Department

Welcome to the website of our department

Department of Technology, Materials and Computer-Aided Technologies is part of the Institute of Technological and Materials Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Technical University in Košice. At present, the teaching area at our department is focused on available conventional and progressive technologies for the production of components in mechanical engineering as well as on the use of CAx technologies in designing and optimizing production processes. The content of the subjects is the theory and technology of machining, sheet metal forming a bulk forming, plastics processing, welding and surface treatment.

 

The content of subjects includes design of technological processes, production technology, design and construction of the tools, experimental methods in engineering technology, progressive methods of product production, design and construction of the molds for plastic moldings, simulation of melt flow into the mold cavity, mechanization and production automation. Within the application of individual methods and designs in various technological processes, we use CAD/CAM/CAE systems, simulation programs such as PAM-STAMP, SolidCAM, Moldex 3D and others. Within our workplace, we develop or participate in research in the field of forming, welding, machining, plastics processing, surface treatment, thin layers and many others in order to support the industrial environment and ensure its sustainable economic development. We always try to be accommodating and open to possible opportunities for new cooperation. In case of any information, please contact us. 

 

Come to us to study progressive study programs.

 

 

Technologies, management and innovations in mechanical engineering

Bc. study

 

bc technologies

 

          

Computer Support of Mechanical Engineering

Bc. study

bc computer

 

          

Engineering technologies

Ing. study

ing engineering

 

                                         

Computer Support of Mechanical Engineering

Ing. study

ing computer

 

          

 

There is no translation available.

Обробка поверхні термічним напиленням  

Одним із шляхів покращення функціональних властивостей деталей машинобудування є збільшення терміну їх експлуатації та працездатності шляхом створення функціонально- захисних покриттів зі значно кращими властивостями у порівнянні з основним матеріалом з використанням більш дешевих і доступних матеріалів. Покриття та способи їх утворення дуже різноманітні, існує декілька класифікацій шляхів утворення покриттів, а також класифікацій самих покриттів.Саме поняття термічного напилення включає в себе процеси, при яких нанесені матеріали нагріваються в напилювальному обладнанні або поза ним до пластичного або рідкого стану, а потім напилюються на попередньо оброблену поверхню, при цьому остання залишається нерозплавленою. На відповідним чином попередньо обробленій хімічно активній поверхі напилюється покриття на основний матеріал. Джерелом теплової енергії, необхідної для плавлення додаткового матеріалу, може бути або процес горіння, або електрична енергія. Найбільш розповсюджена класифікація розподілу термічного напилення за енергоносієм, що використовується для напилення приведена на рис. 35. Цей розділ також класифікується стандартом STN EN ISO 14921.  

33

Крім поділу термічного напилення за видом використовуваної енергії, цей процес можна розділити на наступні групи:

відповідно до етапів розвитку:

   -   традиційні процеси – за допомогою полум'я і дуги;

   -  прогресивні процеси – плазмові, детонаційні, надзвукові.

- за швидкістю потоку частинок і газів:

   -  при звукових процесах – за допомогою полум'я і дуги;

   -  процеси, близькі до швидкості звуку – плазмові;

   -  надзвукові процеси – JET KOTE, DIAMOND JET, CDS, TOP GUN.

- за операціями - ручні, механізовані, автоматизовані;

- за формою додаткового матеріалу - порошкові, напилення за допомогою розплавленої ванни, електродним дротом.

 

Принцип утворення тліючих покриттів 

Напилення нагріванням — це процес нанесення частинок для створення покриттів товщиною понад 50 мкм, де нанесений матеріал у вигляді порошку або дроту подається в пристрій, де він розплавляється, а розплавлені частинки прискорюються до поверхні основного матеріалу, рис. 36. Після удару по поверхні основого матеріалу частинки розбризкуються і швидко кристалізуються. Це створює покриття з характерною пластинчастою структурою та специфічними властивостями. 

34

При ударі розплавлених частинок, що наносяться на основний матеріал, їх кінетична енергія перетворюється на тепло і на енергію деформування. Коли частинки контактують з підкладкою, їх тепло передається локальній частині поверхні підкладки, частинки швидко охолоджуються і затвердівають. Частинки, які в польоті під дією поверхневого натягу набувають сферичної форми, при ударі об поверхню підкладки сильно деформуються і застигають у вигляді пластинок товщиною від 5 до 15 мкм. Основною складовою одиницею є деформована частинка у формі диска, рис. 37.

