Wpływ bioniki na rozwój produkcji przemysłowej

Any machine-tool or process designer by engineers is not as excellent as alive organisms, which manufactured the Nature in evolution process. Very intensive technology development encourages engineers for looking for new original solutions. Because of this fact engineers very often are looking for inspiration in natural surroundings. The bridge between solutions occurring in natural surroundings and technique create the area of knowledge named the “bionic”. In the paper the general methodology of bionic designing objects or processes and chosen applications of bionic achievements in technical area are presented.Konstrukcja żadnej maszyny i procesu technologicznego zaprojektowanego przez inżynierów nie dorównuje doskonałości organizmów żywych, które stworzyła Natura w procesie ewolucji. Prężny rozwój technologii wymusza poszukiwanie nowych racjonalnych rozwiązań. Dlatego inżynierowie coraz częściej szukają inspiracji do rozwiązywania problemów technicznych w otaczającym środowisku naturalnym. Pomost pomiędzy rozwiązaniami spotykanymi w przyrodzie i techniką tworzy rozwijającą się dziedzinę wiedzy, zwaną „bionika”. W artykule przedstawiono ogólną metodykę projektowania bionicznych obiektów i procesów oraz przykłady zastosowania osiągnięć „bioniki” w technice

Wybrane zagadnienia modelowania i praktycznego zastosowania procesu obróbki elektrochemicznej

Electrochemical machining process (ECM) can be applied for shaping advanced materials which are difficult or impossible for machining using conventional methods. In electrochemical machining the workpiece is an anode and material is removed as a result of electrochemical reactions “atom” by “atom”, without mechanical forces. This mechanism of material removal makes it possible to obtain high quality of machined surface layer with uniform properties. Very important advantage of ECM process is also the fact that there is no electrode – tool wear because the equivalent reaction to anodic dissolution is hydrogen generation on cathode surface and hydrogen can be easy removed from interelectrode gap by electrolyte flow. Because of this advantages ECM process is dynamically developed. Some aspects of ECM process mathematical modeling and practical applications are presented in the paper, taking into account literature review and author’s own research.Procesy obróbki elektrochemicznej (ECM) są stosowane do kształtowania wyrobów wykonanych z materiałów specjalnych przewodzących prąd elektryczny, trudnych lub niemożliwych do obróbki metodami konwencjonalnymi. W obróbce elektrochemicznej przedmiot obrabiany jest anodą i materiał jest usuwany w wyniku reakcji elektrochemicznych bez oddziaływania sił mechanicznych. Proces taki usuwania materiału umożliwia uzyskanie wysokiej jakości warstwy wierzchniej obrabianych wyrobów. Zaletą procesu ECM jest brak zużycia elektrody roboczej (narzędzia). Reakcją ekwiwalentną do reakcji anodowego roztwarzania jest bowiem wydzielanie się wodoru, łatwo usuwanego przez przepływający elektrolit. Stąd obecnie procesy ECM są dynamicznie rozwijane. W pracy przedstawiono niektóre problemy związane z matematycznym modelowaniem oraz aplikacją procesów ECM, z uwzględnieniem danych literaturowych i wyników badań własnych

Inspirowane biologicznie projektowanie i wytwarzanie elementów o specjalnych właściwościach mechanicznych

This paper presents a comprehensive literature survey of the potential applications of bionic achievements related to both design and manufacturing of machine elements with required functional properties. The motivation is that any machine tool or manufacturing process designed even by experienced engineers are not as excellent as the functional behaviour of plants, animals or processes occurring in natural surroundings, i.e, which have been created by nature in the evolution process. Special attention is paid to producing lightweight parts for machine tools and aerospace and automotive applications. The main aspects of design methodology, mathematical modelling, experimental testing and manufacturing are taken into account.W pracy przedstawiono analizę danych literaturowych kierunkowaną na ocenę możliwości zastosowania osiągnięć bioniki w projektowaniu i wytwarzaniu elementów maszyn o specjalnych właściwościach. Motywacją prowadzenia analizy jest przyjęcie założenia, że zarówno konstrukcja maszyny oraz procesu wytwarzania zaprojektowane nawet przez doświadczonych inżynierów nie są doskonałym w porównaniu do wytworzonych przez naturę. Dotyczy to roślin, zwierząt i procesów występujących w środowisku naturalnym podczas jego ewolucji. Uwagę szczególnie zwrócono na projektowanie lekkich elementów dla przemysłu obrabiarkowego oraz dla lotnictwa i motoryzacji. Przedstawiono również podstawowe zagadnienia metodyki projektowania, modelowania matematycznego, badań doświadczalnych oraz procesów wytwarzania

Recent developments in abrasive hybrid manufacturing processes

Recent dynamic development of abrasive hybrid manufacturing processes results from application of a new difficult for machining materials and improvement of technological indicators of manufacturing processes already applied in practice. This tendency also occurs in abrasive machining processes which are often supported by ultrasonic vibrations, electrochemical dissolution or by electrical discharges. In the paper we present the review of new results of investigations and new practical applications of Abrasive Electrodischarge (AEDM) and Electrochemical (AECM) Machining

