Vývoj a konstrukční řešení kompozitních pružin

Ing. Lukáš Maňas

Doctoral thesis

Development and Construction Solution of Composite Springs

Abstract:

Kompozitní materiály jsou obecně známé již desítky let, během kterých se zasloužili o řadu praktických využití v celém spektru celosvětově produkované výroby. Takového úspěchu bylo možné dosáhnout především díky schopnosti posunout se nad limity konvenčně využívaných materiálů. Pro kompozitní materiály však může být omezující tloušťka vytvářené struktury bez jádrového materiálu, proto ani výrobci jednotlivých materiálů neuvádí, jakým způsobem a za jakých doporučených procesních podmínek silnostěnné kompozitní struktury vyrábět. Vzhledem ke skokovému posunu jednotlivých částí průmyslového sektoru, vedoucího ke hledání nových technologických a procesních postupů a také motivaci zavedených firem vyrábět nové produkty, jsou dodavatelé ochotni učit se novým, pro ně dosud neznámým materiálovým kombinacím a technologiím. Tato skutečnost pak jednotlivým firemním ale i výzkumným organizacím umožňuje naplno využívat potenciál kompozitních materiálů zejména pro udržitelnost konkurenceschopnosti a vývoji nových aplikací. Disertační práce se věnuje vývoji a konstrukčnímu řešení kompozitních pružin. Především pak pružin označovaných jako pružiny listové a parabolické. Při návrhu jednotlivých struktur jsou také uvažovány technologie, materiály a polotovary, které jsou dostupné a využitelné při sériové výrobě řešených pružných prvků. Samotnému návrhu struktur předchází ověření vyrobitelnosti součástí pomocí známých a laboratorně dostupných technologií. Práce pojednává o jednotlivých typech materiálů, jejich zpracování a využitelnosti při výrobě kompozitních struktur. Samostatně řeší také výrobu jednotlivých typů zkušebních vzorků a pružin. Okrajově se zabývá výrobou diskových a vinutých pružin. Dále je práce zaměřena na hodnocení mechanických testů vyrobených struktur a v poslední části jsou také stanoveny závěry a doporučení pro sériovou výrobu kompozitních pružných prvků.

Abstract:

Composite materials have been known for decades during which they have contributed to a number of practical applications in global scale of production. This success was achieved mainly through the ability to move beyond the limits of conventional materials. Nevertheless, the thickness of the manufactured structure may be limiting for composite materials. For this reason, manufacturers of individual materials do not state how and under which recommended process conditions to produce thick-walled composite structures. Due to the rapid growth of individual industry sectors, new technological and process procedures are being sought. The motivation of established companies to produce new products also plays a major role. From a supplier perspective, it is important to learn new material combinations and manufacturing technologies. This fact enables individual corporate and research organizations to fully exploit the potential of composite materials, in particular for the sustainability of competitiveness and the development of new applications. This dissertation thesis is focused on the research of the development and construction solution of the composite springs. Above all, springs referred to as leaf and parabolic. In the production of individual structures, technologies, materials and semi-finished products, which are available and usable in the serial production of solved flexible structures, are also considered. In the first place, the manufacturability of components is investigated using known and laboratory-available technologies. The work deals with individual types of materials, their processing and usability in the production of the composite structures. Furthermore, it deals with the production of individual types of test specimens and springs. The thesis also marginally deals with the production of disc and coil springs. Moreover, the work is focused on the evaluation of mechanical testing results of manufactured structures and in the last part also the determination of conclusions and recommendations for the serial production of composite flexible elements.

Keywords

kompozitní pružina, pružná struktura, skelné vlákno, prepreg, vytvrzovací proces, parabolická pružina, listová pružina, disková pružina, vinutá pružina

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 24. 9. 2020

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Process Engineering / Tools and Processes