe wyzwanie. W niniejszej pracy zamieszczono rozważania dotyczące materiałów ceramicznych o submikro- i nanostrukturze, mających zastosowanie dla ochrony balistycznej, w szczególności przedstawia się wyniki badań zachowania materiałów ceramicznych pod wpływem uderzenia pociskami podkalibrowymi.

SŁOWA KLUCZOWE: balistyka, osłona balistyczna, pancerz ceramiczny, pocisk podkalibrowy, ceramika Si₃N₄.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.76

ABSTRACT: The results of sintered carbides WC-Co turning with different content of cobalt are presented in the work. Particular shafts used for investigation have 25 and 15% Co in their material structure. The inserts with edges made of polycrystalline diamond PCD type of MD220 produced by Mitsubishi company with three different nose radii rε (0.2; 0.4; 0.8 mm) were used while the research of sintered carbides turning. The main idea of research was to show influence of cutting speed, feed and nose radius on Th values of cutting force components and quality surface after a turning process of sintered carbide shafts with the turning length equals 54 mm. The first part of the work presents the characteristics of cutting force components (Ff – feed force, Fp - passive force, Fc - main force) depend on the time of turning process. Based on the analysis of recorded values of cutting forces, it is noticed, the biggest increase is for the passive component of the cutting force Fp and the smallest for the main cutting Fc. This kind of increase for particular cutting force components while WC-Co turning process is caused by hardness of work piece materials, which hardness are above 80 HRA. The structures of work piece material are presented on the suitable pictures obtained by use of scanning microscope. The second part of the work presents the results of surface roughness research for particular obtained surfaces using the portable Mitutoyo profilometer. Particular obtained surfaces were measured six times along the turning path. Based on the results, the influence of a nose radius on the surface quality after the turning process was confirmed, the larger nose radius causes the lower value of surface roughness after a turning process. The last part of the work presents the pictures with particular used inserts, which illustrate state before and after machining process.

KEYWORDS: sintered carbide, WC-Co turning, cutting insert, polycrystalline diamond edge, cutting edge wear, cutting force, surface roughness.

STRESZCZENIE: Artykuł przedstawia wyniki badań procesu toczenia wałków z węglików spiekanych WC-Co o różnej zawartości kobaltu w strukturze materiału. Do badań wykorzystano płytki skrawające z ostrzami diamentowymi typu MD220 firmy Mitsubishi o trzech różnych promieniach zaokrąglenia ostrza (0,2; 0,4; 0,8 mm).
Głównym celem badań było pokazanie wpływu prędkości skrawania, posuwu i promienia zaokrąglenia ostrza na wartości składowych siły skrawania i jakości powierzchni obrobionej po procesie toczenia wałków węglikowych na długości toczenia 54 mm. Na podstawie analizy zarejestrowanych wartości składowych całkowitej siły skrawania, zauważono, że największe wartości zaobserwowano dla składowej odporowej F_p, a najmniejsze dla głównej siły skrawania F_c. Struktury materiału przedmiotu obrabianego zostały zaprezentowane na fotografiach, wykonanych przy pomocy mikroskopu skaningowego. W drugiej części pracy przedstawiono wyniki pomiarów chropowatości powierzchni, wykonanych przy pomocy przenośnego profilografometru Mitutoyo. Zaobserwowano najniższe wartości chropowatości powierzchni po toczeniu ostrzem o największym promieniu zaokrągleniu ostrza.

SŁOWA KLUCZOWE: węgliki spiekane, toczenie WC-Co, płytka skrawająca, ostrze z diamentu polikrystalicznego, zużycie ostrza, siła skrawania, chropowatość powierzchni.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.77

ABSTRACT: Products based on nanostructured materials are already present in our daily lives and have gradually become more important in Mexico. Nanomaterials can be found in many applications, such as catalytic processes, automotive parts, coatings, electronics, etc. The diversity and complexity of manufactured nanomaterials are continuously increasing as well as their use in industrial process and consumer products. It has been long recognized that nanostructured materials can have significantly different properties when compared to their larger scale counterparts. Measurements are essential to have a complete understanding of any new phenomenon or process in the nanoscale. There are numerous properties and quantities to be measured in the nanomaterials used in industrial processes and the establishment of metrological traceability to the SI units is a challenge to deal with.
Techniques, methods, measurement standards and infrastructure development are needed to control manufacturing and production, to ensure product quality and enable different elements to work effectively together. This paper describes issues and challenges in metrology to be faced in Mexico concerning nanotechnology.

KEYWORDS: metrology, nanometrology, measurements in nanoscale, nanomaterials.

STRESZCZENIE: Produkty na bazie materiałów nanostrukturalnych są obecne w naszym codziennym życiu i stopniowo stają się coraz ważniejsze w Meksyku. Nanomateriały stosowane są m.in. w procesach katalitycznych, częściach samochodowych, powłokach, elektronice itp. Różnorodność i złożoność produkowanych nanomateriałów stale wzrasta, podobnie jak ich zastosowanie w procesach przemysłowych i produktach konsumpcyjnych. Od dawna uznaje się, że materiały nanostrukturalne mogą mieć znacząco różne właściwości w porównaniu do swoich odpowiedników w większej skali. Pomiary są niezbędne, aby mieć pełną wiedzę o wszelkich nowych zjawiskach i procesach zachodzących w nanoskali. Istnieje wiele właściwości i wielkości do zmierzenia w nanomateriałach stosowanych w procesach przemysłowych, dlatego wyzwaniem jest zapewnienie identyfikowalności metrologicznej jednostek układu SI.
Potrzebne są techniki, metody, normy pomiarowe oraz rozwój infrastruktury do kontroli wytwarzania i produkcji w celu zapewnienia jakości produktu oraz umożliwienia skutecznej współpracy różnych elementów. W artykule opisano problemy i wyzwania metrologii w zakresie nanotechnologii, które napotkano w Meksyku.

SŁOWA KLUCZOWE: metrologia, nanometrologia, pomiary w nanoskali, nanomateriały.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.78

ABSTRACT: Ball burnishing is a surface improvement process that provides compressive residual stresses and increment the hardness in the surface layer of workpieces. Actually, in the state of the art some papers use FEM to simulate the burnishing process in the most cases without consideration the roughness of the workpiece, in other cases the roughness is considered only as two-dimensional semicircular or triangular periodic pattern. In other studies to simulate three-dimensional roughness, the two dimensional case is extruded. In this paper, a new way to simulate three-dimensional random roughness was used to simulate the ball burnishing process obtaining the final roughness and residual stresses distribution in the surface and below it. For the simulation, a commercial explicit FEA Software was used considering a bilinear material model. The finite element model of ball burnishing process was validated with experimental test and the methodology of this simulation process is presented.

KEYWORDS: burnishing, surface roughness, FEM simulation.

STRESZCZENIE: Nagniatanie jest procesem stosowanym w celu poprawy powierzchni, który zapewnia ściskające naprężenia szczątkowe i wzrost twardości w warstwie wierzchniej przedmiotów obrabianych. Według aktualnego stanu wiedzy w kilku przypadkach do symulacji procesu nagniatania używano MES, jednakże w większości przypadków nie uwzględniono chropowatości powierzchni przedmiotu obrabianego, a w innych chropowatość była traktowana jako dwuwymiarowy powtarzalny kształt półokrągły lub trójkątny. W innych badaniach, do symulacji chropowatości trójwymiarowej użyto modelu powstałego przez wyciągnięcie przypadku dwuwymiarowego. W niniejszej pracy użyto nowego sposobu symulacji stochastycznej chropowatości 3D do symulacji procesu nagniatania uzyskując końcową chropowatość powierzchni i końcowy rozkład naprężeń szczątkowych na powierzchni i pod nią. Do symulacji użyto komercyjnego oprogramowania MES z jawnym całkowaniem równań ruchu z uwzględnieniem dwuliniowego modelu materiału. Model procesu nagniatania otrzymany metodą elementów skończonych został potwierdzony badaniami eksperymentalnymi. Metodologia procesu symulacji została przedstawiona w artykule.

