Materiaalien lujuus ja osien kestävyys

Transkriptio

1 Materiaalien lujuus ja osien kestävyys Kokeelliset tulokset, esimerkiksi vetokoe, eivät vastaa täysin osien kuormituksia käytännössä. Materiaalien lujuudesta vetokokeessa voidaan arvioida myös muita ominaisuuksia. Esimerkiksi leikkauslujuus teräksellä on luokkaa 0,65-0,8 x vetolujuus. Staattisen (muuttumattoman) kuormituksen kestoa voi helposti lisätä lisäämällä materiaalia. Tästä aiheutuva lisäkustannus on pienehkö. Dynaamisella kuormituksella (muuttuva kuorma ja/tai osien massa-hitaus) on väsyttävä vaikutus koneenosiin ja siten koneella on rajoitettu kestoikä. Kulumiskestävyys tarkoittaa lähinnä osien pintojen lujuutta. Äärimmäiset olosuhteet (kylmä ja kuuma) aiheuttavat yllättäviä rikkoontumisia.

2 Materiaalien ominaisuuksia Aihion eli levyn, putken, tangon tms. valmistaja takaa ja säännöllisesti kokein varmistaa toimitetun materiaalin ominaisuudet, esimerkiksi vetolujuuden. Työstö yleensä heikentää näitä alkuperäisiä ominaisuuksia (taivuttaminen, poraaminen, leikkaaminen, hitsaaminen, jne.). Lisäksi materiaali vanhenee, jolloin ominaisuudet yleensä heikkenevät. Tietyin menettelyin materiaalia voi myös nuorentaa. Myös ympäristö rasittaa materiaaleja eli ominaisuudet heikkenevät (lämpötila, kosteus, auringon säteily, ympäristön nesteet ja kaasut, jne.).

3 Uudet materiaalit Terästä jalostetaan mm. suurlujuuslaaduksi. Muovin ideana on ruiskuvalu alhainen pehmenemislämpötila ( o C) osa valmis yhdellä iskulla Puuta riittää Suomessa, mutta sen tekninen käyttöimago on vielä kehittymässä. Materiaalien kierrättäminen ja hävittäminen polttamalla lisääntyy.

4 Uusia valmistusmenetelmiä Lasertyöstö Liimaus Metallin ruiskuvalu 3D tulostus...

5 Lähtökohdat suunnittelussa kone käynnissä 24/7 tunnetut materiaalit (tasa-aineinen ym.), valmistustarkkuus riittävä rakenteita tarkastellaan pääasiassa jäykkinä kappaleina laskelmat ja teoriat ovat yksinkertaistuksia mahdollinen epävarmuus huomioidaan mm. varmuuskertoimella

6 EU:n sisämarkkina-alue 27 jäsenvaltiota 5 uutta hakijaa yhteensä n. 502 milj. asukasta Vrt. USA: 308 milj. asukasta Tiedot vuodelta 2010 [

7 CE merkinnän idea valvova viranomainen - competent authority - Suomessa useita virastoja EU valmistaja Firma Oy loppukäyttäjä ilmoitettu laitos - notified body - Suomessa mm. VTT, Inspecta, Tukes - asiakas - toinen yritys

8 CE-merkintä Tuoteluokat: I II a) II b) ja III täysin valmistajan vastuulla valmistusvaiheessa ilmoitetun laitoksen osallistuminen pakollista ilmoitettu laitos suorittaa tarkastuksen sekä suunnittelun että valmistuksen osalta

9 CE-merkintä Tekninen tiedosto: - yleinen kuvaus tuotteesta - piirustuksia, laskelmia - selityksiä piirustuksista, kaavioista - luettelo standardeista - tiedot tehdyistä tutkimuksista Muita asioita: - raaka-aineiden ja lopputuotteiden jäljitettävyys - laadunvarmistusperiaate: henkilö A suunnittelee henkilö B varmistaa - yritysten yhteistyöllä laatuketju pysyy ehjänä.