35

Кінетична енергія при ударі частинок викликає їх деформацію і створення значних тисків - динамічних та імпульсних. Під час розпилення імпульсний тиск очищає поверхню у місці удару, приводячи частинки матеріалу у фізичний контакт. Для оптимального з'єднання частинки з підкладкою визначальним є динамічний тиск, який діє протягом усього часу деформування та кристалізації частинок і перевищує тривалість імпульсного тиску у два-три рази. У реальних умовах швидкість розпилення частинок досягає значень від 100 до 300 м.с-1, а динамічний тиск може досягати значень від 49 до 98 МПа, протягом дії від 10-5 до 10-7 с.

Розміщення ламелей одна на одну створює покриття з характерною пластинчастою структурою, утвореною окремими деформованими частинками (вкрапленнями), з нерозплавленими або частково оплавленими частинками, порами та частинками оксиду. Отримана структура покриття показана на рис. 38. Приклад пластинчастого розташування частинок на поверхні зламу композитного покриття наведено на рис. 39.

  36

37

Ступінь деформації і тим самим форма ламелей залежить від в'язкості і змочуваності частинок рідини, їх температури, швидкості польоту і охолодження, характеру поверхні підкладки і т.д. Параметри процесу, які мають найбільший вплив на якість покриття, наведені на рис. 40.  

38

Властивості покриттів, що наносяться термічним напиленням

Міцність і твердість a tvrdosť

Міцність покриття залежить від параметрів розпилення і товщини покриття. Зі збільшенням товщини в покритті накопичуються напруження і міцність зменшується. Твердість покриттів можна збільшити в широкому діапазоні за допомогою параметрів розпилення, типу і розміру частинок матеріалу, що розпилюється. Наприклад, твердість покриттів WC становить 700-1350 HV, для покриттів Al2O3 - 1000 HV, для менш щільних покриттів - близько 700 HV.

Адгезія покриттів

Під адгезією ми розуміємо суму поверхневих сил, якими частинки різних речовин притягуються одна до одної. З точки зору технології термічного напилення, термін адгезія також використовується для позначення сили, необхідної для відриву поверхневої одиниці шару від основної підкладки. Це одна з найважливіших властивостей покриттів. 

 

Основні фактори, що впливають на зчеплення покриття з основою:

   - товщина шару;

   - температура частинок, основа і час взаємодії;

   - швидкість частинок;

   - параметри процесу розпилення;

   - попередня обробка поверхні основи.

 

На додаток до цих основних факторів, робочі параметри, такі як відстань факела від основного субстрату, тип і кількість порошку, напруга живлення та струм впливають на адгезію напилених покриттів. Застосувавши відповідний проміжний шар, ми можемо значно підвищити адгезію керамічних покриттів. Проміжні шари характеризуються хорошою адгезією до основи, а їх поверхня забезпечує хороші умови для зчеплення покриття.

Адгезія між основою і покриттям, та між частинками в покритті, тобто адгезія і когезія, виникають в результаті дії багатьох сил:

   - механічного закріплення частинок рідини в основному матеріалі;

   - застосування слабких сил фізичної взаємодії типу Ван-дер-Ваальса;

   - утворення мікрозварних швів, що призводить до утворення твердих хімічних зв’язків.

 

Матеріали для створення покриттів методом термонапилення

Для створення термонапилених покриттів використовують додаткові матеріали у вигляді дроту, порошку, стрижня. Дріт в основному використовується для створення металевих покриттів за технологією дугового або газового напилення. Особливим видом є так звані порошкові дроти, утворені плавкою оболонкою, наповненою твердими частинками карбідів, боридів тощо. Створення покриттів найчастіше здійснюється з використанням порошкових присадочних матеріалів. Додаткові матеріали за хімічним складом поділяють на:

- метал - найпростіші матеріали з додаванням металу базуються на чистому металі, переважно Al і Zn для антикорозійних цілей або Mo, оскільки він має дуже хороші властивості ковзання;,

- кераміка - їх чудовою властивістю є стійкість до зношування та теплоізоляційні властивості;,

- екзотермічні - ця група додаткових матеріалів не дуже численна. Це додаткові матеріали, наприклад на основі Ni-Al. Під час термічного напилення відбувається екзотермічна реакція, яка супроводжується виділенням тепла, що створює новий хімічний зв'язок шару NiAl. Випускаються у вигляді дроту і порошку. Їх часто використовують як проміжні шари;

- спеціальн - так звана металокераміка, наприклад 30 % NiAl + 70 % ZrO2,

- пластмаси - при застосуванні порошкоподібної пластмаси пальник повинен мати відповідну конструкцію через низьку температуру плавлення цих матеріалів;

- композиційні покриття на основі кераміки - метал і кераміка - пластик. Додавання металу, або пластичної складової покращує адгезію та експлуатаційні властивості покриттів.