SŁOWA KLUCZOWE: nagniatanie, chropowatość powierzchni, symulacja MES.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.79

ABSTRACT: Intermetallics are materials offering wide variety of interesting properties, such as high hardness, high chemical resistance, shape memory or hydrogen storage ability. However, the synthesis and processing of intermetallic compounds by common metallurgical techniques is often very problematic. In this paper, the modern techniques involving non-conventional processes of powder metallurgy, reactive sintering and mechanical alloying, are presented. In the field of application, novel directions are linked – the use of intermetallic-based materials as surgical implants or tool materials.

KEYWORDS: intermetallics, intermetallics-based composite materials, reactive sintering, mechanical alloying, applications of intermetallics, implant materials.

STRESZCZENIE: Materiały na osnowie faz intermetalicznych oferują szeroką gamę interesujących właściwości, takich jak wysoka twardość, wysoka odporność chemiczna, pamięć kształtu i zdolność do przechowywania wodoru. Jednakże synteza i wytwarzanie związków międzymetalicznych zwykłymi technikami metalurgicznymi jest często bardzo problematyczna. W niniejszej pracy zaprezentowano nowoczesne techniki obejmujące niekonwencjonalne procesy metalurgii proszków, spiekania reaktywnego i mechanicznego stopowania Wskazano nowe zastosowania materiałów na osnowie faz intermetalicznych, takie jak implanty chirurgiczne czy materiały narzędziowe.

SŁOWA KLUCZOWE: materiały na osnowie faz intermetalicznych, spiekanie reaktywne, stopowanie mechaniczne, zastosowanie materiałów na osnowie faz intermetalicznych, materiały na implanty.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.80

ABSTRACT: The paper presents the characteristic of combustion by-products which are fly ashes from coal combustion in pulverized-fuel boilers. The results of the studies of fly ashes from the Skawina SA power plant are presented. The research was conducted to show the possibility of using fly ash for the production of modern materials such as absorbents and zeolites and geopolymer binder. Physical and chemical properties of fly ashes, their grain morphology and particle size distribution are presented in the paper. A process for the preparation of zeolites and geopolymers based on fly ash is described and the results of certain properties of these materials are presented. The study contains a series of microscopic images of the structures of zeolites and geopolymers based on fly ash.

KEYWORDS: coal combustion by-products, fly ashes, geopolymer, zeolite.

STRESZCZENIE: W pracy zaprezentowano wyniki badań ubocznych produktów spalania węgla jakimi są popioły lotne ze spalania węgla w kotłach pyłowych. Badania prowadzono pod kątem możliwości wykorzystania popiołów lotnych do produkcji nowoczesnych materiałów takich jak sorbenty i zeolity oraz spoiwa geopolimerowe. Przedstawiono wybrane właściwości popiołów lotnych z krajowych elektrociepłowni. Opisano sposób wytwarzania zeolitów oraz geopolimerów na bazie popiołów lotnych a także przedstawiono wyniki badań określonych właściwości tych materiałów. Opracowanie zawiera szereg zdjęć mikroskopowych otrzymanych struktur na bazie popiołów lotnych.

SŁOWA KLUCZOWE: produkty spalania węgla, popioły lotne, geopolimer, zeolit.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.81

ABSTRACT: Several isotropic and anisotropic surface topographies were analysed. Surface measurements were made using white light interferometer Talysurf CCI Lite, version 2.8.2.95. All surfaces were measured with different light intensity. Light intensity was changed in the range 10%–90% every time at 5%. After measurement each surface was levelled and non-measured points were filled up. Parameters from ISO 25178 group and parameters from the Sk family were calculated. Parameters were calculated using the software Talymap Gold, version 6.0. Influence of light intensity on the change of surface topography parameters was analysed.

KEYWORDS: surface topography, light intensity, optical profilometer, surface roughness.

STRESZCZENIE: W pracy badano wpływ doboru natężenia oświetlenia na wyniki pomiarów parametrów chropowatości, jak również wpływ tegoż natężenia na ilość punktów niezmierzonych z wykorzystaniem interferometru światła białego Talysurf CCI light. Badaniu poddano zarówno próbki anizotropowe (szlifowane), jak i izotropowe (kulowane). Natężenie oświetlenia zmieniano w zakresie od 10 do 90% każdorazowo co 5%. Określono wpływ zmiany natężenia oświetlenia na jakość pomiaru oraz na zmianę wartości parametrów chropowatości.

SŁOWA KLUCZOWE: topografia powierzchni, natężenie oświetlenia, profilometr optyczny, chropowatość powierzchni.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.82

ABSTRACT: Composites are used for many different products in numerous industries applications. They satisfy the demand for new materials which combine dissimilar materials and represent properties which are not achievable by separate material. Among of them are ceramic matrix composites, especially with metal phase. Different systems have been developing. During the last years the composites with Al₂O₃, ZrO₂ ceramic matrix and metals as Ni, Mo, Cu, W, Co have been intensively studied.
Metallic particles embedded into ceramic matrix improved mechanical properties such as the toughness, the hardness and the wear resistance. Moreover, other properties as magnetic or electrical of ceramic-metal composites can be significantly changed. Because of that, ceramic- metal composites are considered as structural and functional materials.
The final properties of ceramic-metal composites depend on their microstructure, which should be optimize by the design of metal size and distribution into ceramic matrix and selection of the fabrication method.
This paper attempts to review the microstructures of ceramic-metal composites based on own experimental results. The following issues will be discussed: design the metal particles distribution into ceramic matrix, opportunities of processing in creating microstructures and fabrication of composites with complex shape and high dimensions, interactions in ceramic/metal interfaces, toughening mechanisms and properties of composites.

KEYWORDS: ceramic-metal composite, ceramic matrix composite, microstucture, fabrication of composites, functional materials, metal particles distribution, properties of composites.

STRESZCZENIE: Z kompozytów wykonywane są elementy wykorzystywane do różnych zastosowań przemysłowych. Wynika to z możliwości uzyskania w nich właściwości nie spełnianych przez pojedynczy materiał. Wśród kompozytów o osnowie ceramicznej intensywne prace prowadzone są nad kompozytami z wprowadzoną faza metaliczną. Do częściej badanych układów zalicza się ceramikę Al₂O₃ oraz ZrO₂ w połączeniu z metalami jak Ni, Mo, Cu, W czy Co.
Wprowadzenie cząstek metalu do osnowy ceramicznej zapewnia zwiększenie odporności na kruche pękanie przy zachowaniu wysokiej twardości. Jednocześnie inne właściwości, jak elektryczne czy magnetyczne, mogą być modyfikowane. Dlatego też coraz częściej kompozyty ceramika-metal są postrzegane jako materiały o możliwości zastosowania jako konstrukcyjne i funkcjonalne. Właściwości kompozytów ceramika-metal zależą od ich mikrostruktury, która powinna być optymalizowana poprzez proces projektowania rozmiaru i rozmieszczenia cząstek metalu w osnowie ceramicznej oraz dobór metody wytwarzania.
W artykule przedstawiono przegląd mikrostruktury kompozytów ceramika-metal bazując na własnych pracach w tym zakresie. Analizowano sposób rozmieszczenia cząstek metalu w osnowie ceramicznej, zalety metod wytwarzania pozwalające na wykonywaniu złożonych kształtów próbek kompozytowych oraz o dużych rozmiarach. Omówiono oddziaływania na granicy międzyfazowej ceramika/metal oraz mechanizmy odpowiedzialne za wzrost odporności na kruche pękanie, jak i właściwości kompozytów.

