Témata
Reklama

Plasty v těžkém strojírenství

Použití plastů v těžkém strojírenství má ve srovnání s jinými strojírenskými odvětvími, orientovanými především do oblasti spotřebního zboží, své zvláštnosti. Jde většinou o aplikace podrobené velmi náročným provozním podmínkám - vysokému mechanickému namáhání včetně dynamického, vysokým teplotám, vlivu chemikálií, prašnému prostředí a často i povětrnostním vlivům.

Důležitá je i skutečnost, že ve většině případů jde o aplikace kusové nebo malosériové výroby, orientované často na velkorozměrné díly. Z těchto důvodů jejich realizace neumožňuje použití většiny běžných plastikářských zpracovatelských technologií, a do popředí tak vystupují plastové polotovary, zpracovávané třískovým obráběním, nebo polotovary odlévané, dokončované do potřebného tvaru rovněž většinou obráběním. U tvarově složitějších součástí se k jejich výrobě používají CNC stroje či jiné progresivní technologie - např. řezání vysokotlakým vodním paprskem. V některých případech lze pro individuální nebo malosériovou výrobu dílů, případně větších výrobků využít speciální laminační technologie, jako jsou např. metody ručního kladení, strojního nanášení, přesného navíjení a tažení, kterými jsou zpracovávány polymerní kompozity na bázi tvrditelných pryskyřic a výztuží ze skleněných, uhlíkových či aramidových vláken.
Reklama
Reklama
Reklama

Možnosti aplikací

Z vlastností plastů lze v těžkém strojírenství využít zejména jejich nízkého součinitele tření a otěruvzdornosti, houževnatosti v širším rozsahu teplot, elastického chování a schopnosti mechanického tlumení. Jiným důvodem použití mohou být chemická odolnost, případně elektro- nebo tepelně-izolační vlastnosti. V některých případech, zejména u konstrukcí, může hrát důležitou roli i nízká hmotnost plastů, u polymerních kompozitů pak příznivé hodnoty měrné pevnosti nebo měrného modulu, které dnes již konkurují klasickým kovovým materiálům.
Dosavadní praxe soustřeďuje použití plastů zejména do oblasti kluzných a otěruvzdorných aplikací, samonosných konstrukcí, především nádob a nádrží chemických zařízení, dynamicky namáhaných prvků a na součásti s elektroizolačními nároky.

Řešení tribologických problémů

Nejširší uplatnění nacházejí plasty při řešení tribologických problémů strojních dílů. Požadavek kluznosti, otěruvzdornosti, případně samomaznosti se týká především různých kluzných ložisek, pouzder a segmentů, ozubených kol, vaček, rolen, kladek, lanovic a jiných součástí. V oblasti dopravních systémů a linek se osvědčily kluzné vodicí profily válečkových nebo článkových řetězů, otěruvzdorné segmenty napínáků řetězů, usměrňovací nebo unášecí elementy montážních pásů a fixační prvky nosných rámů mezioperační přepravy polotovarů nebo i výrobků. Otěruvzdorné, nenasákavé slévárenské formovací desky, modely a díly zařízení pro úpravu písků jsou dalšími příklady použití plastů.
Důležitou skupinu představují otěruvzdorné a nelepivé plastové výstelky dopravních a skladovacích zařízení sypkých abrazivních hmot, jako např. uhlí, písku, cementu, energosádrovce nebo keramických a jiných materiálů. Plasty v tomto případě zabraňují nalepování, přimrzání, event. klenbování uvedených hmot na stěnách násypek, korečků velkorypadel, zásobníků, vagonů či redlerových žlabů, a zajišťují tak plynulý tok materiálů bez bezpečnostních rizik při čištění těchto zařízení.
Mezi nejvíce používané plasty s dobrými tribologickými vlastnostmi patří ultravysokomolekulární polyetylen, typy polyamidů, polyuretanové elastomery, polytetrafluoretylen a tvrzené vrstvené tkaniny na bázi fenolických pryskyřic.