Materials and processes for manufacturing the MEMS components

W artykule przedstawiono zarys problematyki związanej z mikro - elektro - mechanicznymi systemami, a w szczególności podano informacje dotyczące stosowanych materiałów i technologii do ich wytwarzania. Obszar zainteresowań tematyką MEMS jest bardzo duży. Układy MEMS znajdują zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia. Proces ich projektowania jest interdyscyplinarny i wymaga zastosowania specjalistycznych aplikacji. Podstawowym materiałem stosowanym w wytwarzania układów MEMS jest krzem. Obecnie identyfikowanych jest ponad 200 technologii stosowanych w wytwarzaniu MEMS, a wiele innych jest jeszcze na etapie badań laboratoryjnych.The paper presents the outline of problems connected with MEMS manufacturing, especially data related to materials and technologies applied in practice. Area of MEMS is interested very wide. MEMS have been applied almost in each branch of our life. Process of MEMS design is interdisciplinary and needs a sophisticated applications. The main material in MEMS manufacturing is silicon (Si). Nowadays over 200 special technologies are applied in MEMS manufacturing; many of other is in the stage of laboratory investigations. They are presented in this paper

Electrochemical intensification of microcutting process

W artykule przedstawiono koncepcję elektrochemicznej intensyfikacji procesu mikroskrawania. Wprowadzenie oddziaływań elektrochemicznych w warstwie powierzchniowej przedmiotu obrabianego umożliwia zmniejszenie wytrzymałości oraz twardości usuwanego materiału, co w efekcie powoduje obniżenie sił skrawania i zmniejszenie deformacji narzędzia oraz przedmiotu obrabianego. Prowadzi to do poprawy wskaźników technologicznych obróbki, umożliwiając rozszerzenie operacji mikroobróbki mechanicznej na wykonywanie struktur 3D m.in. operacjami mikrotoczenia, mikrowiercenia czy mikrofrezowania.In group of methods worked out for machining technological equipment, MEMS parts, functional prototypes and tools for micro-casting and micro-forming special attention is paid for application of microcutting and unconventional processes. The recent development is focused on 3D-shaped surfaces manufacturing. In case of microcutting the main problem during machining is connected with size effect. Significant forces in machining area limit microcutting process application to machine 3D parts made of soft materials and dimensions > 50 žm. One of effective methods to overcome these problems and achieves high performance for micromachining process is combining various physical and chemical processes into one machining process, defined as hybrid machining. One of the possibilities to decrease cutting forces is to decrease the mechanical properties by workpiece surface layer electrochemical passivation before or during cutting process. Between workpiece and additional electrode the electrolyte is supplied. When electrolyte pH and voltage are properly selected on the workpiece surface the thin oxide layer occurs. This layer is fragile and softer than core material, so can be easily removed with relatively smaller cutting forces, what increases tool life, decrease probability of tool damage, and increase accuracy of shaping by decreasing tool and workpiece deformation

Design of the test stand for electrochemically assisted microcutting process

W mikroskrawaniu, wraz ze zmniejszeniem grubości warstwy skrawanej następuje nieproporcjonalny wzrost sił skrawania. Wprowadzenie oddziaływań elektrochemicznych w warstwie powierzchniowej przedmiotu obrabianego umożliwia zmniejszenie wytrzymałości oraz twardości usuwanego materiału, co w efekcie prowadzi do poprawy wskaźników technologicznych obróbki. W artykule przedstawiono uproszczoną analizę sił podczas procesu mikrotoczenia oraz zaprezentowano projekt stanowiska do badań procesu mikroskrawania intensyfikowanego elektrochemicznie.In case of microcutting the main problem during machining is connected with size effect. Significant forces in machining area limit microcutting process application to machine 3D parts made of soft materials and dimensions > 50 m. One of effective methods to overcome these problems and achieves high performance for micromachining process is combining various physical and chemical processes into one machining process, defined as hybrid machining. One of the possibilities to decrease cutting forces is to decrease the mechanical properties by workpiece surface layer electrochemical passivation before or during cutting process. Between workpiece and additional electrode the electrolyte is supplied and the thin oxide layer occurs. This layer is fragile and softer than core material, so can be easily removed with relatively smaller cutting forces, what increases tool life, decrease probability of tool damage, and increase accuracy of shaping by decreasing tool and workpiece deformation. In the paper analysis of cutting forces, stresses and deformation during microturning process has been presented. Based on obtained information the test stand design has been described

Electrochemical machining - special equipment and applications in aircraft industry

Electrochemical machining is an unique method of shaping in which, for optimal parameters tool has no wear, surface layer properties after machining are similar to the core material and surface quality and accuracy increase together with material removal rate increase. Such advantages of electrochemical machining, besides of some ecological problems, create industry interest in the range of manufacturing elements made of materials with special properties (i.e. turbine blades of flow aircrafts engines). In the paper the nowadays possibilities and recent practical application of electrochemical machining in aircraft have been presented

The prototype of hybrid pulse generator for electrodischarge and electrochemical micromachining

W artykule omówiono podstawy sekwencyjnej mikroobróbki elektrochemiczno - elektroerozyjnej. Przedstawiono zalety wynikające z połączenie obu technologii w jednym procesie wytwarzania, a także ograniczenia w jej stosowaniu. Następnie scharakteryzowano prototyp modułowego generatora impulsów roboczych dla procesu ECM i EDM i omówiono jego podstawowe zespoły. Prototyp urządzenia budowany jest w ITMiAP Politechniki Krakowskiej.In the paper has presented prototype of hybrid pulse generator for electrodischarge and electrochemical micromachining. The combination of both process gives possibility to minimize disadvantages and emphasize advantages of electrochemical and electrodischarge micromachining processes. The generator has been in Cracow University of Technology