SŁOWA KLUCZOWE: kompozyt o osnowie ceramicznej, kompozyt metalowo-ceramiczny, mikrostruktura, materiał funkcjonalny, rozmieszczenie cząstek metalu, właściwości kompozytów.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.83

ABSTRACT: From the time when the method of a monolayer graphene preparation was published the scientific activity concerning the properties, production and application of this special form of carbon is very intensive. Graphene is two dimensional (2D) crystalline material, stable in a wide temperature range, possessing unusual electronic,electrical, thermal and mechanical properties. Graphene and the graphene oxide properties may be used in the range of the metal matrix composites, in which case graphene particles may improve electrical and thermal conductivity or/and strength of the material. The paper presents results of the studies concerning application of the high pressure torsion, one of the method of intensive deformation of metals to the powders consolidation to the homogenous composite metal-graphene structure. The aluminum and copper - graphene compositions were investigated. It was found that mechanical alloying as the preliminary step increased density and microhardness of the samples achieved by the High Pressure Torsion. As a result small, thin and round samples of composites and similar metallic samples not containing graphene, about 10 mm in diameter were achieved. The X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (ТЕМ), Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were applied to study structure and analyze graphene content and atomic bonds. The Raman spectroscopy proved the presence of the multilayer graphene which could also be identified as the defected nano-graphitc as a component of the composite structure. In case of the Al-graphene composites small content of the aluminum carbides was detected as well. The metallic matrices of the samples revealed highly dispersed microstructures transmission electron microscopy show, in dependence on the number of rotations applied in the High Pressure Torsion process, leading to the increased plastic deformation of the consolidated material. The XPS method revealed increased amount of the carbon-metal and carbon- metal- oxygen atomic bonds in the case of the metal-graphene composites, suggesting partial transformation of the multilayer graphene in the graphene due to the high range of deformations applied.

KEYWORDS: high pressure torsion, metal-graphene composite, mechanical alloying, structure study.

STRESZCZENIE: Praca przedstawia wyniki badań dotyczących próbek z proszku aluminium i kompozytów aluminium–grafen, wytworzonych w dwóch etapach: mechanicznej syntezy mieleniem i intensywnego odkształcenia metodą skręcania pod wysokim ciśnieniem. Wytworzono próbki w postaci okrągłej, o średnicy około 10 mm, charakteryzujące się znaczną jednorodnością mikrostruktury w przekroju. Zastosowanie wstępne mechanicznej syntezy podniosło mikrotwardość próbek i stopień kompresji. Dodatek grafenu nie miał wpływu na te parametry. Przeprowadzono badania metodami transmisyjnej mikroskopii elektronowej, spektroskopii Ramana i spektroskopii fotoelektronów XPS. Wyniki transmisyjnej mikroskopii elektronowej i spektroskopii Ramana wskazują na równomierne rozłożenie cząstek grafenu na powierzchni ziaren matrycy. Zwiększenie odkształcenia ścinającego w metodzie skręcania pod wysokim ciśnieniem prowadzi do silniejszego rozdrobnienia struktury matrycy i cząstek grafenu. Jak wynika ze spektroskopii Ramana, wprowadzony grafen może być zakwalifikowany jako grafen wielowarstwowy, zdefektowany. Konsolidacja przy pomocy intensywnego odkształcenia skręcaniem pod wysokim ciśnieniem zwiększa zdefektowanie i dyspersję grafenu oraz prawdopodobnie zwiększa zawartość grafenu o małej ilości warstw. Metoda XPS wskazuje na powstawanie wiązań atomowych węgiel–glin i zmniejszenie udziału wiązań węgiel-węgiel i glin-glin. Stwierdzono także tworzenie się niewielkiej ilości węglików aluminium.

SŁOWA KLUCZOWE: skręcanie wysokociśnieniowe, kompozyt metal-grafen, stopowanie mechaniczne, analiza struktury.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.84

ABSTRACT: This article presents the result of the study of the properties of silicon nitride-molybdenum cutting tools. It describes the technological process of manufacturing composites with the use of Spark Plasma Sintering as the consolidation method. Obtained composites are characterized with high relative density and high values of Vickers hardness and fracture toughness. Dry machining tests performed on cast iron (ACO Eurobar GG FP) shows that produced cutting tools are characterized with good cutting performance comparable with commercial cutting tool. Si₃N₄ cutting tool edges wear uniformly without cracking or chipping.

KEYWORDS: silicon-nitride-molybdenum cutting tool, consolidation method, SPS, cast iron machining, dry machining, cutting performance.

STRESZCZENIE: Artykuł prezentuje proces technologiczny wytwarzania ostrzy skrawających na osnowie azotku krzemu z dodatkiem molibdenu oraz wyniki badań ich podstawowych właściwości. Konsolidacja mieszanin proszkowych została przeprowadzona z wykorzystaniem metody Spark Plasma Sintering (SPS). Otrzymane kompozyty charakteryzują się wysoką gęstością względną oraz wysokimi wartościami twardości Vickersa i odporności na kruche pękanie. Przeprowadzone próby skrawania na sucho żeliwa (ACO Eurobar GG FP) wykazały, że wytworzone ostrza skrawające charakteryzują się wysoką wartością czasu życia ostrza, a ich zużycie przebiega w sposób równomierny bez widocznych pęknięć i wykruszeń.

SŁOWA KLUCZOWE: narzędzie z azotku krzemu-molibdenu, konsolidacja, SPS, obróbka żeliwa, obróbka na sucho, wydajność skrawania.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.85

ABSTRACT: The study concerns the influence of nickle-coated graphene (GnNi) addition to alumina matrix and its impact on cutting performance of obtained composites. Nickel-coated graphene was mixed with alumina powder and consolidated using Spark Plasma Sintering (SPS) method. Influence of modified nano-filler and sintering method on cutting performance and physical such a density, hardness and fracture toughness was analyzed. Obtained composites were formed into cutting tool and subjected to machining tests. Cutting tools life and the surface roughness were investigated for 4 different tests. The results were compared with commercial cutting tools showing good cutting performance.

KEYWORDS: ceramic cutting tool, graphene, cutting performance, machinability test.

STRESZCZENIE: Niniejszy artykuł omawia działanie dodatku grafenu pokrywanego niklem (GnNi) na osnowę tlenku glinu oraz jego wpływ na właściwości skrawne otrzymanych kompozytów. Grafen pokrywany niklem został wymieszany z proszkiem tlenku glinu i skonsolidowany z użyciem metody Spark Plasma Sintering (SPS). Przeanalizowano wpływ zmodyfikowanego nano-wypełniacza oraz metody spiekania na właściwości skrawne oraz takie właściwości fizyczne jak gęstość, twardość oraz odporność na kruche pękanie. Z otrzymanych kompozytów uformowano narzędzia skrawające, które poddano następnie próbom skrawania. Zbadano długość życia ostrza oraz chropowatość powierzchni dla kompozytu z najlepszymi właściwościami mechanicznymi (1% wag. dodatku GnNi). Wytworzone ostrza skrawające charakteryzowały się właściwościami skrawnymi na tym samym poziomie co ostrza komercyjne.

SŁOWA KLUCZOWE: narzędzie skrawające ceramiczne, grafen, właściwości skrawne, test skrawalności.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.86

ABSTRACT: The simulation was aimed to determine the effect of resistivity, one of the parts of the heating element on the temperature distribution in the sample during the sintering process in the Bridgman-type toroidal apparatus.
Calculations were performed using finite element method (FEM). Geometric model which mapped graphite heating element, the sintered material and mineral-polymer gaskets, which fulfill the role of a pressure medium, as well as electrical and thermal insulator was used. Heating in the model is realized by the flow of electric current which changes as a function of time, corresponding to the actual values occurred during the sintering process. Model was calibrated on the basis of the measurement results, in which the registered temperature changes caused by changes in the electric power in time. The calibrated model showed a good agreement with experimental data.
Then, a series of analyzes were performed in which the resistivity of one of the parts of the graphite heating element was progressively increased. Comparison of obtained temperature distribution results indicate, that the use a material of higher resistivity, leads to a reduction of the power required to obtain the expected temperature. However, it can negatively influence on temperature distribution in the sample during the sintering process.