Pevnostní konstrukce

Oblast pevnostních konstrukcí z plastů v těžkém strojírenství je nutno přes řadu realizovaných aplikací považovat především za perspektivní. Doposud jsou pro konstrukční účely využívány samonosné prefabrikáty jak v podobě různě profilovaných nosníků z vysoce pevných sklolaminátů vyrobených technologií tažení, tak panelů, jejichž tuhost je dosahována sendvičovou strukturou s použitím voštin nebo tvrdých lehčených plastů jako výplně. Jinou možností je uplatnění monolitních panelů opatřených žebry.
Typickými aplikacemi prefabrikátů jsou různé konstrukce žebříků, můstků, zábradlí a roštů, zejména u chemických zařízení. Náročnější profily se využívají pro halové střešní konstrukce, stožáry, sloupy a svodidla. Příkladem panelových konstrukcí jsou stavebnicově montované velkoobjemové, samonosné nádrže z žebrovaných velkoplošných panelů, vyrobených vstřikováním ze strukturně lehčeného polypropylenu.
Vytváření samonosných velkorozměrných pevnostních konstrukcí je úzce spjato s technologií přesného navíjení vláknitých kompozitů, kterou jsou dnes vyráběny velkoobjemové stacionární zásobníky, mobilní cisterny, tlakově namáhané nádoby, potrubí a roury velkých průměrů, odtahové komíny aj. Možnost výroby hranatých, kónických a kulových těles, připojování přírub a vytváření i plochých struktur touto technologií ukazuje na perspektivu daleko širšího využití u pevnostních konstrukcí také v těžkém strojírenství. Zkušenosti získané z kompozitních konstrukcí vojenských a kosmických aplikací (křídel a trupů letadel, ponorek a raket) přitom pomohou překlenout stávající nedostatek potřebných vstupních materiálových údajů.

Rázově namáhané a tlumicí prvky

Při navrhování rázově namáhaných a tlumicích strojních prvků se pozornost soustřeďuje na polymerní elastomery. Jde o skupinu plastů s vynikajícími elastickými charakteristikami a útlumovými vlastnostmi. Významné postavení mají zejména elastomery na polyuretanové bázi, které díky možnosti přípravy odléváním, vytlačováním nebo vstřikováním v široké škále tvrdosti začínají stále více konkurovat dosud používaným pryžím. Jsou vysoce odolné proti únavovému namáhání a navíc i proti účinkům abraziv, což umožňuje jejich použití ve značně znečištěních prostředích dolů, lomů, cihelen, železnic aj. Vysokou odolnost vůči abrazi demonstruje např. jejich použití na velkorozměrná síta pro třídění frakcí ostrého kameniva v lomech nebo výstelkování kontejnerů pro přepravu matic, šroubů a jiných kovových předmětů s ostrými otřepy. Tlumicích schopností polyuretanových elastomerů se využívá u bandáží pojezdových kol vysokozdvižných vozíků a jeřábů, odtahových rolen zařízení pro výrobu ocelových rour a u obložení článků pásů transportních nebo těžebních mechanismů. V praxi se rovněž osvědčily tlumicí podložky pod kolejemi železničních a tramvajových tratí. V řadě případů mohou elastomery také nahradit funkci pružin. Příkladem jsou nárazníky pojezdového jeřábu, elastomerní vložky nárazníků vagonů, anebo náhrada pružin u nástrojů na prostřihování či tvarování plechů.
V budoucnosti se i do této oblasti budou prosazovat progresivní kompozitní materiály s orientovanou výztuží, jejichž uplatnění bylo již odzkoušeno např. u pružných podvozků sportovních letadel a listových per automobilů.

Elektrotechnické a tepelné izolace

Nejstarší aplikační oblastí plastů v těžkém strojírenství jsou elektrotechnické izolace. Dodnes nacházejí uplatnění teplem tvrditelné vrstvené lamináty na bázi fenolických, epoxidových nebo polyesterových pryskyřic, používané ve formě obráběných polotovarů nebo výlisků na díly transformátorů, rozváděčů, spínačů, točivých elektrických strojů a jiných zařízení silnoproudé elektrotechniky. Zvyšování provozních parametrů těchto zařízení si vynutilo vývoj nových tepelně odolnějších pryskyřic silikonových a polyamidových, které ve spojení se skleněnými a aramidovými vyztužujícími tkaninami nebo dalšími plnivy vesměs na anorganické bázi posunuly hranice použitelnosti na 250 °C, krátkodobě až 450 °C.
V oblasti tepelných izolací patří dnes k technicky nejvýznamnějším tvrdé lehčené plasty - polystyren a polyuretany. Výhodou posledně jmenovaných je možnost jejich chemické přípravy přímo na místě použití nástřikem nebo odléváním velkoplošných venkovních nebo i podzemních izolací nádrží, potrubí a jiných strojních a chladírenských zařízení. Rozsah jejich použitelnosti je od 90 °C až do kryogenních teplot.
Z uvedeného přehledu aplikací je patrno, že i v těžkém strojírenství již plasty nacházejí významné uplatnění. Vzhledem k specifickým provozním nárokům a často vysokým ekonomickým dopadům realizovaných aplikací, se při výběru vhodných plastů a výrobních technologií doporučuje spolupráce s odborně fundovanými pracovišti a podniky. Dlouholeté zkušenosti se zaváděním plastů do strojírenství má například firma Murtfeldt Plasty, s. r. o., která disponuje širokým sortimentem polotovarů a obráběním vyrábí kusově nebo malosériově technicky náročné díly podle dokumentace zákazníků.
Článek je reprodukcí části stejnojmenné plenární přednášky na mezinárodní konferenci Metal 2001 a je dílčím výstupem projektu MŠMT "Rozvoj metod a prostředků integrovaného strojního inženýrství".
Reklama
Vydání #11
Kód článku: 11116
Datum: 07. 11. 2001
Rubrika: Výroba / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Plasty pomáhají modernizovat strojírenství

