Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Miroslav Píška, CSc.

Předseda :
prof. Ing. Miroslav Píška, CSc.
Člen interní :
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D.
doc. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D.
doc. Ing. Josef Sedlák, Ph.D.
doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.
prof. Ing. Radim Kocich, Ph.D.
prof. Ing. Ladislav Zemčík, CSc.
Člen externí :
Ing. Jiří Rosenfeld, CSc. (Slovácké strojírny, a.s., Uherský Brod)
Ing. Martin Petrenec, Ph.D. (Fischer Vyškov, s.r.o.)
Ing. Libor Beránek, Ph.D. (Fakulta strojní ČVUT v Praze)
doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D. (Ústav přístrojové techniky AV ČR, v.v.i. )

Doktorský studijní program Strojírenská technologie je zaměřen na výrobní vědy a technologie, jmenovitě technologie obrábění, tváření, svařování, slévárenskou technologii, technologii povrchových úprav včetně automatizace přípravy výroby a automatizaci výrobních procesů, které uvedené technologie využívají a vyžadují.
V průběhu studia získají studenti znalosti aplikované matematiky, fyzikální metalurgie, teorie experimentu a optimalizace technologických procesů, společně s dalšími teoretickými a praktickými znalostmi úzce souvisejícími s vybranou oblastí doktorského studia.
Cílem doktorského studijního programu je příprava vysoce kvalifikovaných pracovníků pro vědeckou práci v oboru strojírenská technologie. Studium je zaměřeno na poznání teoretického základu celého oboru a dále na podrobné seznámení se s nejvýznamnějšími poznatky v užším zaměření, na které navazují témata disertačních práci. Studium je orientováno na přípravu k vědecké práci ve zvoleném oboru a dosažená úroveň znalostí je prezentována u státní doktorské zkoušky.
Schopnost dosahovat původní vědecké výsledky je prokazována zpracováním a obhajobou disertační práce. Po úspěšné obhajobě disertační práce je absolventům doktorského studijního programu udělen akademický titul "doktor" (ve zkratce Ph.D. uváděné za jménem).

V doktorském studiu programu Strojírenské technologie je možné se specializovat na oblast technologie obrábění a její optimalizaci, technologie tváření a svařování, technologii slévárenství, řízení výroby, aplikace modelování na strojích a počítačové simulace. Doktorandi jsou schopni se zapojit do všech forem výzkumu, do smluvního vývoje a do hospodářské spolupráce s průmyslovými podniky, kde řeší pokročilé problémy technické praxe. Mají také možnost využít krátkodobých i dlouhodobých stáží a studijních pobytů u nás i v rámci EU ve spolupráci se zahraničními univerzitami.
Absolventi doktorského studijního programu Strojírenská technologie mají komplexní odborné dovednosti a znalosti o výrobních technologiích, metodách jejich řízení a plánování, mají znalosti v oblasti materiálových věd a inženýrství v aplikaci na vybrané výrobní technologie a to jak na úrovni teoretické, tak i praktické.
U absolventů doktorského studijního programu Strojírenská technologie se předpokládá uplatnitelnost na vedoucích pozicích spojených s technickou a technologickou přípravou výroby, jejího řízení a dalšího vývoje.
Absolventi se též uplatní jako výzkumní a vývojoví pracovníci v centrech aplikovaného výzkumu i jako akademičtí pracovníci univerzit a akademických pracovišť.

Absolventi doktorského studia jsou vybaveni velmi dobrými teoretickými i odbornými znalostmi a proto se jim naskýtají široké možnosti uplatnění v odborných nebo řídicích funkcích v rámci státních i soukromých strojírenských, případně mezioborových výrobních podniků, od malých a středních firem až po velké akciové společnosti. Získané znalosti mohou uplatnit i jako výzkumní a vývojoví pracovníci, nebo soukromí podnikatelé u nás i v zahraničí.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Doktorský studijní program Strojírenská technologie je pokračováním aktuálně akreditovaného navazujícího magisterského studijního programu Strojírenská technologie (N-STG), se specializacemi Strojírenská technologie (STG), Strojírenská technologie a průmyslový management (STG), Moderní technologie osvětlovacích soustav (MTS) a programu Slévárenská technologie (N-SLE) bez specializace.
Ve studiu Strojírenské technologie je možné se specializovat na oblast technologie obrábění a její optimalizaci, technologie tváření a svařování, slévárenství, řízení výroby, aplikace modelování na strojích, počítačovou podporu výrobních technologií, počítačové simulace a umožňuje tak pokračovat ve třetím stupni studia. Na základě úspěšné obhajoby a dosažením vědecké hodnosti Ph.D. absolvent prokáže schopnost vědecké práce.

1. Aplikace aditivních technologií při výrobě tvarově komplikovaných součástí

   Aditivní technologie výroby strojních součástí je jedním z pilířů transformace současné průmyslové výroby. Překotný vývoje je nejen v jednotlivých metodách 3D tisku, ve zvyšování rychlosti tisku, velikosti tištěných dílců a použitých materiálech, ale rovněž v konstrukčních přístupech ke tvaru a funkci strojních součástí s využitím optimalizačních metod jakou jsou topologická optimalizace, nebo generativní design. Technologičnost konstrukce je často opomíjena a dostáváme se na hranu technologických limitů konvenčních technologií. Na tento druh optimalizace je u komplikovaných tvarových dílů navázaný přímý nebo nepřímý tisk kovových součástí. Tento způsob se sebou nese určité limity ve velikosti dílů, rychlosti výroby, v ceně a typu materiálu. Tvarově velmi komplikované díly s vnitřními dutinami se standardně vyrábí za pomocí slévárenské technologie. I zde aditivní výroba nachází uplatnění, a to jak v tisku modelů, tak v tisku pískových nebo keramických forem. Novinkou, která přináší určitý inovativní náhled na výrobu součástí tzv. „hybridní technologie“, kde se spojuje využití 3D tisku a konvenčních výrobních metod. Pro splnění požadavků na povrchovou a vnitřní jakost, rozměrové tolerance, materiálové vlastnosti je nutné mít hluboké znalosti o vlastnostech a limitech při použití této technologie. Cílem práce bude je výzkum hybridních metod využitelných pro výrobu komplikovaných součástí. Budou porovnávány vlastnosti a jakost součásti vyráběné hybridní technologií oproti konvenčním metodám a metodám 3D tisku kovu. Bude vyhodnocována finanční náročnost jednotlivých technologií pro zvolenou součást a parametry výroby.

   Školitel: Kouřil Karel, doc. Ing., Ph.D.

2. Aplikace tvrdých a otěruvzdorných povlaků pro pokročilé aplikace obrábění

   Vhodná volba tvrdých a otěruvzdorných povlaků prodlužuje trvanlivost břitů až několikanásobně ve srovnání s nepovlakovanými nástroji. Dále snižuje potřebu chlazení a mazání při obrábění a přispívá k vyšší kvalitě obrobených povrchů. Současné technologie – například HiPiMS – umožňují povlakování i v nepřístupných místech a snižují nerovnoměrnost nanášených povlaků při zjemnění jejich struktury jak pro HSS oceli, tak především pro slinuté karbidy. Nicméně řada dílčích vlivů zůstává neprobádána – např. předúpravy povrchů a postprocessing PVD povlaků, požadavky pro dobré kotvení povrchů, zohledňující mikrogeometrii břitu, atd. Cílem doktorské práce je predikovat tyto dílčí konstrukční a fyzikální parametry a kvantifikovat technologické účinky pro zvolené technologie a nástroje.

   Školitel: Píška Miroslav, prof. Ing., CSc.

3. Biogenní pojiva slévárenských formovacích směsí

   Při výrobě odlitků je tekutý kov odléván do trvalých (kovových) nebo netrvalých forem. Netrvalé formy jsou v současnosti zpravidla zhotovovány z formovacích směsí, které jsou tvořeny ostřivem, pojivem a tvrdidlem (akcelerátorem). Jako pojiva jsou v současnosti používány nejčastěji různé typy pryskyřic. Po odlití forem dochází k prohřívání materiálu formy, které je u těchto pojivových systémů na bázi uhlíku doprovázeno jeho termodestrukcí a vznikem plynných exhalací. Při oxidaci pojiva za vysokých teplot dochází často ke vzniku některých aromatických uhlovodíku, které patří mezi toxické a lidskému zdraví silně škodlivé plyny. Cílem práce je výzkum a vývoj nových typů biogenních pojivových systémů, které umožní dosažení vyhovujících vlastností formovací směsi, vlastností formy při současném snížení plynných exhalací, redukci škodlivých odpadů a zvýšení kvality pracovního prostředí a hygieny práce.

   Školitel: Záděra Antonín, doc. Ing., Ph.D.

4. Metody zvyšování jakosti odlitků na základě metod statistického sledování a modelování slévárenských procesů

   Výsledná jakost odlitků je silně ovlivňována materiálem formy a jejími vlastnostmi, chemickým složením a jakostí materiálu odlitku, zvolenou slévárenskou technologií, podmínkami odlévání a chladnutím a tuhnutím odlitků. Všechny tyto vlivy mohou působit na jakost odlitku jak separátně, tak synergickým účinkem. Některé procesy, jako např., plnění dutiny formy nebo chladnutí a tuhnutí odlitků, jsou v současnosti modelovány a navrhovány pomocí numerických simulací. Některé procesy jsou ve slévárenské praxi řízeny na základě zvolených hodnocených a měřených parametrů a měřených fyzikálních veličin popisujících a kvantifikujících sledované procesy. Při řízení jakosti odlitků jsou zejména při sériové a velkosériové výrobě odlitků často užívány statistické metody. Cílem práce je vytvořit komplexnější způsob hodnocení i řízení jakosti odlitků pomocí pokročilých metod statistické analýzy a využití analýzy neuronových sítí. Předpokládá se použití těchto metod ve fázi tavení a metalurgického zpracování pro řízení těchto procesů. Cílem má být na základě klasifikace a množství vad na odlitcích optimalizovat proces tavení a metalurgického zpracování. Snahou je pak ověřenou metodiku aplikovat i na další důležité procesy výroby odlitků.

   Školitel: Záděra Antonín, doc. Ing., Ph.D.

5. Mezní deformace lehkých slitin při objemovém tváření za studena

   Na vybraných Al slitinách, které jsou používány pro objemové tváření spojovacích dílců a strojních součástí, posoudit jejich plastictu a strukturní změny při vysokých a mezních deformacích s vlivem rychlostí deformace. Vytvořit konstitutivní rovnice pro křivky napětí-deformace s omezením podmínkami limitních deformací.

   Školitel: Forejt Milan, prof. Ing., CSc.

6. Návrh metodiky a zkoušky užitných vlastností osových řezných nástrojů

   Cílem výzkumu je návrh metodiky řezných zkoušek inovativních řezných nástrojů, jejich realizace a rozbor procesu, který bude zaměřen na zjištění definovaných vlastností dle obráběcích operací. Výzkum se bude týkat vyhodnocení opotřebení řezných nástrojů, analýzy jakosti povrchu a dalších dostupných parametrů, které budou podkladem pro volbu praktických aplikací.

   Školitel: Sedlák Josef, doc. Ing., Ph.D.

7. Obrábění velmi přesných děr s břity ze slinutých karbidů a cermetů s PVD povlakem

   Řezný nástroj, respektive jeho geometrie vytvoří, za zvolených pracovních podmínek nově obrobenou plochu s konkrétními vlastnostmi, kterou můžeme popsat souborem mechanických, fyzikálních, chemických a rozměrových veličin, jež souhrnně označujeme jako integritu povrchu. Máme-li definovánu optimální integritu povrchu pro konkrétní součást s ohledem na její funkci, spolehlivost, trvanlivost, je úkolem navrhnout takový řezný nástroj a pracovní podmínky, aby bylo požadované integrity dosaženo.

   Školitel: Kouřil Karel, doc. Ing., Ph.D.

8. Produktivní nástroje a technologie pro obrábění velmi přesných děr s definovanou integritou obrobeného povrchu

   Téma je zaměřeno na návrh a testování výstružníků s vhodnou geometrie a mikrogeometrií z řeznou částí ze slinutých karbidů nebo cermetů, s optimalizovanou PVD nanokompozitní vrstvou, speciálně určenou pro vystružování. Cílem je zajistit nejen požadované rozměrové a tvarové přesnosti obráběných děr, ale i zvýšit trvanlivost výstružníků a jejich provozní spolehlivost za vhodných pracovních podmínek, při obrábění zejména hůře obrobitelných materiálů.

   Školitel: Kouřil Karel, doc. Ing., Ph.D.

9. Řízení prodyšnosti a mechanických vlastností keramických skořepinových forem

   Při výrobě odlitků metodou přesného lití na vytavitelný model je odlévání prováděno do keramických skořepinových forem. Tento typ forem umožnuje dosažení vysoké tvarové a rozměrové přesnosti odlitků při současném zajištění inertnosti keramické formy vůči roztavenému materiálu odlitku. Pro zajištění tvarové a rozměrové přesnosti odlitku je nutné zajistit určité mechanické vlastnosti keramické formy, kterých je dosahováno volbou keramického materiálu formy, tvaru a velikosti ostřiva a plniva keramické suspenze, použité technologie obalování formy a zvolené teplotě keramizačního žíhání formy. Zvyšování pevnosti keramické formy je pak často doprovázeno nežádoucím snižováním její prodyšnosti. Při výrobě skořepinových forem je obvykle snahou jejich prodyšnosti maximalizovat. Cílem práce je nalezení souvislostí mezi materiálovými a technologickými parametry skořepinových forem a optimalizace postupů jejich výroby. Dílčím cílem práce je návrh a ověření metodiky hodnocení technologických a materiálových vlastností keramických skořepinových forem. Součástí práce jsou i výzkum a vývoj moderních metod zvyšování prodyšnosti keramických forem pomocí kompozitních keramických materiálů např. s využitím vláken v keramických suspenzích.

   Školitel: Záděra Antonín, doc. Ing., Ph.D.

10. Studium mechanických vlastností materiálu vyrobeného 3D tiskem drátovou metodou

    3D tisk kovových materiálů je efektivním nástrojem pro prototypovou výrobu každého odvětví ve strojírenství, a to jako náhrada stávajících technologií výroby či renovací nástrojů, přípravků i výrobků. Problémem je současná neznalost struktury a mechanických vlastností takto zpracovaných materiálů. Cílem disertační práce bude studium mechanických vlastností vybraného materiálu vyrobeného 3D tiskem drátovou matodou, a to jak za statických, tak i za dynamických podmínek zatěžování. Dále pak studium vlivu procesních parametrů 3D tisku na výsledné strukturní a mechanické vlastnosti.

    Školitel: Forejt Milan, prof. Ing., CSc.

11. Studium vlivu tváření na zlepšení vlastností materiálů vyrobených nekonvenčními způsoby

    Náplní budoucí disertační práce by mělo být studium efektivity jednotlivých vybraných tvářecích postupů z pohledu jejich vhodnosti pro přípravu kompaktních objemových materiálů. Pro tyto účely bude využito materiálů připravených zejména nekonvenčními způsoby výroby. Vedle toho bude pozornost taktéž upřena na jejich vliv při zjemňování struktury potažmo finální vlastnosti. Mezi studovanými tvářecími postupy budou jak konvenční, tak i nekonvenční tvářecí metody. Hlavní hledisko zájmu bude v monitorování mechanických vlastností v širokém intervalu teplot. Pozornost bude soustředěna taktéž na možnost aplikovatelnosti těchto procesů v praktických podmínkách.

    Školitel: Kocich Radim, prof. Ing., Ph.D.

12. Trochoidní obrábění

    V současné době se v technické praxi zvyšuje podíl těžkoobrobitelných materiálů, které umožňují snížit hmotnost nejen dopravních prostředků všeho druhu, ale i všech strojních dílců, které se uvádějí do pohybu a zastavují. To vede v konečném důsledku ke snížení spotřeby energie nebo pohonných hmot, což je dnes velmi aktuální téma. Tyto materiály pak kladou vyšší nároky na výkon obráběcích strojů, jejich tuhost, vyšší odolnost proto vzniku samobuzených kmitů a celkově vyšší spotřebu energie. Jedním z osvědčených způsobů obrábění těchto materiálů je tzv. trochoidní obrábění – zvláště frézování, ale pokusy se dělají podobně i u výroby závitů, například z účelem řízeného lámání třísky. Některé moderní řídicí systémy (Sinumerik) mají již tento druh interpolace zabudovaný do standardní nabídky, ale možnost řízení této trajektorie je omezená, a proto její využití vede často k empirickému ověřování metodou pokus-omyl, což je zdlouhavé a rizikové. V práci se bude využívat parametrické programování. Doktorská práce se zaměří na analýzu průřezu a tvorby třísky pro zvolenou technologii CNC obrábění, predikci a měření silového zatížení, dosažené kvality opracování i trvanlivosti řezných nástrojů.

    Školitel: Píška Miroslav, prof. Ing., CSc.

13. Vakuová metalurgie niklových slitin

    Při odlévání odlitků z niklových slitin metodou přesného lití na vytavitelný model je používána vakuová metalurgie na elektrických indukčních pecích. Podmínky tavení jako jsou např. tlak atmosféry v peci – úroveň vakua a teplota taveniny, je nezbytné volit tak, aby bylo zabráněno vzniku tuhých oxidů prvků s vysokou afinitou ke kyslíku během tavení i následného odlévání taveniny a chladnutí a tuhnutí odlitků. Je zde využíváno dezoxidace taveniny uhlíkem, při které není tavenina kontaminována tuhými vměstky. Cílem práce je na základě termodynamického modelování stanovit podmínky pro vakuové tavení vybraných niklových slitin a superslitin. Dílčím cílem práce je definovat parametry vakuových indukčních pecí v závislosti na značkách daných niklových slitin a superslitin. Na základě těchto znalostí termodynamických podmínek redukce oxidů bude možné řídit i systém údržby a oprav vakuových pecí z hlediska jejich natékání a rychlosti odsávání pro daný vakuový systém pecí.

    Školitel: Čamek Libor, doc. Ing., Ph.D.

14. Výzkum materiálových a technologických vlastností otěruvzdorných plechů Hardox

    Disertační práce je tematicky zaměřena na materiálový a technologický výzkum otěruvzdorných plechů Hardox. Jejich zvýšené fyzikálně-mechanické vlastnosti vyplývají z procesu válcování při vysokých teplotách a následného kalení a popouštění, které je předurčují k použití v širokém spektru speciálních aplikací a své uplatnění nacházejí jako součást velkorozměrových vrtacích zařízení, jakož i speciálních strojních mechanismů. Otěruvzdorné plechy Hardox se vyrábějí válcováním za tepla při teplotách 900 až 920 °C, s redukcí průřezu 50 ÷ 85%, v oblasti stabilního austenitu. Následně se do 1 min prudce zakalí ve vodní sprše. Tím dosáhnou tvrdost 46 ÷ 50 HRC, po nízkoteplotním popouštění při 200 až 300 °C. Materiál Hardox je konstrukční středně legovaná vysoce pevná ocel tepelně zpracovaná řízeným válcováním. Vyznačuje se tvrdou nízko popuštěnou martenzitickou strukturou s malým množstvím zbytkového austenitu. Důvodem potřeby realizace takového výzkumu je nesporně skutečnost, že právě výroba často velkorozměrových komponentů specifických tvarů je po všech stránkách nákladná a uvedené komponenty jsou po celou dobu vlastního provozu vystaveny enormnímu namáhání a mechanickému opotřebení v procesech, které mají významný vliv na jejich životnost. Na povrchu nebo těsně pod povrchem obrobku začínají procesy poruch, únavy a koroze. Výzkum stavu obrobených povrchů v sobě také zahrnuje podmínky, za jakých byl daný povrch vyroben a bere v úvahu různé technologické metody a jejich vliv na vlastnosti plochy po obrobení a dává je do vztahu k funkčním požadavkům na součástku. Proto je stále více potřebný výzkum podstaty vytváření nového povrchu a vysvětlení resp. rozšiřování již nabytých znalostí o vliv technologických metod na vlastnosti nově se vytvářejícího povrchu. V důsledku deformace a tepelných účinků, které doprovázejí samotné technologické procesy, se tvoří v povrchových vrstvách vnitřní napětí a mění se i fyzikálně-mechanické vlastnosti. Proto výzkum uvedených problémů vytváří ve strojírenské technologii podmínky na vybudování nových teorií a vývojových tendencí, jejichž cílem bude optimalizace použitých technologických metod a jejich vliv na výsledné mechanické vlastnosti a mikrostrukturu obrobených povrchů a následné formulování nových souvislostí mezi uvedenými aspekty. Z analýzy, realizovaných výzkumů a publikací mnohých autorů vyplývá, že každá technologická operace má vliv na změnu vlastností obrobeného povrchu a také ukazuje, že vliv jednotlivých faktorů na funkční vlastnosti obrobených povrchů není vždy stejný. Bez výzkumu všech těchto zákonitostí, které určují stav obrobeného povrchu není možné řešení problematiky kvality a funkčnosti povrchů. Pro výzkum budou v maximální míře využity i zařízení partnerského výzkumného centra Fakulty speciální techniky s názvem CEDITEK (Centrum pro testování kvality a diagnostiku materiálů).

    Školitel: Majerík Jozef, doc. Ing., Ph.D.