KEYWORDS: Bridgman anvil, toroidal anvil, heating element resistivity, graphite heating element, HPHT sitering, temperature distribution.

STRESZCZENIE: Przeprowadzona symulacja miała na celu określenie wpływu rezystywności jednej z części składowych elementu grzejnego na rozkład temperatury w próbce w trakcie procesu spiekania w toroidalnym kowadle Bridgmana. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych (MES) i wykorzystano w nich model geometryczny, odwzorowujący grafitowy element grzejny, w którym umieszczony był spiekany materiał, oraz otaczające go kształtki mineralno–polimerowe, pełniące równocześnie rolę medium przenoszącego ciśnienie i izolatora elektrycznego i cieplnego. Nagrzewanie w modelu było wywołane przepływem prądu elektrycznego, którego moc odpowiadała rzeczywistym wartościom stosowanym podczas procesów spiekania z wykorzystaniem urządzenia wysokociśnieniowo-wysokotemperaturowego - HPHT (High Pressure High Temperature). Kalibrację modelu, wykonano w oparciu o wyniki pomiaru, w którym rejestrowane były zmiany temperatury wywołane zmianami mocy prądu w czasie. Skalibrowany model, wykazywał dobrą zgodność z danymi doświadczalnymi. Wykonano szereg analiz, w których rezystywność jednego z elementów składowych grafitowego elementu grzejnego była stopniowo zwiększana. Porównanie uzyskanych wyników rozkładu temperatury wskazuje, że zastosowanie materiału o wyższej rezystywności prowadzi do obniżenia mocy potrzebnej do uzyskania żądanej temperatury, jednak może niekorzystnie wpływać na jej rozkład w próbce podczas procesu spiekania.

SŁOWA KLUCZOWE: kowadło Bridgmana, kowadło toroidalne, rezystywność elementu grzejnego, grafitowy element grzejny, spiekanie HPHT, rozkład temperatury.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.87

ABSTRACT: The work presents characteristics and practical application of Spindle Error Analyzer, an innovative bespoke diagnostic system, designed for precision measurement of spindles used in high-precision CNC machining centers. Conducted tests exemplify that the process of diagnostics without high-precision and effectiveness methods and tools would be difficult. This results from high efficiency and kinematic standards and design complexity of modern machines. Modern engineering machines are equipped in spindles of increasing velocity capability and simultaneously accuracy of rotation, which therefore requires higher-precision bearings and headstock. Spindle bearings determine the geometric accuracy of axes of rotation, the setting of a rotating element, and are for those reasons the main contributing factor to the total error motion. Major applications of the system include: real-time monitoring of the spindle technical condition, potential spindle problem verification, spindle damage recognition (bearings, etc), evaluation of spindle condition at the stage of in-house testing and acceptance tests, verification of working order following crash. The present work analysed the capabilities and efficiency of precise detection of error motions (axial and radial) of the machine tool spindle and unique results of errors, measured by innovative Spindle Error Analyzer.

KEYWORDS: spindle errors, diagnostics of CNC machine tools, monitoring of the spindle condition, geometric accuracy of axes of rotation.

STRESZCZENIE: Wrzeciono jest jednym z najważniejszych zespołów funkcjonalnych każdej obrabiarki skrawającej do metali. Wrzeciona i elektrowrzeciona współczesnych obrabiarek sterowanych numerycznie są skomplikowanymi układami mechatronicznymi napędu ruchu głównego. Od ich dokładności zależy jakość wytwarzanych części, a także wydajność obróbki, trwałość i dokładność całej obrabiarki CNC. Ich łożyska decydują o dokładności położenia osi obrotu, ustaleniu elementu wirującego i przenoszeniu sił skrawania. Jednocześnie należy stwierdzić, że ultraprecyzyjne i wysokoobrotowe wrzeciona należą do najbardziej kosztownych elementów obrabiarki CNC. Ich kontrola, diagnostyka i właściwa eksploatacja jest kluczowym zadaniem w każdym zakładzie przemysłowym. Diagnostyka dynamiczna wrzecion jest możliwa między innymi dzięki analizatorom błędów wrzecion. Jednym z nich jest wykorzystany w pracy (zaprojektowany specjalnie na potrzeby oceny dokładności wrzecion stosowanych w precyzyjnych obrabiarkach CNC) SPINDLE ANALYZER firmy IBS Precision Engineering. Z analiz literatury wynika, że na dokładność obróbki wpływa nie tylko dokładność geometryczna obrabiarki, ale także zmienne w czasie obróbki błędne ruchy zastosowanego wrzeciona. W świetle obserwowanych trendów w konstrukcji obrabiarek i obróbki skrawaniem, stale dąży się do zwiększania prędkości skrawania i zwiększania możliwości wrzecion do osiągania coraz to wyższych prędkości obrotowych. Odgrywają one szczególnie ważną rolę w przypadku obróbki z dużą prędkością obrotową. Badania statyczne (przy nieruchomym wrzecionie lub przy wolnych obrotach) stają się niewystarczające do oceny odchyleń wrzeciona, które zachowuje się zupełnie inaczej w uwzględnianych w pracy warunkach dynamicznych, przy bardzo dużej wartości prędkości obrotowej. Przedstawione w pracy rozkłady całkowitych błędnych ruchów promieniowych synchronicznych i asynchronicznych oraz całkowitych mierzonych przemieszczeń promieniowych w warunkach wysokich obrotów pozwalają ocenić pośrednio stan łożysk, luzy, niedostateczną sztywność czy też niewyważenie.

SŁOWA KLUCZOWE: błędy wrzeciona, diagnostyka obrabiarek CNC, nadzorowanie stanu wrzeciona, dokładność geometryczna osi obrotu.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.88

ABSTRACT: Ceramic borides materials have a unique properties such as high hardness, Young Modulus, chemical and oxidation resistance and high melting point. Particularly diborides are characterized by stability, thanks to strong chemical bonds and relations about atomic radius between metal and boron. Tantalum diboride have also high density and melting point above 3000°C. This properties makes TaB₂ potentially useful in application including defense and chemical industries, cutting tools, machine parts working at high temperatures. These applications requires to check selected properties of materials at high temperatures. This paper presents results of tribological research of tantalum diboride, using ball-on-disc method. The starting material is a sinter of TaB₂ obtained by reactive sintering using SPS method. Sintering parameters were 2100°C and 30 minutes. Obtained material has an apparent density of 11.22 g/cm³, the Young's modulus of 500 GPa and Vickers hardness of 19.5 GPa. Friction coefficient and wear indicator were determined. The tests were carried out in the range from room temperature up to 800°C. Microscopic observations and Vickers hardness after tribological tests were carried out. Friction coefficient of tantalum diboride compact at temperatures ranging from room temperature to 600°C was in the range from 0.57–0.75. Temperature increase to a value of 800°C resulted in a significant decrease in the value of the tested coefficient to 0.16. Wear rate of tantalum diboride samples decreased gradually with temperature increase of tribological tests (from 284 through 260 to 173 mm³/N·m). However at a temperature of 600°C and 800°C there was a rapid decrease in the wear ratio to the value of 32 mm³/N·m and 52 mm³/N·m.

KEYWORDS: transition-metal borides, tantalum diboride, tribological research, ceramic sinter.

STRESZCZENIE: Materiały ceramiczne o osnowie borków metali przejściowych charakteryzują się wysokim modułem Young’a i twardością, odpornością na działanie czynników chemicznych, odpornością na utlenianie, a także wysoką temperaturą topnienia. Szczególnie dwuborki metali grup IV, V i VI charakteryzują się trwałością ze względu na silne wiązania chemiczne. Dwuborek tantalu odznacza się dużą gęstością 12,65 g/cm³ oraz temperaturą topnienia powyżej 3000°C. Właściwości te determinują zastosowanie tego materiału w przemyśle zbrojeniowym, chemicznym oraz na narzędzia skrawające i części maszyn pracujące w wysokich temperaturach. Praca dotyczy badań właściwości tribologicznych dwuborku tantalu metodą ball-on-disc w temperaturach od pokojowej do 800°C. Materiał do badań stanowiły spieki dwuborku tantalu wytworzone metodą spiekania reakcyjnego SPS z mieszaniny proszków tantalu i boru. Procesy spiekania prowadzono w temperaturze 2100°C w czasie 30 minut. Otrzymane materiały charakteryzowały się gęstością 11,22 g/cm³, modułem Younga 500 GPa i twardością 19,5 GPa (HV1). Wyznaczono wartości współczynnika tarcia i wskaźnika zużycia w temperaturach pokojowej, 200°C, 400°C, 600°C, 800°C. Po przeprowadzonych testach tribologicznych powierzchnie próbek zostały poddane obserwacjom za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz mikroanalizie rentgenowskiej EDS, a także pomiarom twardości. Współczynnik tarcia spieku dwuborku tantalu w temperaturach z zakresu od pokojowej do 600°C mieścił się w zakresie od 0,57 do 0,75. Podwyższenie temperatury do wartości 800°C spowodowało znaczący spadek badanego współczynnika do wartości 0,16. Ponadto stwierdzono obniżenie stopnia zużycia próbek dwuborku tantalu wraz ze wzrostem temperatury prób tribologicznych (od 284 przez 260, do 173 mm³/N·m). Zużycie tribologiczne próbek z dwuborku tantalu po próbach w temperaturze 600 i 800°C mieściło się w zakresie od 28,19 mm³/N·m do 52,20 mm³/N·m.

SŁOWA KLUCZOWE: borki metali przejściowych, dwuborek tantalu, test tribologiczny, spiek ceramiczny.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.89

ABSTRACT: Gaussian filter is currently included in all programs which analyze measured data. This type of filtration is commonly used around the world. ISO standard series about Gaussian filtering were published – especially ISO 4288 – therefore it is well described and known, but still exist threat, that it could be inadequately use by untrained personnel from industry and laboratories. Improper usage of Gaussian filtration can completely deform surface image and understate (most often) or overstate calculated parameters. The purpose of this paper is to show effects of improper application of the Gaussian filtration. Remind rules of selection Gaussian filter parameters and derogation of those rules. Measurements were performed with use contact profilometer TOPO 02, equipped with diamond stylus probe. Tip of the probe was cone-shaped with 60 degrees angle and radius equal 2 μm. Surfaces after grinding, eroding and milling were measured. Gaussian filtration with different cut-off wavelengths: 0,25 μm, 0,8 μm and 2,5 μm was applied. Chosen height roughness profile parameters were calculated. Roughness profile graph and areal material ratio curve were analyzed.

KEYWORDS: Gaussian filtration, Gaussian filter parameters, profilometer.

STRESZCZENIE: Filtr Gaussa jest powszechnie stosowany na całym świecie i zawarty we wszystkich programach analizujących zmierzone dane. Opublikowano serię norm ISO dotyczącą filtracji Gaussa (jedna z ważniejszych – ISO 4288), dlatego jest ona dobrze scharakteryzowana, ale w dalszym ciągu istnieje obawa, że może być stosowana w nieodpowiedni sposób przez personel laboratoryjny oraz związany z przemysłem. Niewłaściwe użycie filtracji Gaussa może całkowicie zniekształcić obraz zmierzonej powierzchni oraz zaniżyć (najczęściej) lub zawyżyć wartości obliczanych parametrów chropowatości. Celem tego referatu jest przedstawienie efektów niewłaściwego zastosowania filtracji Gaussa, przypomnienie zasad doboru parametrów filtru Gaussa, a także pokazanie odstępstw od tych wytycznych. Pomiary przeprowadzono z użyciem stykowego profilometru TOPO 02, wyposażonego w diamentową końcówkę pomiarową. Wykorzystano końcówkę pomiarową w kształcie stożka o kącie wierzchołkowym – 60° oraz promieniu równym 2 μm. Zmierzono powierzchnie po: szlifowaniu, elektroerozji oraz frezowaniu. Zastosowano filtr Gaussa z następującymi długościami fali cut-off: 0,25 μm, 0,8 μm oraz 2,5 μm. Obliczono wybrane wysokościowe parametry profilu chropowatości. Analizie poddano wykres profilu chropowatości oraz krzywą przestrzennego udziału materiałowego.

SŁOWA KLUCZOWE: filtracja Gaussa, parametry filtru Gaussa, profilometr.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.90

ABSTRACT: In this work technological properties of ceramic slurries based on aluminium III oxide were characterized. Alumina with two different granulation (030# and 200#) in ratio (50%–50%, 35%–65% and 65%–35% by weight) was used for preparation ceramic slurries. Solid phase was 72.5% by weight. Technological properties like viscosity, dynamic viscosity, pH plate weight test and density were investigated. For characterization alumina SEM images, chemical composition and grain size, Zeta potential were done. Aluminium III oxide based ceramic slurries had very promising properties and there are very perspective for future application.
Financial support of Structural Funds in the Operational Programme - Innovative Economy (IE OP) financed from the European Regional Development Fund - Project "Modern material technologies in aerospace industry", No. POIG.01.01.02-00-015/08-00 is gratefully acknowledged.

KEYWORDS: ceramic slurry, aluminium III oxide, technological properties.

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono wyniki właściwości technologicznych mieszanek ceramicznych na bazie tlenku glinu. Do przyrządzenia mas lejnych użyto Al₂O₃ o dwóch różnych gradacjach (030 mesh i 200 mesh) w proporcji (50%–50%, 35%–65% i 65%–35% wagowych). Zawartość fazy stałej wynosiła 72,5% wagowych. Właściwości technologiczne takie jak lepkość, lepkość dynamiczna, pH, test płyty mosiężnej i gęstość zostały zestawione w poniższym artykule. Do charakteryzacji proszków użytych do przygotowania gęstw ceramicznych zostały wykonane badania: SEM, składu chemicznego, wielkości ziarna oraz potencjału Zeta. Mieszanki ceramiczne na bazie tlenku glinu wykazują obiecujące właściwości oraz mogą być zastosowane w przyszłej aplikacji.
Badania realizowane w ramach projektu „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym" nr POIG.01.01.02-00-015/08-00 w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (PO IG). Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

SŁOWA KLUCZOWE: mieszanka ceramiczna, tlenek glinu III, właściwości technologiczne.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.91

ABSTRACT: The aim of this study was to obtain ceramic alumina materials by using the conventional free sintering process, 2.45 GHz microwave sintering and spark plasma sintering (SPS). Technical produced by Alcoa and ultra-pure alumina produced by Atlantic Equipment Engineers was used to obtain specimens. After sintering, the materials were subjected to studies of their physical and mechanical properties and carried out SEM observation using scanning electron microscope. The effect of temperature and time of sintering on the density, Young’s modulus and Vickers hardness of Al₂O₃ ceramics was determined. Mechanical and physical properties of the obtained materials were compared between the methods of sintering. On the basis of images from scanning electron microscope was performed quantitative analysis allows to determine the degree of grain growth of alumina after sintering. Our calculations were based on classic formulas of stereology for single-phase structure. The use of advanced sintering processes allowed to receive alumina ceramic materials with good mechanical and physical properties at the time of one minute for microwave sintering to ten minutes for spark plasma sintering. The non-conventional methods for sintering ceramics primarily comprises spark plasma sintering and microwave sintering. Microwave and SPS sintering methods did not prevent grains growth of Al₂O₃, and even resulted in their growth.