 

Термічне напилення за допомогою полум’я

При розпилюванні полум'ям, джерелом тепла є полум'я, яке створюється спалюванням суміші кисень - горючий газ. Як легкозаймистий газ найчастіше використовують ацетилен через високу температуру полум'я (до 3150°С). На практиці використовують нейтральне полум'я у співвідношенні C2H2 : O2 = 1,1 : 1 а для повного згоряння ацетилену в реакції бере участь кисень атмосфери.

Розпилений матеріал подається у вигляді порошку або стрижня в газове полум'я, звідки він розплавляється за допомогою стиснутого повітря і прискорюється до підкладки. Через температуру, яку досягає полум'я безпосередньо за пальником, неможливо наносити всі види додаткових матеріалів, особливо важкоплавких, за допомогою цього методу газового напилення. Принципова схема газового напилення наведена на рис. 41.  

39

Термічне напилення електричною дугою

Електрична дуга — окремий електричний розряд у газі, що виникає між анодом і катодом. Дуга складається з катодної та анодної плями і стовпа дуги. Катодна пляма має температуру від 3200 до 3600 К, а анодна пляма — від 3600 до 4000 К. Стовп дуги досягає температури близько 6000 К, рис. 42.

 

40

Напилення плазмою 

Плазма, яку називають четвертим станом матерії, зустрічається на землі лише у виняткових випадках. Це особливий стан газів, у якому вони стають провідними завдяки іонізації своїх атомів. Для створення плазми необхідно нагріти речовину до високої температури або створити в ній електричний заряд. З підвищенням температури збільшується швидкість руху молекул, відбувається дисоціація молекул і подальша іонізація газу.

Завдяки використанню плазмового газу стиснута електрична дуга може досягати таких температур:

- воднева плазма до 8000°K,

- азотна плазма 7000°K,

- аргонова плазма 15000°K,

- гелієва плазма 20000°K.

Для пальників з газостабілізацією вплив параметрів набагато складніший. Окрім струму, напруги і швидкості плазмового пучка, тут також важливу роль відіграє кількість плазми, що подається, фокусуючого і захисного газу, форми і конструкції сопел і діаметру вольфрамового електрода. 

41

 

З функціональної точки зору до пальника подається три види газів. Плазмовий газ (6), Дивіться. рис. 43, служить для створення пучка плазми (використовується Ar, He, Ar+H2), фокусуючий газ (4) – для фокусування пучка (Ar, Ar+H2, Ar+N2) і захисний газ (2), що захищає розплавлений розпилений матеріал від впливу навколишньої атмосфери (Ar, Ar + H2, Ar + N2, CO2). 

Детонаційне розпилення

Детонаційне розпилення, рис. 44, використовує теплову і кінетичну енергію процесу згоряння газів у замкнутій камері згоряння, в яку матеріал подається у вигляді порошку. У порівнянні з газовим напиленням, воно досягає вищих температур і швидкості удару. 

 42

Під час вприскування паливні гази стискаються в камері згоряння, куди матеріал подається у вигляді порошку. Суміш газів і порошку постійно запалюються свічкою запалювання. Вибух газів нагріває та водночас прискорює частинки порошку через сопло пальника до покритої частини. Азот використовується для очищення патронника та ствола рушниці після кожного підриву. Цей процес циклічно повторюється з частотою понад 100 циклів на хвилину. 

 

Високошвидкісне термічне газополуменеве напилення – HVOF

Цей метод термічного напилення ефективно використовує високу кінетичну енергію та обмежену теплову енергію для отримання компактного покриття з низькою пористістю та високою міцністю. Деякі з цих шарів мають адгезію понад 83 МПа. Вони мають дуже дрібнозернисту поверхню з дуже низьким вмістом оксиду, і ці шари показують лише дуже низькі залишкові внутрішні напруження. По суті, метод є різновидом газового розпилення (Low Velocity Oxygen Fuel - LVOF) з використанням добавки у вигляді порошку, в якому для спрямування потоку газу використовується спеціально модифікований пальник. Загалом, система HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) характеризується нижчою тепловою енергією, але підвищеною кінетичною енергією через надзвукову швидкість димових газів і, отже, високу швидкість осадження розпилених частинок, рис. 45.

43

44

Температура полум'я (5500 К) зумовлює цю технологію напилення металів і їх сплавів з високий температурою плавлення. Типовими матеріалами для інжекції HVOF є металокераміка, найчастіше на основі карбідів вольфраму, хрому та титану. Типовими застосуваннями є покриття, стійкі до зношування та корозії у різних середовищах, рис. 46.

 

Лазерне термічне напилення

Процес лазерного напилення, рис. 47, характеризується вприскуванням порошку в лазерний промінь за допомогою відповідної порошкової насадки. Випромінювання лазерного променя розплавляє порошок. Розпилені частинки переносяться на основний матеріал під дією газу- носія та сили тяжіння. Наплавлений шар може бути захищений газовим шаром.

 

45

 

Events

Katedrovica_PPSV_2025

On 04.03.2025, an event called Katedrovica was held for our students from the PPSV Ing. 1st and 2nd year study programme. We would like to take this opportunity to thank you for the awesome atmosphere and great fun.  

fotogaléria: Katedrovica_PPSV_2025 

 


KSIT 2024 International Scientific Conference  

From 02 to 05.11.2024 the KSIT 2024 conference was held in Tály, Slovakia. It brought together experts from metallurgy, metallurgy and industry from Slovakia, the Czech Republic, Poland and Romania. The event was also a celebration of the thirtieth anniversary of the scientific journal Acta Metallurgica Slovaca.   

Photos

 


Erasmus scholarship for PhD studies, year 2024  

Ing. Samuel Vilkovský took part in a one-month Erasmus+ Traineeship at the Faculty of Mechanical Engineering, University of Ljubljana, Slovenia, which broadened his knowledge with additional academic opportunities. Within the framework of the above-mentioned stay at this faculty, he also focused on future scientific cooperation with this university in the field of forming under the guidance of prof. Pepelnjak. He extended his previous knowledge in the field of simulation of forming processes by the possibilities of using Neural Network and Random Forest methods, which contributed to a new insight into new modern research techniques and methodologies. His further experience from his stay at the University of Ljubljana Mr. Ing. Vilkovský can be read by clicking on the link below.   

ERASMUS scholarship


RoadShow Sumitomo DEMAG 

On 21.05.2024 company Sumitomo DEMAG representatives visited the Institute of Technological and Materials Engineering at the Faculty of Mechanical Engineering of TUKE. This company presented cutting-edge solutions in the field of plastic injection moulding technology, including a real demonstration on an injection moulding machine. The presentation was intended for employees of the Institute of Technological and Materials Engineering, as well as for students and representatives of various companies from KE and the surrounding area. With her expertise in the field of plastic injection moulding, she pointed out the latest trends, tools as well as functions and control panels showing the entire injection moulding process. One of the many features was an introduction to the so-called activeMeltControl function, which adapts the injection moulding process to changes in material (including regranulate), automatic pressure adjustment, or correction of moulding weight fluctuations. 

 

photos


Visit of Volvo Cars 

On 14.02.2024 Volvo Cars visited the Institute of Technological and Materials Engineering at the Faculty of Mechanical Engineering, TUKE. They were interested in study programs oriented on the issue of automotive production, scientific and research activities and possibilities of further cooperation. There was a discussion about the possibility of applying our graduates within the company. A number of study programmes of our faculty offer a wide range of graduates who can find employment in the newly created company in Valaliky Industrial park. In the coming period, representatives of Volvo Cars will visit the laboratories and workplaces of the Faculty of Mechanical Engineering.   

photo from the visit: Volvo


International Scientific Conference PRO-TECH-MA 2023 and Košice Innovation and Technology Summit KSIT 2023 

An international scientific conference was held in Herľany on 06-08.09.2023.   

photo from the conference: PRO-TECH-MA 2023


Visit to RF Elements company 

On 27.06.2023 an excursion was held for the students of the PPSV Ing. studies in the company RF Elements in their development and production centre at the city of Humenne.  

photo from the excursion: RF elements


CEEPUS Summer School 2021

As part of the CEEPUS scholarship program, KTMaPPV students completed a study stay at Politechnika Svietokrzyska in KIelce, Poland. As part of their two-week stay, they had the opportunity to take interesting lectures, visit the laser technology center, several laboratories, but also get to know the city and its surroundings in free time. As part of the summer school, they also visited the 25th year of the exhibition PLASTPOL

YOu can find more photos in photo gallery: letná škola CEEPUS 2021


       Revitalization of the KTMaPPV

During the summer months, the premises of the Department of Technology, Materials and Computer Aided Production on Mäsiarska street were renovated.

More photos you can find in the photo gallery: revitalizácia priestorov KTMaPPV


       PRO-TECH-MA 2020

An international scientific conference (venue of Rzeszów) was held on 21 October 2020. For more information, visit

https://protechma2020.prz.edu.pl/main-page

  


       Summer school CEEPUS

The students of the 2nd year of engineering studies of the PPSV study program completed a study stay at the University Politechnika Świętokrzyska in Kielce, Poland, within the CEEPUS scholarship program. During the two-week stay, they had the opportunity to attend interesting lectures, visit the laser technology center, but also get to know the city and its surroundings in their free time.   

         fotogaléria zo študijného pobytu


       PRO-TECH-MA 2019

An international scientific conference will take place in Herľany from 15 to 17 September 2019. All interested parties from Slovakia and abroad are invited. More information can be found at:   

         https://www.sjf.tuke.sk/kstam/protechma/


       Open Door Day 2019

        Fotogaléria deň otvorených dverí

On March 20, 2019, an event entitled ,,Open Day" was held in the University Library of the Technical University in Košice, which was attended by the general scientific and lay public as well as students and teachers of secondary schools.  As part of the Open Day event, employees of the technologies and materials informed about the possibilities of studying the Bachelors study program Technology, Management nad Innovation of Mechanical Engineering as well as about the knowledge that students can acquire and then apply in practice after studying other study programs at KSTaM. 


newex HORIZON 2020 - NEWEX project

                    Fotogaléria

On February 25-26, 2019, a management meeting and workshop was held at KSTaM within the international project NEWEX entitled „Research and development of a new generation of machines for processing composite and nanocomposite materials“, where the design and production of a new innovative extruder is concerned. The implementation of this project supports real cooperation between industry and education, which is of key importance for the European research development strategy.   


Snímka1

STEEL Park

Kreatívna fabrika
At our department under the leadership of prof. Ing. Emila Spišáka, CSc. and Ing. Juraja Hudáka, CSc. as well as the other educators, employees and students and the guarantor of the project U.S. Steel Košice was gradually prepared and realized one of the exhibits - the production of a toy car from sheet steel.  


 

sutaz icon

 

Competition

Fotogaléria

On March 19, 2015, a competition of FME TU students in CNC machine programming took place. It was prepared by the Department of Computer Aided Technologies and the Department of Mechanical Engineering Technologies and Materials under the auspices of the Dean of the Faculty of Mechanical Engineering Dr.h.c. mult. prof. Ing. Františka TREBUŇU, CSc.


7 512

 

Conference

 

On 7 and 9 October 2015, the international scientific conference Pro-tech-ma 2015 and Surface Engineering 2015 took place, organized by the Department of Mechanical Engineering Technologies and Materials in cooperation with the universities of the Rzeszow University of Technology and Polish University of Technology. The conference took place at the Hotel Hubert in Gerlachov in the High Tatras. 

EUR-ACE European Accreditation of Engineering Programmes

With EUR-ACE accreditation, the university receives the EUR-ACE label, which allows it to be among the leading European universities and colleges that have already received this label. It gives students the assurance that by completing a EUR-ACE accredited degree, they will meet the most exacting criteria set for graduates in European business practice. The EUR-ACE label guarantees that the holder meets demanding criteria, not only in terms of organisation but also in terms of the content and outcomes of the study programme.

 

EUR ACE Bachelor   EUR ACE Master

Calendar

No event in the calendar
May 2000
Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Welding school

 

welding school

 

cert1 001

 tuke mais mail telefon stravovanie kniznica zamestnanci

"Ideas alone have little worth. The value of innovation lies in its practical implementation"

 

Werner von Siemens (in letter to his brother Carl, 1865)

katedra mapa

Mäsiarska 74
040 01 Košice - Old town
Slovak Republic

Contact

Department of Technology, Materials and Computer-Aided Technologies
Institute of Technology and Materials Engineering
Faculty of Mechanical Engineering
Technical University of Košice

 

Head of the department and director of the institute: prof. Ing. Emil Spišák, CSc.
phone: 055/602 3502
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Secretariat: Ing. Eva Krupárová
phone: 055/602 3502
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

https://www.facebook.com/KatPPT

 

budova