10 CE-merkintä Yleiset olennaiset vaatimukset single_market_for_goods/technical_harmonisation/ l21001_fi.htm esimerkiksi suorituskyky - saavutettava valmistajan suunnittelema suorituskyky - suorituskyky kestää: + käyttöiän + kuljetukset + varastoinnin - arvioidaan sivuvaikutukset (melu...) hallitaan riskit mm. riskianalyysin (SFS-EN1441) perusteella.

11 Riskien arviointi ja minimointi Koneen valmistajan on varmistettava, että suoritetaan riskin arviointi, jotta koneeseen sovellettavat terveys- ja turvallisuusvaatimukset voidaan määrittää. Kone on sen jälkeen suunniteltava ja rakennettava ottaen huomioon riskin arvioinnin tulokset. Riskin arviointi ja riskin pienentäminen on prosessi, jonka aikana valmistajan on määritettävä koneen raja-arvot, joihin sisältyvät tarkoitettu käyttö sekä kohtuudella ennakoitavissa oleva väärinkäyttö; tunnistettava koneen mahdollisesti aiheuttamat vaarat ja niihin liittyvät vaaratilanteet; arvioitava riskin suuruus ottaen huomioon mahdollisen vamman tai terveyshaitan vakavuus ja todennäköisyys. Arvioitava riskin merkitys. Poistettava vaarat tai pienennettävä näihin vaaroihin liittyviä riskejä soveltamalla suojaustoimenpiteitä. Valmistajan on varmentaakseen, että kone on direktiivin säännösten mukainen, sovellettava jotain direktiivin liitteissä esitetyistä vaatimustenmukaisuuden arviointimenettelyistä. [ r_goods/technical_harmonisation/l21001_fi.htm]

12 Yhteenveto CE-merkinnästä Mm. lujuuslaskelmat kannattaa suorittaa EN standardien mukaisesti. Jos käyttökelpoista standardia ei ole, tarvittavat laskelmat ja testit pitää itse laatia. Kokeellisia testejä tarvitaan varmentamaan laskelmia. Dokumentit säilytettävä tuotteen markkinoilta poistumisen jälkeen vielä 10 vuotta.

13 Miksi suunnittelutyötä tutkitaan ja kehitetään? Aikataulun laadinta ja toteutuma. Resurssien ja kustannusten arviointi. Muiden toimintojen (mm. valmistus) tahdistus ja aktivointi.

14 Tuotteen elinikä

15 Suunnittelua tehdään yhtäaikaa monella osa-alueella. [Laakko T, Tuotteen 3D-CAD-suunnittelu, 1998]

16 Suunnitteluprosessin pitää suodattaa virheet pois tuotteista. [Laakko T, Tuotteen 3D-CAD-suunnittelu, 1998]

17 Riittävä kassavirta pitää yrityksen kunnossa. [Laakko T, Tuotteen 3D-CAD-suunnittelu, 1998]

18 Suunnitteluprosessi yrityksessä [Ullman DG, The Mechanical Design Process, McGraw Hill, 1997]

19 [Ullman DG, The Mechanical Design Process, McGraw Hill, 1997]

20 Uudet keksinnöt ovat monen tekijän summa Luova yksilö (creative personality) Osaamisalat (domains of knowledge) Suorituksen arvioijat (fields of accomplishment) 99% kovaa työtä Useita keksijöitä yhtä aikaa [Csikszentmihalyi, M., Creativity, p. 27, 1996]

21 Koneensuunnittelu on myös luovaa työtä [

22 Apua tietokoneesta tekninen laskenta koneiden ohjaus (+energia) diagnostiikka, huolto ja säätö (etä)seuranta (rajoitus?) luonnosteluapu! uutuus/menestysarviointi, -yksilöinti, kustannusjahti automaattinen tuotanto