KEYWORDS: ceramic alumina materials, non-conventional sintering methods, grain growth, microstructure investigations.

STRESZCZENIE: Celem przeprowadzonych badań było otrzymanie spieków tlenku glinu przez zastosowanie konwencjonalnego spiekania swobodnego, mikrofalowego przy częstotliwości mikrofal 2,45 GHz oraz spiekania metodą SPS. Do otrzymywania spieków zastosowano techniczny proszek Al₂O₃ produkowany przez Alcoa oraz ultraczysty proszek produkowany przez Atlantic Equipment Engineers. Otrzymane spieki były przygotowywane do badań właściwości fizyko-mechanicznych oraz przeprowadzenia obserwacji mikrostrukturalnych przy zastosowaniu skaningowej mikroskopii elektronowej. Określono wpływ temperatury i czasu spiekania na gęstość, moduł Younga oraz twardość Vickersa ceramiki Al₂O₃. Właściwości fizyko-mechaniczne otrzymanych spieków zostały porównane pomiędzy zastosowanymi metodami spiekania. Na podstawie obserwacji SEM wykonano ilościowe analizy i obliczenia pozwalające na określenie stopnia rozrostu ziaren tlenku glinu po spiekaniu. Nasze obliczenia były oparte na klasycznych wzorach stereologicznych dla monofazowej struktury. Zastosowanie zaawansowanych procesów spiekania pozwoliło otrzymać spieki tlenku glinu o dobrych właściwościach fizyko-mechanicznych podczas jednej minuty spiekania mikrofalowego i dziesięciu minut dla spiekania SPS. Niekonwencjonalne metody spiekania obejmują głównie metodę SPS oraz metodę mikrofalową. Metody spiekania mikrofalowego oraz SPS nie zapobiegły rozrostowi ziaren Al₂O₃, a wręcz przeciwnie wpłynęły na ich rozrost.

SŁOWA KLUCZOWE: spieki tlenku glinu, niekonwencjonalne metody spiekania, rozrost ziaren, badania mikrostruktury.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.92

ABSTRACT: The paper presents analysis of influence of parameters and conditions of grinding process using diamond grinding wheels with ceramic bond (Ba23 bis, W1) on the geometrical structure and quality of machined cemented carbides (H10S) and composite materials (BNDCC). During performed analyses there was calculated the material removal rate Qw, specific material removal rate Q’w and G coefficient. There was performed comparative analyses of achieved results for various materials. There is also presented influence of machining conditions on the material removal process efficiency and quality of surface after machining of composite materials (DDCC and BNDCC) when using non-conventional machining processes: electrodischarge wire cutting (WEDM), electrochemical machining with rotating tool electrode (RECM) and hybrid process of electrochemical-electrodischarge machining with rotating tool (R-ECDM) with grinding wheel and metal disk as the tool electrode.

KEYWORDS: cemented carbides, composite material, grinding, grinding parameters, geometrical structure of surface, hybrid machining, electrodischarge wire cutting, electrochemical machining with rotating tool.

STRESZCZENIE: W artykule przeanalizowano wpływ parametrów i warunków obróbki szlifowaniem ściernicami diamentowymi ze spoiwem ceramicznym (Ba23 bis, W1) na strukturę geometryczną powierzchni węglików spiekanych H10S oraz kompozytów (BNDCC). Topografię powierzchni obrabianej określono poprzez parametry wysokościowe, horyzontalne, obraz 2D i 3D. Obliczono wydajność ubytkową szlifowania Qw, właściwą wydajność ubytkową szlifowania Q’w oraz syntetyczny wskaźnik szlifowania G. Przeprowadzono analizę porównawczą uzyskanych wyników. Zaprezentowano również wpływ warunków obróbki na wydajność procesu oraz jakość powierzchni po obróbce kompozytów DDCC i BNDCC przy użyciu hybrydowej technologii obróbki elektrochemiczno-elektroerozyjnej (z tarczą ścierną oraz dyskiem metalowym jako elektrodami roboczymi).

SŁOWA KLUCZOWE: węgliki spiekane, materiał kompozytowy, szlifowanie, parametry szlifowania, struktura geometryczna powierzchni, obróbka hybrydowa, obróbka elektroerozyjna elektrodą drutową, obróbka elektrochemiczna narzędziem obrotowym.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.93

ABSTRACT: Recent developments in combined processes of burnishing and other treatments for enhancing surface integrity of metals and alloys for tools, machine parts and other products are presented. These treatments include laser, cryogenic, ultrasonic, vibration, electrochemical and thermal- chemical processes. Some examples of the influence of different treatments, combined with burnishing, on materials surface geometric structure and microhardness are given.
In particular hybrid laser-assisted burnishing (LAB) processes are presented. During LAB, the workpiece surface layer is temporarily and locally softened by a controllable laser beam, and then immediately processed by a burnishing tool. LAB processing and conventional burnishing experiments were conducted on different alloys, including MP35N, a multiphase superalloy, initially of 45 HRC. It is shown by these experiments that LAB can produce much better surface finish, higher surface hardness and similar compressive residual stress compared to the conventional burnishing.
Cryogenic burnishing is also discussed; the application of cryogenic cooling with liquid nitrogen during the burnishing process of the Ti-6Al-4V alloy produced the severe plastically deformed (SPD) layer of increased hardness and depth in comparison to the conventional flood-cooled or dry burnished layer.
Some results of research performed at IAMT are given; they were focused on the combined processes of burnishing and nitriding the conventional Sverker 21 and powder metallurgy (PM) Vanadis 6 tool steel grades. The results indicated that the effect of the burnishing process when applied prior to nitriding was beneficial for the surface layer properties causing an increase of nitrogen contents and hardness.
Basing on the analyses and results of investigations, synergistic effects of the above mentioned combined processes of different surface treatments and burnishing were proved.

KEYWORDS: laser assisted burnishing, cryogenic burnishing, nitriding, surface layer, surface geometric structure, metal alloy.

STRESZCZENIE: Przedstawiono w skrócie aktualny stan zagadnienia procesów łączonych obróbki nagniataniem z innymi rodzajami obróbek w celu uzyskania lepszych właściwości warstwy wierzchniej metali i ich stopów przeznaczonych na narzędzia, części maszyn i inne wyroby. Do obróbek tych należą procesy laserowe, kriogeniczne, ultradźwiękowe, wibracyjne, elektro-chemiczne i cieplno-chemiczne. Podano przykłady wpływu różnych obróbek w połączeniu z nagniataniem na właściwości struktury geometrycznej powierzchni i mikrotwardość.
W szczególności omówiono procesy hybrydowe nagniatania wspomaganego laserem (laser assisted burnishing – LAB), polegające na okresowym i lokalnym zmiękczeniu warstwy wierzchniej materiału obrabianego wiązką laserową i następującej natychmiast po tym obróbce za pomocą narzędzia nagniatającego. Procesy LAB stosowane były na różnych stopach, m.in. na wielofazowym nadstopie MP35N o twardości początkowej 45 HRC; wykazano, że pozwoliły one na uzyskanie mniejszej chropowatości i wyższej twardości powierzchni niż w przypadku stosowania konwencjonalnego nagniatania, przy podobnym poziomie naprężeń ściskających szczątkowych.
Omówiono także nagniatanie kriogeniczne, w którym stosowano chłodzenie ciekłym azotem, uzyskując na stopie Ti-6Al-4V silnie plastycznie odkształconą (severe plastically deformed – SPD) warstwę o wyższej twardości i występującej na większej głębokości niż w przypadku nagniatania konwencjonalnego z obfitym chłodzeniem cieczą obróbkową lub na sucho.
Zamieszczono wybrane wyniki badań przeprowadzonych w IZTW procesu łączonego obejmującego nagniatanie i azotowanie stali narzędziowych: konwencjonalnej Sverker 21 i proszkowej Vanadis 6. Badania wykazały istotny wzrost zawartości azotu w warstwie wierzchniej i jej twardości.
Na podstawie analiz i wyników stwierdzono synergiczny efekt zastosowania wymienionych wyżej obróbek powierzchniowych w połączeniu z nagniataniem.

SŁOWA KLUCZOWE: nagniatanie wspomagane laserem, nagniatanie kriogeniczne, azotowanie, warstwa wierzchnia, struktura geometryczna powierzchni, stop metali.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.94

ABSTRACT: Thin Ti-B coatings of 500 nm in thickness were deposited by dual beam ion beam assisted deposition method (DB IBAD) on the surfaces of sintered α-Al₂O₃ (with 1% vol. MgO) cutting inserts. Deposition of Ti-B coating was conducted in vacuum. Two beams of Ar+ ions were applied of the same energy of ~10 keV. First ion beam was directed to TiB₂ target at angle 67° and used for sputtering, the second one was directed perpendicularly to the surface of alumina substrate. XPS was applied to investigate chemical bonds in Ti-B coatings. Detailed spectra of B1s and Ti 2p indicated the presence of TiB₂, TiO₂ and B₂O₃. Mechanical properties of coated and uncoated alumina composites were examined by nanoindentation test using diamond indenter of Berkovich-type geometry, loaded in range 0.5 mN to 50 mN. The friction- wear performance of coated alumina were examined in ball-on-disc test using an alumina and a 100Cr6 steel balls as counterparts, loaded at 1 N. Cutting test was carried out in longitudinal turning of 100Cr6 steel shaft without use of any liquid coolant. Coated alumina inserts were harder and more resistant to wear than uncoated ones. The highest hardness of 45 GPa, was calculated by Oliver & Pharr method for coated sample tested under the load of 1 mN. It was almost 3 times the value calculated for uncoated substrate (16.5 GPa). The wear mechanism of Ti-B coated alumina was of abrasive type with alumina ball and of mixed abrasive and adhesive type in the case of friction contact with the steel ball. SEM observation of the surface of Ti-B coated alumina tools after turning revealed the presence of a liquid phase at the worn edge.

KEYWORDS: Ti-B coating, dual beam IBAD method, wear resistance, superalloy.

STRESZCZENIE: Powłoki typu Ti-B o grubości 500 nm zostały nałożone metodą dwuwiązkową IBAD ( ion beam assisted deposition) na powierzchnie płytek skrawających wytworzonych na drodze spiekania proszków α-Al₂O₃ (z dodatkiem 1% obj. MgO). Powłoki Ti-B nakładano w próżni (10^-4Pa), stosując dwie wiązki jonów Ar+ o tej samej energii ~10 keV. Pierwszą wiązkę jonów (rozpylającą) skierowano na powierzchnię tarczy TiB₂ pod kątem 67°, drugą wiązkę jonów skierowano prostopadle do powierzchni podłoży korundowych. Wiązania chemiczne w otrzymanych powłokach Ti-B badano metodą XPS. Zarejestrowane widma szczegółowe B1s oraz Ti2p wskazały na obecność TiB₂ oraz tlenków TiO₂ i B₂O₃. Właściwości mechaniczne podłoży z powłoką Ti-B oraz bez powłoki określono metodą nanoindentacji przy użyciu wgłębnika o geometrii Berkovicha, w zakresie obciążeń od 0,5 mN do 50 mN. Właściwości tribologiczno-zużyciowe określono w teście zużycia w geometrii kula-tarcza (ball-on-disc test) przy użyciu kulki korundowej oraz stalowej 100Cr6 (jako przeciwpróbki) przy obciążeniu 1 N. Testy skrawności przeprowadzono podczas toczenia wzdłużnego wałka ze stali 100Cr6 bez stosowania cieczy chłodząco-smarujących. Twardość i odporność na zużycie ścierne płytek z powłoką Ti-B były wyższe w porównaniu do płytek referencyjnych (bez powłoki). Najwyższą twardość 45 GPa, obliczono metodą Olivier & Phaar’a dla płytek z powłoką Ti-B przy obciążeniu wgłębnika 1 mN, co stanowiło niemal trzykrotnie wyższą wartość w stosunku do twardości zmierzonej dla podłoży bez powłoki (16,5 GPa). Zużycie płytek z powłoką w kontakcie ciernym z przeciwpróbką korundową miało charakter ścierny, a w przypadku współpracy z kulką stalową- miało charakter mieszany: ścierno-adhezyjny. Obserwacje SEM powierzchni narzędzi pokrytych powłoką Ti-B w obszarze krateru powstałego w próbie skrawności wykazały obecność fazy ciekłej na krawędzi zużytych ostrzy.

SŁOWA KLUCZOWE: powłoka Ti-B, metoda dwuwiązkowa IBAD, odporność na zużycie, nadstop.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.95

ABSTRACT: Article discusses examination of aluminizing and Hf modification impact on the microstructure and corrosion resistance of manufactured layers with use of CVD method on a substrate of nickel based superalloyNi-Cr-Co-Mo-2Ti-1.5Al. The effect of modification process on microstructure, phase and chemical composition and corrosion resistance of manufactured layers was examined. Corrosion resistance of base material and material with protective layers was also compared. The effect of Hf modifications on surface morphology and thickness of layers and corrosion resistance of substrate was demonstrated.

KEYWORDS: superalloy, NiAl layer, intermetallic layer, oxidation, layer modification, microstructure, corrosion resistance, phase composition.

STRESZCZENIE: Warstwy ochronne na bazie międzymetalicznej fazy NiAl stosowane są powszechnie do poprawy odporności na utlenianie wysokotemperaturowe odpowiedzialnych elementów turbin silników lotniczych. W pracy omówiono wyniki badań właściwości warstw NiAl oraz warstw NiAl modyfikowanych Hf oraz ich wpływu na mikrostrukturę podłoża - nadstopu niklu Ni-Cr-Co-Mo-2Ti-1,5Al. Procesy aluminiowania realizowano metodą CVD w atmosferze wodoru jako gazu nośnego. Przeprowadzono obserwacje mikrostruktury warstw oraz podłoża, badania składu chemicznego i fazowego warstw. Stwierdzono, że wytworzone warstwy wykazują ciągłość na całej powierzchni próbek, stabilność składu chemicznego i fazowego oraz nie wpływają na mikrostrukturę stopu.

SŁOWA KLUCZOWE: nadstop, warstwa NiAl, warstwa na bazie fazy międzymetalicznej, utlenianie, modyfikacja warstwy, mikrostruktura, odporność korozyjna, skład fazowy.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.96

ABSTRACT: The paper presents results of the structural studies on the composites of alumina matrix after machining processes. There were used two different methods: Electrical Discharge Machining (EDM) and Abrasive Water Jet (AWJ). The phase composition of the composite was carried out by X-ray diffraction (XRD). In order to investigate the heterogeneity of the material there were conducted additional measurements using the Grazing Incident X-ray Diffraction (GIXD) for angles of 1°, 3°, 5°, 9° and 12°. Residual stresses were determined based on the sin²ψ and grazing (g-sin²ψ) methods for the main components of the composite - alumina and silicon carbide. Analysis of the diffraction patterns performed for different X-ray penetration depths, showed that the tested material was inhomogeneous. Furthermore, depending on the treatment method (EDM or AWJ), the tested materials were shown the differences, both in the phase composition and the residual stresses values, as well.

KEYWORDS: composite of alumina matrix, structural study, X-ray diffraction, GIXD, residual stress, Rietveld refinement.

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono wyniki badań strukturalnych stopów z układu AK7-10% obj. SiC, po procesie obróbki ubytkowej z wykorzystaniem dwóch metod: elektroerozyjnej i wodnościernej. Badania składu fazowego oraz jego zmian przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w geometrii Bragga-Brentano. W celu zbadania niejednorodności materiału przeprowadzono dodatkowe pomiary w geometrii stałego kata padania (SKP – Grazing Incident X-ray Diffraction) dla kątów padania promieniowania rentgenowskiego: 1°, 3°, 5°, 9°, 12°. Przeprowadzono pomiary naprężeń własnych dla głównych składników stopów, tj. Al i SiC, które wyznaczono w oparciu o metodę g-sin²ψ.
Analiza dyfraktogramów wykonanych przy różnych głębokościach wnikania promieniowania rentgenowskiego wykazała, iż badany materiał kompozytowy jest wielofazowy i niejednorodny. Ponadto, w zależności od zastosowanej metody obróbki badanych materiałów (EDM i obróbka wodnościerna), wystąpiły różnice, zarówno w składzie fazowym, jak i w wielkościach wyliczonych naprężeń własnych.

SŁOWA KLUCZOWE: kompozyt o osnowie tlenku glinu, analiza struktury, dyfrakcja rentgenowska, geometria stałego kąta padania SKP, naprężenia szczątkowe, metoda Rietvelda.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.97

ABSTRACT: The paper presents the technique of producing metal-ceramic materials using hot isostatic pressing (HIP). The study began by determining the physico-chemical parameters of eleven powder compositions based on tungsten carbide and cobalt proposed by the technologists of the GONAR BIS Ltd. company. Using the technique of X-ray microfluorescence their chemical composition was determined. Using a variety of research techniques the grain composition has been identified. The obtained results facilitated predicting blends for HIP technique to obtain construction materials for parts of cutting tools for geotechnics. Developed HIP process uses superplasticity of titanium alloy Ti6Al4V. The sealed capsules made from this alloy allow to press the powder contained in them at a temperature selected from the range of 725°C to 1450°C which allows for the development of an industrial process in the laboratory. The resulting images of metallographic structures allowed the verification of tests of grain composition. The next stage of the work carried out in industrial conditions led to the implementation of the experimental series of profiles of the selected materials. Rectangular shapes allowed us to determine the mechanical strength of experimental connections: metal-ceramic material–solder–steel substrate.

KEYWORDS: metal ceramic composite material, hot isostatic pressing (HIP), synthesis of composite materials, grain composition, chemical composition, mechanical strength, tool for geotechnics.

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono technikę wytwarzania materiałów metalowo-ceramicznych przy wykorzystaniu obróbki cieplno-ciśnieniowej (HIP). Badania rozpoczęto od określenia parametrów fizykochemicznych jedenastu, zaproponowanych przez technologów firmy GONAR BIS sp. z o.o., kompozycji proszków opartych na bazie węglika wolframu i kobaltu. Stosując technikę mikrofluorescencji rentgenowskiej określono ich skład chemiczny. Wykorzystując różne techniki badawcze określono skład ziarnowy. Otrzymane wyniki ułatwiły wytypowanie mieszanek przeznaczonych do uzyskania techniką HIP materiałów na elementy robocze narzędzi przeznaczonych dla geotechniki. Opracowany proces HIP wykorzystuje nadplastyczność stopu tytanu Ti6Al4V. Wykonane z niego szczelne kapsuły pozwalają doprasować umieszczony w nich proszek w temperaturze wybranej z przedziału 725–1450°C, co pozwala na opracowanie przemysłowego procesu technologicznego w warunkach laboratoryjnych. Uzyskane zdjęcia struktur metalograficznych umożliwiły przeprowadzenie weryfikacji badań składu ziarnowego. Następny etap prac prowadzonych w warunkach przemysłowych doprowadził do wykonania doświadczalnych serii kształtek z wytypowanych materiałów. Prostopadłościenne kształtki pozwoliły na określenie wytrzymałości mechanicznej doświadczalnych połączeń: materiał metalowo-ceramiczny–lutowie–podłoże stalowe.

SŁOWA KLUCZOWE: kompozyt metalowo-ceramiczny, izostatyczne prasowanie na gorąco, synteza kompozytów, skład ziarnowy, skład chemiczny, wytrzymałość mechaniczna, narzędzia geotechniczne.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.98

ABSTRACT: The paper presents the results of measurements of technological clearance simple mechanism consisting of a roller and sleeve (sliding bearing type). The aim of the study is to assess the impact of process parameters selective laser sintering, mainly direction the layering sintering on the tolerance of selected normal fit in system roller-sleeve. Samples were made from polyamide powder PA 2200, printing process proceeded in plane perpendicular and parallel to their axis. The study included measurement of diameter, cylindricity, roundness and straightness deviations. Base on the research result, the influence of these parameters of the SLS process on accuracy of the elements of mechanisms type roller-sleeve were determined.

KEYWORDS: sliding bearing, selective laser sintering, technological clearance.

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono wyniki pomiarów luzów technologicznych modelowego łożyska ślizgowego wykonanego technologią przyrostową (RP). Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu parametrów procesu technologicznego selektywnego spiekania laserowego, głównie kierunku nakładania warstw, na pole tolerancji wybranych pasowań normalnych układu wałek-tuleja. Próbki wykonane zostały z proszku poliamidowego PA 2200. Proces „wydruku” próbek przebiegał w płaszczyźnie prostopadłej i równoległej do ich osi. Badania obejmowały pomiar średnicy i wyznaczenie odchyłek walcowości, okrągłości i prostoliniowości. Na podstawie wyników badań określono wpływ parametrów procesu SLS na dokładność elementów mechanizmów typu wałek-tuleja.

SŁOWA KLUCZOWE: łożysko ślizgowe, selektywne spiekanie laserowe, luz technologiczny.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.99

ABSTRACT: This paper discusses the influence of graphene oxide (GO) addition to alumina matrix and its impact on mechanical and cutting performance of obtained composites. The composites were prepared via powder metallurgy processing using the SPS method to consolidate powder mixtures. Applied method due to lowering the sintering temperature and time (in comparison to conventional sintering methods) leads to limiting the grain growth of alumina matrix. It has great impact on physical properties of produced sinters. Physical properties of Al₂O₃-GO composites such as density, hardness, Young’s modulus and fracture toughness were analyzed. The maximum value of K_IC = 3.3 MPa*m^0.5 was reached for Al₂O₃+1 wt. % GO and for that sinter dry machining tests (performed on hardened 145Cr6 steel) were made. The results show that produced cutting tools are characterized with good cutting performance comparable with commercial cutting tool.

KEYWORDS: graphene oxide, alumina matrix composite, SPS method, sintering temperature, dry machining test, cutting tool, cutting performance.

STRESZCZENIE: W artykule omówiono wpływ dodatku tlenku grafenu (GO) do osnowy Al₂O₃ na właściwości wytrzymałościowe i skrawne otrzymanych kompozytów. Materiały zostały wytworzone metodą metalurgii proszków, z wykorzystaniem do konsolidacji mieszanin proszkowych metody spiekania SPS. Zastosowana metoda pozwala na obniżenie temperatury oraz czasu spiekania (w porównaniu do konwencjonalnych metod spiekania), co prowadzi do ograniczenia rozrostu ziarna osnowy kompozytu. Ma to istotny wpływ na właściwości wytworzonych spieków.
Właściwości fizyczne kompozytów Al₂O₃-GO, takie jak gęstość, twardość, moduł Younga i odporność na kruche pękanie zostały zbadane. Maksymalną wartość K_IC = 3,3 MPa*m^0.5 osiągnięto dla kompozytu Al₂O₃ + 1 wag.% GO i ten materiał został poddany próbom skrawania. Wyniki prób skrawania pokazują, że wytworzone kompozyty charakteryzują się właściwościami skrawnymi porównywalnymi z tymi otrzymanymi dla narzędzi komercyjnych.

SŁOWA KLUCZOWE: tlenek grafenu, kompozyt o osnowie tlenku glinu, metoda SPS, temperatura spiekania, test obróbki na sucho, narzędzie skrawające, wydajność skrawania.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.100