S pokračujícím vývojem nových materiálů se mění i materiálová skladba strojírenských výrobků a zařízení. V současné době si již nelze rozvoj téměř všech strojírenských odvětví bez použití plastových materiálů představit. Vývoj pak ukazuje, že plasty budou hrát ve strojírenství stále významnější úlohu.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Nové možnosti průmyslového využití plastů

Supertechnopolymery představují nejnovější a nejvyspělejší článek ve vývoji polymerových materiálů. Od tradičních plastů se liší především vysokým obsahem vyztužujících skelných vláken, případně i přítomností syntetických vláken z aramidu, která dávají supertechnopolymerům výborné mechanické i tepelné vlastnosti. Díky své vysoké odolnosti se tyto moderní inženýrské plasty stále častěji stávají vhodnou alternativou za oceli, přičemž nabízejí i řadu výhod:

Související články
Plasty a kompozity v inovaci strojírenských výrobků

Plasty a kompozity s polymerní matricí přinesly revoluci v materiálových přístupech ke konstrukci strojírenských výrobků a zařízení. Nepřetržitě probíhající materiálové inovace v oblasti plastů a kompozitů spoluvytvářejí inovativní řešení ve strojírenství. Reagují na potřeby strojírenského průmyslu a stávají se kontinuálním procesem s jasnou perspektivou do budoucna.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Lehký materiál s vysokou schopností absorpce energie

ARPRO je materiál vhodný pro řízení energie nárazu, který se vyznačuje unikátní kombinací vlastností, jako jsou schopnost absorpce energie, strukturální pevnost při velmi nízké hmotnosti, chemická odolnost, dobré tepelně- a zvukověizolační vlastnosti a recyklovatelnost.

Náhrada kovů snadno a lehce

V roce 1991 společnost EMS-Grivory uvedla na trh materiály Grivory GV a otevřela tak nové možnosti k náhradě kovů. Od té doby vývoj těchto materiálů nepřetržitě pokračuje a hranice jejich možností jsou tak neustále posouvány.

Madla s vyšší přidanou hodnotou

Sklopná madla a ruční kolečka v hygienické bílé nebo v ušlechtilé kombinaci kovů – to jsou nové produkty reagující na potřeby uživatelů.

Na povrchové úpravě záleží

V průmyslovém prostředí jsou často kladeny velmi vysoké nároky na vlastnosti jednotlivých komponent strojů a zařízení, jež jsou v provozu používána. Výrobci jsou nuceni zohledňovat specifické podmínky koncových aplikací již při samotném vývoji svých produktů – důležitá je přitom nejen konstrukce prvku, ale též užitý materiál a jeho povrchová úprava.

Normované díly pro náročné aplikace

Vysoce specializované oblasti, jako je zdravotnictví či výroba a zpracování potravin, jsou charakterizovány nejen svými nároky na hygienické vlastnosti materiálu, ale také řadou designových specifik. Jedná se zejména o hladký povrch, široké plochy bez prohlubní a spár a oblé hrany. To vše za účelem snadného čištění, dezinfekce a obecně ochrany před usazováním choroboplodných zárodků.

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Finance pro podnikání - Zaostřeno na úspory energie

„Je lepší dobrý úvěr a podpora úvěru než dotace. Jen tak se prokáže životaschopnost projektu.“ To jsou slova Ing. Vladimíra Fabera, zakladatele a dnes předsedy dozorčí rady české strojírenské společnosti FMP.

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Aditivní technologie pro Průmysl 4.0

Výrobní stroje pracující na principu aditivních technologií si generují samy vlastní výrobní strategii a dráhy. Nepotřebují zvláštní přípravu výroby. Ta spočívá pouze v umístění výrobku do výrobního prostoru stroje.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit