311[15] Z1 02 Wykonywanie podstawowych zabiegów obróbki i spajania materiałów

ww
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Janusz Wojtkiewicz-Lazman
Wykonywanie podstawowych zabiegów obróbki
i spajania materiałów 311[40].O1.03
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr in\. Aukasz Orzech
dr in\. Mirosław Rzyczniak
Opracowanie redakcyjne:
mgr in\. Janusz Wojtkiewicz-Lazman
Konsultacja:
mgr in\. Gabriela Poloczek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[40].O1.03,
Wykonywanie podstawowych zabiegów obróbki i spajania materiałów , zawartego
w modułowym programie nauczania dla zawodu technik wiertnik.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Podstawy materiałoznawstwa 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 21
4.1.3. Ćwiczenia 21
4.1.4. Sprawdzian postępów 23
4.2. Charakterystyka technik wytwarzania 24
4.2.1. Materiał nauczania 24
4.2.2. Pytania sprawdzające 39
4.2.3. Ćwiczenia 39
4.2.4. Sprawdzian postępów 41
4.3. Obróbka ręczna i ręczno-maszynowa 42
4.3.1. Materiał nauczania 42
4.3.2. Pytania sprawdzające 50
4.3.3. Ćwiczenia 50
4.3.4. Sprawdzian postępów 52
4.4. Obróbka skrawaniem 53
4.4.1. Materiał nauczania 53
4.4.2. Pytania sprawdzające 63
4.4.3. Ćwiczenia 63
4.4.4. Sprawdzian postępów 66
5. Sprawdzian osiągnięć 67
6. Literatura 72
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu wykonywania
podstawowych zabiegów obróbki i spajania materiałów.
W poradniku zamieszczono:
- wymagania wstępne wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć ju\ ukształtowane,
-
-
-
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,
- cele kształcenia wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,
-
-
-
- materiał nauczania podstawowe wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania
-
-
-
treści jednostki modułowej,
- zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy ju\ opanowałeś treści zawarte
-
-
-
w rozdziałach,
- ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
-
-
-
umiejętności praktyczne,
- sprawdzian postępów,
-
-
-
- sprawdzian osiągnięć przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik
-
-
-
sprawdzianu potwierdzi, \e dobrze pracowałeś podczas zajęć i \e nabyłeś wiedzę
i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej,
- literaturę.
-
-
-
W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące: materiałoznawstwa,
podstawowych technik wytwarzania, obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej.
Informacje zamieszczone w Poradniku mogą zostać rozszerzone w oparciu o literaturę
dodatkową zgodnie z zaleceniami nauczyciela.
Z rozdziałem Pytania sprawdzające mo\esz zapoznać się:
- przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania. Analiza tych pytań wska\e Ci
-
-
-
treści na jakie nale\y zwrócić szczególna uwagę w trakcie zapoznawania się z Materiałem
nauczania,
- po opanowaniu rozdziału Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy, która
-
-
-
będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Poradnik zawiera po ka\dym rozdziale propozycję ćwiczeń. Staranne ich wykonanie
pogłębi Twoją wiedzę i pozwoli na opanowanie umiejętności praktycznych. Podczas
wykonywania ćwiczeń zwróć uwagę na zalecenia nauczyciela dotyczące bezpieczeństwa
i higieny pracy.
Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdz poziom opanowania swojej wiedzy
i umiejętności z danego rozdziału wykonując Sprawdzian postępów. Obiektywny osąd, które
zagadnienia zostały przez Ciebie opanowane, a do których nale\y jeszcze powrócić, pomo\e
Ci właściwie przygotować się do Sprawdzianu osiągnięć, który stanowi podsumowanie
jednostki modułowej. Sprawdzian osiągnięć ma formę testu.
Poradnik zawiera przykład takiego testu oraz instrukcję, w której omówiono tok
postępowania podczas jego przeprowadzania. Odpowiedzi na pytania testowe będziesz
udzielał na Karcie odpowiedzi, której wzór zawiera Poradnik.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpo\arowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
311[40].O1
Konstrukcje mechaniczne i technologie
wytwarzania
311[40].O1.01
Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa
i higieny pracy, ochrony środowiska oraz
prawa pracy
311[40].O1.02
311[40].O1.03
Wykonywanie rysunków części
Wykonywanie podstawowych
maszyn
zabiegów obróbki i spajania
materiałów
311[40].O1.04
Konstruowanie elementów maszyn
Schemat układu jednostek modułowych
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WSTPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej Wykonywanie podstawowych
zabiegów obróbki i spajania materiałów powinieneś umieć:
- obsługiwać komputer,
- rozró\niać symbole chemiczne pierwiastków i związków,
- opisywać budowę atomową gazów, cieczy, ciał stałych,
- stosować podstawowe prawa fizyki,
- stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony środowiska,
- korzystać z ró\nych zródeł informacji.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3. CELE KSZTAACENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- rozró\nić rodzaje metali i ich stopów,
- rozró\nić zastosowane materiały niemetalowe w budowie i eksploatacji maszyn
i urządzeń,
- określić właściwości metali i ich stopów,
- scharakteryzować zmiany w metalach i ich stopach zachodzące w wyniku obróbki
cieplnej lub obróbki cieplno-chemicznej,
- określić zakres stosowania podstawowych technik wytwarzania takich jak: metalurgia
proszków, obróbka plastyczna, spajanie, obróbka mechaniczna,
- wykonać prace z zakresu obróbki ręcznej,
- sklasyfikować obróbkę skrawaniem,
- sklasyfikować narzędzia skrawające i obrabiarki,
- dobrać przyrządy i materiały do wykonania operacji obróbki skrawaniem,
- przygotować stanowiska do wykonania pracy na wiertarce, szlifierce, tokarce i frezarce,
- wykonać podstawowe operacje obróbki skrawaniem,
- określić zasady wykonywania obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej,
- wykonać podstawowe operacje spajania materiałów,
- określić rodzaje korozji,
- rozpoznać zjawisko korozji,
- dobrać sposoby ochrony przed korozją,
- wykonać podstawowe zabiegi ochrony przed korozją,
- zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA NAUCZANIA
4.1. Podstawy materiałoznawstwa
4.1.1. Materiał nauczania
Właściwości materiałów
W budowie maszyn stosuje się wiele rodzajów materiałów o bardzo zró\nicowanych
właściwościach. Materiały te mogą być naturalne wytworzone przez siły przyrody lub
sztuczne powstające z materiałów naturalnych w ró\nego rodzaju procesach
technologicznych.
Cechy materiałów oraz ich u\yteczność określają właściwości fizykochemiczne.
Do właściwości fizycznych zaliczamy te cechy materiałów, które zale\ą od działania
czynników fizycznych tj. temperatury, naprę\eń, pola elektrycznego i magnetycznego. Nale\ą
do nich:
- gęstość,
- temperatura topnienia,
- temperatura wrzenia,
- przewodność cieplna i elektryczna,
- właściwości magnetyczne,
- rozszerzalność cieplna.
Właściwości chemiczne charakteryzują stopień zdolności materiałów do wchodzenia
w reakcje chemiczne z otoczeniem np. utlenianie, odporność na korozję.
Właściwości fizyczne określające zachowanie się materiałów pod wpływem obcią\eń
mechanicznych nazywa się własnościami mechanicznymi. Właściwości te stanowią zespół
cech określających zdolność do przeciwstawiania się działaniu sił zewnętrznych oraz zmian
temperatury. Nale\ą do nich:
- wytrzymałość,
- twardość,
- udarność.
Zespół cech charakteryzujących zachowanie się materiałów w procesach wytwarzania
i eksploatacji to właściwości technologiczne. Nale\ą do nich:
- lejność,
- plastyczność,
- skrawalność,
- ścieralność.
Właściwości mechaniczne materiałów określa się przeprowadzając próby
wytrzymałościowe. Nale\ą do nich: próba rozciągania, ściskania, zginania i skręcania.
Szczegółowe zasady przeprowadzania takich prób określają Polskie Normy. Podczas badania
poddaje się odpowiednim obcią\eniem znormalizowane próbki materiałów. Szczególne
znaczenia ma próba rozciągania.
Statyczna próba rozciągania metali
Próba ta polega na rozciąganiu próbki z badanego materiału w maszynie zwanej
zrywarką. Podczas próby podłączony siłomierz wskazuje siłę panującą w ka\dej chwili
w próbce, a odpowiedni czujnik umo\liwia odczytanie wydłu\enia próbki. Zale\ność
F = f("l) dla próbki ze stali o niskiej zawartości węgla przedstawia rysunek 1.
Pierwsza część wykresu od punktu 0 do punktu H jest odcinkiem prostej co oznacza, \e
w tym zakresie obcią\eń (od 0 do FH) wydłu\enie jest proporcjonalne do obcią\enia.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
Stosunek siły FH do początkowego pola przekroju próbki S0 nazywamy granicą
proporcjonalności. Odcinek wykresu H-E ma przebieg krzywoliniowy z wypukłością
zwróconą do góry. W tym zakresie wydłu\enie wzrasta szybciej ni\ obcią\enie. Przy sile Fe
(punkt E na wykresie) próbka płynie . Jej wydłu\enie powiększa się bez widocznego
wzrostu siły rozciągającej. Stosunek siły Fe do początkowego pola przekroju S0 próbki
nazywamy wyrazną granicą plastyczności. Odcinek E-M wykresu odpowiada dalszemu
rozciąganiu próbki przy wzrastającym obcią\eniu. Siła FM jest największą siłą przenoszoną
przez próbkę w czasie całej próby rozciągania. Stosunek siły FM do pierwotnego pola
przekroju poprzecznego S0 nazywamy wytrzymałością na rozciąganie.
Do punktu M wydłu\eniu podlegała cała próbka, natomiast po jego przekroczeniu dalsze
odkształcanie zostaje zlokalizowane w jednym miejscu gdzie tworzy się przewę\enie
(szyjka). Przy sile Fu następuje zerwanie próbki. Stosunek siły Fu do pola przekroju próbki
w miejscu zerwania nazywamy naprę\eniem rozrywającym.
Rys. 1. Wykres rozciągania stali o niskiej zawartości węgla [8, s. 161]
Omówiony wykres dotyczy materiału plastycznego. Takie materiały mogą być
poddawane dość du\ym odkształceniom w przeciwieństwie do materiałów kruchych, które
ulegają zniszczeniu ju\ przy niewielkich odkształceniach. Wykresy rozciągania materiałów
kruchych bardzo często nie mają wyraznie zaznaczonej granicy proporcjonalności.
Próby rozciągania, ściskania, zginania i skręcania nale\ą do prób statycznych, to znaczy
takich podczas których obcią\enie próbek wzrasta powoli.
Próbę udarności przeprowadza się w celu określenia odporności materiału na obcią\enia
dynamiczne, to znaczy takie w których obcią\enie wzrasta gwałtownie. Do prób udarności
u\ywa się znormalizowanych próbek o przekroju kwadratowym z naciętym karbem
w kształcie litery U lub V, które poddaje się łamaniu na młotach wahadłowych typu Charpy.
Udarność oznacza się symbolem KC i wyra\a ona liczbowo pracę potrzebną do złamania
próbki przypadającą na jednostkę przekroju początkowego próbki. Zasadą działania młota
wahadłowego Charpy ego przedstawia rys 2.
Twardość jest to miara oporu materiału przeciwko trwałym odkształceniom
powstającym wskutek wciskania wgłębnika o określonym kształcie w badany materiał.
Badanie twardości stosuje się głównie do określania skutków obróbki cieplnej np. wy\arzania
czy hartowania. Badania tego typu są badaniami nieniszczącymi, co pozwala na stosowanie
ich na gotowych elementach maszyn w miejscu oznaczonym przez konstruktora. Najczęściej
stosowanymi metodami badania twardości są metody: Brinella, Rockwella, Vickersa.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
W metodzie Brinella wgłębnikiem jest hartowana kulka o średnicy D, która za pomocą
twardościomierza jest wgniatana z określoną siłą w badany materiał. Miarą twardości jest
stosunek siły nacisku F do powierzchni odcisku S, który ma postać czaszy kulistej.
Wielkością mierzoną jest tu średnica uzyskanego trwałego odcisku d. Zasadę pomiaru
twardości metodą Brinella przestawia rysunek 3.
Rys. 2. Młot Charpy ego [10, s. 32]
Rys. 3. Zasada pomiaru twardości metodą Brinella [6, s. 213]
Twardość metodą Rockwella określa się na podstawie głębokości odcisku powstałego
w materiale w wyniku wciskania diamentowego sto\ka o kącie rozwarcia 120� lub kulki
stalowej hartowanej o średnicy 1,588 lub 3,175 mm. W celu zmniejszenia błędów pomiaru
stosuje się obcią\enie dwustopniowe wgłębnika. Polega ono na przyło\eniu obcią\enia
wstępnego F0 wywołującego przesuniecie się wgłębnika na głębokość e0, a następnie
obcią\enia głównego F1, które zagłębia kulkę lub sto\ek o wielkość e1 (rys. 4). Po usunięciu
obcią\enia głównego mierzy się wartość trwałego przyrostu głębokości odcisku e względem
poziomu odniesienia wyznaczonego przez obcią\enie wstępne. Wartość obcią\enia i czas jego
działania zale\ą od rodzaju, grubości i twardości materiału.
Bezpośrednie pomiary wielkości e przez czujnik nie mogą być miarą twardości, gdy\
twardszym materiałom odpowiadałaby mniejsza wartość twardości. Z tego powodu twardość
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
w skali Rockwella oznacza się jako ró\nicę między stałą K , a wartością trwałego przyrostu
głębokości odcisku e podzieloną przez przelicznik w zale\ny od skali twardości.
Wartość stałej K zale\y od rodzaju wgłębnika i przelicznika w .
HRi = K e/w
Metoda Rockwella jest znormalizowana. Wyró\nia się skale i = A, B, C, D, E, F, G, H,
K, N, T. Najczęściej stosowane są skale C oraz B. Skalę C z u\yciem sto\ka stosuje się do
stali hartowanych i ulepszanych cieplnie o twardości 20-70 HRC. Natomiast skalę B
z u\yciem kulki do stali w stanie zmiękczonym o twardości 20-100 HRB.
Rys. 4. Badanie twardości metodą Rockwella [10, s. 39]
Badanie twardości metodą Vickersa polega na wciskaniu w badany materiał
diamentowego ostrosłupa foremnego o podstawie kwadratowej i kącie wierzchołkowym 136�.
Wgłębnik jest wciskany z siłą narastającą równomiernie do wartości maksymalnej F, która
jest utrzymywana przez 10 15 sekund. Po usunięciu obcią\enia mierzy się długość
przekątnych d1 oraz d2, a ich średnią arytmetyczną d u\ywa się do obliczenia powierzchni
odcisku S. Twardość Vickersa oznacza się HV i oblicza z zale\ności:
HV = 0,102F/S
Zasadę pomiaru twardości metodą Vickersa przedstawia rysunek 5.
Rys. 5. Schemat pomiaru twardości metodą Vickersa [10, s. 40]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
Właściwości technologiczne materiałów określa się wykonując próby w warunkach jak
najbardziej zbli\onych do warunków występujących w rzeczywistych procesach
technologicznych lub eksploatacyjnych. Najczęściej bada się własności odlewnicze,
skrawalność, właściwości plastyczne oraz zgrzewalność i spawalność.
Przydatność metalu lub stopu do celów odlewniczych charakteryzują lejność oraz skurcz.
Lejność zale\y od płynności materiału w temperaturze zalewania formy i jest badana poprzez
określenie odległości na jaką popłynie ciekły metal w znormalizowanej formie mającej kształt
pręta lub spirali ustawionej poziomo.
Skurcz odlewniczy polega na zmniejszaniu się objętości metali i stopów odlewniczych
podczas krzepnięcia i chłodzenia odlewu. Mo\e on spowodować powstanie naprę\eń
w odlewie jak równie\ jam skurczowych. Badania skurczu odlewniczego są badaniami
porównawczymi. Na podstawie odpowiednich pomiarów objętości lub długości odlewu
w chwili zalania płynnym metalem, a następnie po ostygnięciu wyznacza się, wyra\ony
w procentach, skurcz liniowy lub objętościowy.
Do celów obróbki skrawaniem wykonuje się badania skrawalności materiałów
i skrawności narzędzi. Skrawalność materiału określa jego podatność na obróbkę wiórową,
a skrawność narzędzia zdolność do zdejmowania naddatku materiału skrawaniem
i nadawaniu powierzchni obrobionej korzystnych własności.
Cechą podobną do skrawalności jest ścieralność, która określa skłonność materiału do
zu\ywania się wskutek tarcia. Miarą ścieralności jest zmniejszenie się masy badanej próbki
powodowane tarciem twardej tarczy o badany materiał.
Do badań technologicznych własności plastycznych nale\ą między innymi: próba
zginania, próba nawijania drutu, próba tłoczności. Próby mają na celu wykazanie podatności
materiału na odkształcenia trwałe niezbędne do nadania właściwych kształtów produktom.
Rodzaje materiałów
Wszystkie pierwiastki występujące w przyrodzie mo\na podzielić na metale i niemetale.
Metale stanowią znaczną większość pierwiastków i posiadają następujące
charakterystyczne właściwości: dobra przewodność cieplna i elektryczna, połysk,
nieprzezroczystość, plastyczność. Technicznie czyste metale to znaczy takie, które zawierają
pewną niewielką ilość zanieczyszczeń pochodzących z procesów metalurgicznych są rzadko
u\ywane do wyrobu przedmiotów u\ytkowych, natomiast ze względu na ich dobrą
przewodność elektryczną mają zastosowanie na przykład w produkcji przewodów (miedz,
aluminium). Do najwa\niejszych metali stosowanych w technice nale\ą \elazo i metale
nie\elazne, jak np. miedz, aluminium, magnez, cynk i cyna.
Materiały niemetalowe to grupa materiałów o bardzo zró\nicowanych właściwościach.
Nale\ą do niej zarówno materiały pochodzenia naturalnego (np. drewno), jak te\ materiały
wytwarzane przez człowieka (np. tworzywa sztuczne, ceramiczne, szkło). Wśród materiałów
występują równie\ takie, które stanowią połączenie metali z niemetalami (np. cermetale).
Jako materiały konstrukcyjne u\ywane są najczęściej stopy metali to znaczy materiały
powstające przez stopienie ze sobą ró\nych metali i niemetali w takich proporcjach by
uzyskać po\ądane właściwości mechaniczne i technologiczne.
Podstawowymi stopami stosowanymi w technice są stopy \elaza z węglem. Produktem
wyjściowym, z którego otrzymuje się techniczne stopy \elaza z węglem jest surówka
otrzymywana z rudy \elaza w wielkim piecu.
Wielki piec (rys. 6) składa się z dolnej części zwanej garem nad którą znajdują się spadki,
przestron, szyb oraz gardziel. Wnętrze pieca jest wykonane z cegieł szamotowych
ogniotrwałych, zaś z zewnątrz piec jest pokryty płaszczem stalowym. Materiały wsadowe
zasypywane są do wielkiego pieca górnym otworem. Wsad stanowią koks, ruda i topniki. Do
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
najwa\niejszych rud \elaza zaliczamy magnetyt, hematyt, limonit, syderyt. Zadaniem koksu
jest dostarczenie odpowiedniej ilości ciepła oraz zredukowanie tlenków \elaza w rudzie.
W celu ułatwienia stopienia skały płonnej i oddzielenia zanieczyszczeń metalowych od \elaza
do wsadu wielkopiecowego dodaje się substancje zwane topnikami. Skład chemiczny
topników zale\y od składu chemicznego skały płonnej towarzyszącej rudzie. Do rud
kwaśnych nale\y stosować topniki zasadowe. Najczęściej u\ywa się wapnia. W przypadku
rud zawierających składniki zasadowe stosuje się topniki kwaśne.
Rys. 6. Wielki piec [6, s. 64]
Wewnętrzna przestrzeń pieca załadowana jest wsadem warstwowo. W górnej części garu
znajdują się dysze doprowadzające gorące powietrze z nagrzewnic. Poni\ej poziomu dysz
znajduje się otwór umo\liwiający odprowadzenie \u\la, a w najni\szej części garu otwór
spustowy surówki. Proces wielkopiecowy przebiega nieprzerwanie przez kilka lat. Produktem
procesu wielkopiecowego jest surówka stanowiąca stop \elaza z węglem o zawartości węgla
do 6,67% oraz pewne ilości krzemu, manganu, siarki oraz fosforu. Znaczna zawartość
składników domieszkowych, zwłaszcza węgla czyni surówkę kruchą. Podczas przerobu
surówki na stal składniki domieszkowe ulegają częściowemu wypalaniu i otrzymany produkt
uzyskuje dobre własności plastyczne. Część produktów spalania przechodzi do \u\la,
a pozostałe uchodzą z pieca w postaci gazów.
Stalą nazywamy stop \elaza z węglem i innymi pierwiastkami o zawartości węgla do
2%, który po odlaniu i skrzepnięciu jest poddany obróbce plastycznej.
Ten sam materiał lecz nie podlegający obróbce plastycznej nazywa się staliwem. Staliwa
są u\ywane na odlewy elementów bardziej obcią\onych oraz w zale\ności od zastosowanych
składników stopowych na elementy pracujące w podwy\szonej temperaturze
i w środowiskach korozyjnych.
Do wyrobu stali stosuje się metody: konwertorowe, Siemensa-Martina (metoda
wychodząca z u\ycia) oraz do oczyszczania czyli rafinacji stali metody elektryczne.
Wytapianie stali metodami konwertorowymi polega na przedmuchiwaniu utleniającego
gazu przez roztopioną surówkę w wyniku czego utlenia się węgiel, krzem, mangan oraz inne
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
pierwiastki. Gazem utleniającym mo\e być powietrze (w metodzie Bessemera i Thomasa),
lub czysty tlen (metoda LD). Zaletą świe\enia czystym tlenem jest mała zawartość azotu
w stali. Obecnie większość stali jest produkowana w zasadowych konwertorach tlenowych
oraz w elektrycznych piecach łukowych.
Ró\ne sposoby doprowadzania gazu utleniającego do konwertora przedstawiono na
rysuneku 7.
Rys. 7. Ró\ne sposoby doprowadzenia gazu utleniającego do konwertora a) od spodu, b) z boku,
c) do góry [10, s. 55]
W celu sprostania wysokim wymaganiom jakościowym dotyczącym głównie
odpowiedniego składu chemicznego stali stosuje się jej rafinację. Mo\e być ona
przeprowadzana w konwertorze lub w specjalnych kadziach (rafinację pozapiecowa).
Odlewnicze stopy \elaza z węglem i innymi dodatkami zawierające 2 6,67% węgla
nazywamy \eliwami. Ze względu na bardzo dobre właściwości odlewnicze, \eliwa stosuje się
do odlewania ró\norodnych części maszyn i pojazdów samochodowych.
Ilość węgla w stopach ma zasadniczy wpływ na twardość materiału. Wraz ze
zwiększeniem zawartości procentowej węgla w stopie rośnie twardość materiału, a więc
równie\ odporność na ścieranie, a maleje odporność na uderzenia (udarność).
W stopach \elaza z węglem wa\ną rolę odgrywają dodatkowe pierwiastki, z których
część jest dodawana do stopu celowo, a część stanowi zanieczyszczenia:
- siarka i fosfor są domieszkami szkodliwymi, powodują one kruchość materiału
i pogarszają właściwości plastyczne oraz udarność,
- chrom jako dodatek stopowy w stalach zwiększa wytrzymałość, twardość i odporność na
ścieranie oraz polepsza właściwości antykorozyjne, a ponadto uodparnia on materiał na
działanie czynników chemicznych i wysokiej temperatury,
- dodatek niklu w stalach działa podobnie jak chrom oraz zwiększa ciągliwość stali,
- krzem jest pierwiastkiem, który zwiększa sprę\ystość i wytrzymałość stali oraz zwiększa
oporność elektryczną, z udziałem krzemu (0,5 2,5%) produkowane są stale resorowe
i sprę\ynowe,
- wolfram nadaje stali drobnoziarnistość, zwiększa hartowność, twardość i odporność na
zu\ycie.
Ze względu na skład chemiczny (zgodnie z normą PN EN 10020:2003) stale dzieli się na
niestopowe (węglowe), stopowe oraz stale nierdzewne.
Stale niestopowe to gatunki stali, w których zawartość procentowa pierwiastków jest
mniejsza od pewnej określonej wartości granicznej. Je\eli ta wartość graniczna jest
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
przekroczona mamy do czynienia ze stalami stopowymi. Osobną grupę stanowią stale
nierdzewne w których zawartość Cr jest większa od 10,5%, a węgla poni\ej 1,2%.
Dla określenia granicy między stalami stopowymi a niestopowymi określono następujące
zawartości poszczególnych pierwiastków:
Al, Co, Cr, Ni, W 0,3%;
Bi, Se, V 0,1%;
Cu, Pb 0,4%;
Si 0,6%; Mo 0,06%.
Oznaczenia stali
W ostatnich latach w związku z wstąpieniem Polski do Unii Europejskiej szereg norm
krajowych zostało zastąpionych przez normy europejskie co w przypadku oznaczeń stali
i innych materiałów skutkuje innym sposobem ich oznaczania ni\ dotychczas.
Zgodnie z normami europejskimi obowiązują dwa systemy oznaczania stali:
- znakowy (według PN EN 10027 1:2007); znak stali składa się z symboli literowych
i cyfr,
- cyfrowy (według PN EN 10027 2:1994); oznaczenie składa się z pięciu cyfr. Numer
gatunku stali nadaje Europejskie biuro rejestracyjne.
W systemie znakowym znaki stali dzieli się na dwie grupy:
- znaki z symbolami wskazującymi na zastosowanie oraz własności mechaniczne lub
fizyczne stali,
- znaki z symbolami wskazującymi na skład chemiczny stali.
W pierwszej grupie znaków stali oznaczenie składa się z liter i cyfr. Litery oznaczają
zastosowanie stali zaś liczby odpowiednie właściwości wytrzymałościowe np.:
S235 S stal konstrukcyjna o minimalnej granicy plastyczności 235 MPa,
E295 E stal maszynowa o minimalnej granicy plastyczności 295 MPa,
L360 L stal na rury przewodowe o minimalnej granicy plastyczności 360 MPa,
P460 P stale na urządzenia ciśnieniowe o minimalnej granicy plastyczności 460 MPa.
W grupie znaków z symbolami wskazującymi na skład chemiczny wyró\niamy cztery
grupy:
- stale niestopowe o średnim stę\eniu Mn poni\ej 1%, oznaczane literą C oraz liczbą
oznaczającą średnie stę\enie węgla w stali w setnych częściach % np. C45,
- stale niestopowe o średnim stę\eniu Mn równym i wy\szym od 1%, oznaczane liczbą
informującą o średnim stę\eniu węgla w setnych częściach % symbolami chemicznymi
pierwiastków stopowych oraz liczbami wskazującymi na ich stę\enie procentowe np.
33MnCrB5 2,
- stale stopowe (bez szybkotnących) o stę\eniu przynajmniej jednego pierwiastka
stopowego powy\ej 5%, oznaczane symbolem X oraz liczbą informującą o średnim
stę\eniu węgla w setnych częściach %, symbolami pierwiastków stopowych oraz
liczbami wskazującymi na ich stę\enie procentowe np. X8CrNiMoAl15 7 2,
- stale szybkotnące, oznaczane symbolem HS oraz liczbami podającymi średnie stę\enie
procentowe pierwiastków w kolejności W, Mo, V, Co np. HS2 9 8.
W związku z niedokończonym procesem dostosowania polskich norm do systemu
europejskiego w Polsce obowiązują równocześnie ró\ne zasady oznaczania stali.
Np. oznaczenie St3S (zgodne z polskimi normami PN) odpowiada oznaczeniu S235JR (wg
norm unijnych EN), oznaczenie 45 (zgodne z PN) odpowiada oznaczeniu C45 (normy EN).
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
Metale nie\elazne i ich stopy
Miedz jest metalem (barwa czerwonozłota) plastycznym, dobrze przewodzącym ciepło
i prąd elektryczny, odpornym na korozję. Jest ona stosowana na przewody elektryczne,
elementy chłodnic, elementy aparatury chemicznej oraz jako składnik stopów. Wadą czystej
miedzi ograniczającą jej zastosowanie na przewody elektryczne jest stosunkowo mała
wytrzymałość mechaniczna. Mo\e ona zostać zwiększona przez stopienie miedzi ze srebrem,
miedzi z kadmem, miedzi z manganem. Miedziane druty, taśmy lub rurki stosuje się na
uzwojenia cewek.
W metalurgii miedzi stosuje się głównie rudy siarczkowe: chalkopiryt, bornit, kowelin.
Podstawowym procesem otrzymywania miedzi jest proces pirometalurgiczny. Zawartość
miedzi w rudach wynosi kilka procent. W celu wzbogacenia rud siarczkowych stosuje się
metodę flotacji. Metoda ta polega na przepuszczaniu strumienia powietrza przez mieszaninę
wody ze środkami pianotwórczymi i drobnymi cząstkami rudy. Na skutek ró\nej zwil\alności
powierzchni składników przez wodę następuje oddzielenie cząstek rudy siarczkowej, które
tworzą z pianą tzw. float od innych składników, które pozostają w wodzie w postaci
zawiesiny. W wyniku wzbogacania rudy mo\e ona zawierać do 30% Cu. Wzbogacony
koncentrat zawierający siarczki miedzi i \elaza poddaje się pra\eniu w specjalnym piecu
w temperaturze ok. 1073 K (800�C), aby otrzymać tak zwaną pra\onkę. Następnym etapem
produkcji miedzi jest wytapianie kamienia miedziowego. Proces przebiega w piecu
szybowym podobnym do wielkiego pieca, gdzie wsad stanowią pra\onka oraz koks. Tlen
potrzebny do spalania jest pobierany z powietrza tłoczonego pod ciśnieniem do pieca.
Otrzymywane w wyniku wysokiej temperatury i zachodzących reakcji chemicznych siarczki
miedzi spuszczane są z dolnej części pieca i po skrzepnięciu tworzą kamień miedziowy.
Z kamienia miedziowego w konwertorze podczas świe\enia otrzymuje się miedz surową.
Proces świe\enia polega na przepuszczaniu przez roztopiony kamień miedziowy powietrza za
pomocą dysz.
Miedz surowa nie jest stosowana do celów technicznych poniewa\ zawiera szkodliwe
domieszki obni\ające własności wytrzymałościowe oraz przewodnictwo elektryczne. W celu
usunięcia niekorzystnych domieszek oraz odzyskania często występujących w miedzi surowej
metali szlachetnych poddaje się ją rafinacji. Wyró\niamy rafinację ogniową, którą
przeprowadza się w piecach płomieniowych oraz elektrolityczną zachodzącą
w elektrolizerach.
Do najwa\niejszych stopów miedzi nale\ą: mosiądze (stop miedzi z cynkiem oraz
innymi pierwiastkami) oraz brązy. W zale\ności od głównego składnika stopowego brązy
dzieli się na: cynowe, aluminiowe, berylowe, krzemowe i inne. Zarówno brązy jak i mosiądze
w zale\ności od dodatków stopowych i przeznaczenia dzieli się na odlewnicze oraz do
obróbki plastycznej.
Aluminium (barwa srebrzystobiała) jest metalem odpornym na korozję oraz dobrym
przewodnikiem ciepła i elektryczności.
Aluminium występuje w przyrodzie w postaci rud, z których największe znaczenie ma
boksyt.
Metalurgia aluminium obejmuje trzy etapy. W pierwszym etapie z rudy otrzymuje się
czysty tlenek aluminium. Proces przebiega w autoklawach, gdzie pod du\ym ciśnieniem
i w podwy\szonej temperaturze, wodny roztwór wodorotlenku sodu reaguje z rozdrobnionym
boksytem. Powstaje w ten sposób wodorotlenek glinu, który odsącza się, przemywa wodą,
a następnie pra\y w piecach obrotowych. Po wypra\eniu uzyskuje się czysty tlenek glinu
Al2O3.
Kolejnym etapem produkcji aluminium jest elektroliza tlenku aluminium roztopionego
z kriolitem w elektrolizerze (rys. 8).
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
Rys. 8. Elektrolizer [10, s. 60]
Proces elektrolizy przebiega w temperaturze ok. 1223 K, (950�C), a produktem
końcowym tego procesu jest aluminium o zawartości 99,5 99,8% Al. W celu uzyskania
jeszcze wy\szej czystości aluminium poddaje się procesowi rafinacji.
Zastosowanie aluminium w stanie czystym jest ograniczone, ze względu na małą
wytrzymałość, i sprowadza się do wytwarzania przewodów elektrycznych, folii, wyrobu farb
oraz jako składnik stopowy. Znacznie większe zastosowanie mają stopy aluminium często
nazywane stopami lekkimi. Najczęściej stosowanymi dodatkami stopowymi są: miedz,
mangan, krzem, nikiel i cynk. Dodatki stopowe zwiększają wytrzymałość, odporność na
korozję i polepszają skrawalność. Stopy aluminium dzielimy na odlewnicze oraz do obróbki
plastycznej.
Wa\ną grupę stopów aluminium stanowią durale czyli stopy aluminium miedzi oraz
magnezu. Są one stosowane na obcią\one elementy konstrukcji lotniczych oraz na części
pojazdów samochodowych oraz na konstrukcje budowlane. Charakteryzują się du\ą
odpornością na korozję, małym cię\arem właściwym i znaczną wytrzymałością.
Stopy aluminium których głównym składnikiem stopowym jest krzem noszą miano
siluminów.
Magnez jest bardzo lekkim metalem lecz o niskich właściwościach mechanicznych
i du\ej aktywności chemicznej. Ze względu na te właściwości ma on ograniczone
zastosowanie w technice. Głównie jest on stosowany do wyrobu stopów oraz jako dodatek
stopowy. Z uwagi na to, \e stopy magnezu w połączeniu z tlenem tworzą substancję
wybuchową, nie mo\na tych stopów podczas obróbki chłodzić wodą, a przy ich szlifowaniu
nale\y stosować urządzenia do pochłaniania pyłu. Stopy magnezu dzielimy na odlewnicze
oraz do obróbki plastycznej. Głównym składnikiem stopów magnezu jest aluminium, cynk,
mangan. Stopy magnezu są najl\ejszymi ze znanych i ta cecha wyznacza zakres stosowania
tych materiałów (głównie w konstrukcjach lotniczych i przemyśle motoryzacyjnym). Stopy
magnezu z aluminium i cynkiem naszą nazwę elektronów.
Cynk jest metalem o dobrych właściwościach plastycznych i niskiej temperaturze
topnienia. Stosuje się go głównie na powłoki przeciwkorozyjne na pokrycia blach i drutów,
równie\ jest wykorzystywany do produkcji baterii elektrycznych. Stopy cynku nazywamy
znalami, zawierają one oprócz cynku aluminium i miedz.
Cyna ma właściwości mechaniczne tak niskie, \e nie nadaje się jako materiał
konstrukcyjny. W czystej postaci cynę stosuje się cynowania blach oraz jako dodatek
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
stopowy. Szeroko stosowanym stopem cyny z ołowiem jest cyna lutownicza stosowana jako
spoiwo podczas lutowania.
Oznaczenia metali nie\elaznych oraz ich stopów mo\na znalezć w odpowiednich
normach, a tak\e w literaturze uzupełniającej.
Korozja metali
Korozją nazywamy stopniowe niszczenia metali wskutek chemicznego lub
elektrochemicznego oddziaływania środowiska. Ośrodkiem powodującym korozję mo\e być:
powietrze, gazy, woda, roztwory kwasów, zasad, soli, ziemia.
Metalami odpornymi na korozję są: platyna, złoto, srebro, pozostałe metale w mniejszym
lub większym stopniu poddają się działaniu korozji.
Rozró\nia się dwa podstawowe rodzaje korozji:
- chemiczną,
- elektrochemiczną.
Korozja chemiczna polega na niszczącym działaniu gazów lub cieczy nie będących
elektrolitami na powierzchnię materiału. W wyniku takiego oddziaływania na powierzchni
metalu mogą tworzyć się tlenki, siarczki, węgliki lub azotki. Czasem powstałe związki ściśle
przylegają do materiału tworząc warstwę chroniącą przed dalszą korozją, częściej jednak
powstała warstwa zle przylega do przedmiotu, odpada od niego powodując narastanie procesu
korozyjnego.
Korozja elektrochemiczna jest procesem niszczenia metalu związanym z przepływem
prądu elektrycznego przez granicę faz metal elektrolit. yródłem prądu elektrycznego są
miejscowe ogniwa, które powstają wskutek zetknięcia się metalu z elektrolitem a przyczyną
ich powstania mogą być: niejednorodność struktury materiału, nierównomierny dostępu tlenu
do powierzchni metalu, ró\nica temperatur, połączenie dwóch ró\nych metali w obecności
elektrolitu.
Mo\na wyró\nić następujące rodzaje korozji elektrochemicznej:
- korozja atmosferyczna (zachodzi przy du\ej wilgotności powietrza),
- korozja morska (w wodzie morskiej),
- korozja ziemna.
W zale\ności od przebiegu niszczenia materiału korozję mo\na podzielić na:
- równomierną, obejmującą swoim zasięgiem całą powierzchnię przedmiotu,
- miejscową, występującą w postaci plam lub w\erów,
- międzykrystaliczną, występującą na granicy ziaren materiału.
Ochrona przed korozją polega głównie na właściwym doborze materiałów konstrukcji
nara\onych na korozję oraz nakładaniu i wytwarzaniu powłok ochronnych.
Powłoki ochronne i dekoracyjne
Powłoki ochronne i dekoracyjne mo\na podzielić na powłoki nakładane oraz powłoki
wytwarzane.
Nakładanie i wytwarzanie powłok mo\na przeprowadzać metodami:
- mechanicznymi (malowanie pędzlem, pistoletem, zanurzanie w odpowiednich kąpielach,
napylanie),
- chemicznymi (czernienie czyli utlenianie w roztworach, fosforanowanie,
chromianowanie),
- elektrochemicznymi (metody galwaniczne, np.: miedziowanie, niklowanie, chromowanie
srebrzenie, złocenie).
Przed nało\eniem czy wytworzeniem powłoki nale\y wykonać czynności
przygotowawcze polegające na oczyszczeniu i wygładzeniu powierzchni przedmiotu.
Oczyszczanie wykonuje się metodami mechanicznymi (szlifowanie, piaskowanie,
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
polerowanie, szczotkowanie) oraz chemicznymi (np. odtłuszczanie w rozpuszczalnikach).
Powierzchnię mo\na oczyścić równie\ za pomocą ultradzwięków.
Powłoki nakładane mogą być metalowe i niemetalowe. Powłoki metalowe wykonuje się
z niklu, miedzi, chromu, cyny, cynku, aluminium, srebra, kadmu. Grubość powłoki ochronnej
jest niewielka i wynosi zazwyczaj 0,001 0,025 mm.
Powłoki metalowe mo\na nakładać przez:
- zanurzenie blach \elaznych w stopionym metalu (mo\e nim być cyna lub cynk),
- natryskiwanie ciekłego metalu specjalnym pistoletem (metalizacja natryskowa),
- walcowanie na gorąco blachy grubszej z blachą cienką stanowiącą warstwę ochronną
(platerowanie),
- elektrolityczne nanoszenie cienkiej warstwy metalu na przedmiot zanurzony
w elektrolicie zawierającym sole nakładanego metalu (pokrycie galwaniczne).
Pokrywany przedmiot podłączony jest do bieguna ujemnego zródła prądu, a biegun
dodatni do płyty z metalu, na który nanosimy powłokę ochronną.
Powłoki nakładane niemetalowe oddzielają w sposób mechaniczny metal od
agresywnego ośrodka. Do materiałów, z których wykonywane są tego typu powłoki nale\ą:
farby, lakiery, lakiery piecowe, smoły, asfalty, tworzywa sztuczne.
Farby stanowią zawiesiny pigmentów w spoiwie olejnym lub syntetycznym. Po
naniesieniu na podło\e tworzą kryjące powłoki ochronne, dekoracyjne lub o specjalnych
właściwościach.
Lakiery są roztworami nielotnych substancji powłokotwórczych w rozpuszczalnikach
organicznych. Po naniesieniu na podło\e tworzą przezroczyste powłoki ochronne,
dekoracyjne lub o specjalnych właściwościach
Emalie są zawiesinami pigmentów w spoiwie lakierowym.
Głównymi składnikami wyrobów lakierowych są: substancje powłokotwórcze, substancje
barwiące (pigmenty), rozpuszczalniki.
Ze względu na warunki eksploatacji wyroby lakierowe mogą tworzyć powłoki:
zewnętrzne, wewnętrzne, wodoodporne, chemoodporne, odporne na benzynę i oleje,
termoodporne, elektroizolacyjne.
Powłoki wytwarzane metalowe powstają przez dyfuzję w wysokiej temperaturze metalu
ochronnego w głąb metalu chronionego.
Mo\na w ten sposób wprowadzić do stali aluminium, cynk, chrom.
Powłoki wytwarzane niemetalowe powstają w wyniku ró\norodnych procesów z których
najczęściej wykonuje się:
- oksydowanie (czernienie), powierzchnia stali pokrywa się warstwą ochronną czarnych
tlenków \elaza,
- fosforanowanie, na powierzchni stali powstają warstwy krystalicznych fosforanów
\elaza.
Tworzywa sztuczne
Głównym składnikiem tworzyw sztucznych są naturalne bądz syntetycznie otrzymywane
wielkocząsteczkowe związki tzw. polimery. W celu uzyskania określonych właściwości
tworzyw sztucznych, dodaje się do nich stabilizatory, utwardzacze, zmiękczacze, barwniki.
Podstawowymi zaletami tworzyw sztucznych są:
- dobra odporność chemiczna,
- łatwość formowania,
- dobre właściwości mechaniczne,
- mo\liwość barwienia,
- dobre właściwości izolacyjne,
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
- mo\liwość stosowania w ró\nych postaciach.
Do wad tworzyw sztucznych mo\na zaliczyć: zazwyczaj ni\szą wytrzymałość ni\ metali i ich
stopów oraz małą odporność na działanie podwy\szonej temperatury.
Tworzywa sztuczne dzielimy na:
- elastomery (tworzywa, które pod wpływem rozciągania w temperaturze pokojowej
wykazują wydłu\enie powy\ej 100%),
- plastomery (poddawane wzrastającemu obcią\eniu zaczynają się odkształcać plastycznie
a\ ulegają mechanicznemu zniszczeniu),
W grupie plastomerów rozró\niamy tworzywa termoplastyczne (termoplasty) oraz
duroplasty do których zaliczamy tworzywa termoutwardzalne i chemoutwardzalne.
Termoplasty ka\dorazowo pod wpływem zwiększonej temperatury miękną a po jej
obni\eniu twardnieją ponownie (np. poliamidy). Ta cecha powoduje, i\ mo\na je wielokrotnie
formować.
Tworzywa termoutwardzalne pod wpływem temperatury przechodzą w stan plastyczny
umo\liwiający ich kształtowanie, lecz przetrzymywane w podwy\szonej temperaturze
twardnieją nieodwracalnie (np. fenoplasty i aminoplasty).
Tworzywa chemoutwardzalne ulegają utwardzeniu ju\ w temperaturze pokojowej pod
wpływem działania odpowiedniego utwardzacza (np. \ywice poliestrowe i epoksydowe).
Podwy\szenie temperatury przyśpiesza proces utwardzania.
Główny składnik tworzyw sztucznych \ywice, mogą być naturalne lub sztuczne.
śywice sztuczne otrzymuje się w wyniku polimeryzacji lub polikondensacji substancji
prostych.
Tworzywa sztuczne mogą występować jako materiały konstrukcyjne, impregnacyjne,
powłokowe i jako kleje.
Do najczęściej stosowanych tworzyw termoplastycznych zaliczamy:
- polistyren odporny na działanie kwasów i zasad, przezroczysty mo\na go barwić, jest
dobrym izolatorem; słu\y do wyrobu przedmiotów gospodarstwa domowego, galanterii,
zabawek, części samochodowych i jest równie\ stosowany w elektrotechnice,
- polichlorek winylu odporny na działanie czynników chemicznych, ma dobre
właściwości mechaniczne i elektroizolacyjne; stosuje się go do wyrobu elementów
wyposa\enia elektrycznego, do produkcji wę\y elastycznych, do budowy łodzi
w przemyśle samochodowym i lotniczym,
- poliamidy są stosowane do wyrobu przedmiotów gospodarstwa domowego, galanterii
samochodowej, elementów armatury sanitarnej,
- polimetakrylan metylu zwany szkłem organicznym jest między innymi stosowany do
wyrobu szyb lotniczych, szkieł do zegarków, soczewek,
- polipropylen znajduje zastosowanie do produkcji artykułów technicznych, opakowań,
przedmiotów gospodarstwa domowego, włókien chemicznych,
- policzterofluoroetylen (teflon) posiada du\ą odporność chemiczną, elastyczność, mały
współczynnik tarcia, jest niepalny. Stosuje się go do pokrywania naczyń kuchennych,
\elazek, na powierzchnie ło\ysk ślizgowych oraz w budowie maszyn i urządzeń
chemicznych.
Do najwa\niejszych duroplastów zaliczamy: fenoplasty (bakelity), aminoplasty, \ywice
epoksydowe (miedzy innymi wytwarza się z nich kleje), niektóre \ywice silikonowe. śywice
silikonowe są m.in. stosowane jako: hydro\ele pełniąc rolę implantów tkanek miękkich,
gumy silikonowe, oleje hydrauliczne, dodatki do farb oraz środki smarujące
i uszczelniające.
Tworzywa sztuczne w zale\ności od ich rodzaju mogą być przetwarzane przez:
odlewanie, prasowanie, wtryskiwanie, wytłaczanie i walcowanie.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
Szkło jest materiałem nieorganicznym, bezpostaciowym, składającym się przewa\nie
z tlenków krzemu, boru, fosforu oraz innych. Stan fizyczny szkła jest pośredni między stanem
ciekłym i stałym.
Cechy u\ytkowe szkła to: zdolność przepuszczania światła, przezroczystość, gładkość,
połysk, niepalność, mała przewodność cieplna i elektryczna, nieprzepuszczalność cieczy
i gazów, odporność na działanie podwy\szonych temperatur, czynników chemicznych
(z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego) i atmosferycznych. Podstawowymi wadami szkła są
kruchość i wra\liwość na zmiany temperatury.
Ze względu na przeznaczenie szkło dzieli się na: budowlane, techniczne, gospodarcze.
Ze względu na skład chemiczny wyró\nia się szkło: krzemowo sodowo wapniowe
(zwykłe), aparaturowe (o małej zawartości tlenków alkaicznych), borokrzemowe (o małej
rozszerzalności cieplnej), bezsodowe, kryształowe i inne.
Odmianami szkła technicznego są: szkło laboratoryjne, elektrotechniczne (o du\ym
oporze właściwym np. na izolatory), szkło elektropró\niowe (ze względu na odpowiedni
współczynnik rozszerzalności cieplnej mo\na je łączyć z metalami np. na lampy
kineskopowe, rurki neonowe), szkło optyczne (jednorodne, bezbarwne o określonym
w zale\ności od potrzeb współczynniku załamania światła np. na soczewki, pryzmaty, lustra),
szkło kwarcowe o składzie 99,5% SiO2 (największa odporność na działanie kwasów
i wysokich temperatur np. na lampy kwarcowe, elementy aparatury chemicznej pracujące
w wysokich temperaturach), szkło krystaliczne (o du\ej wytrzymałości i odporności na
ścieranie), szkło bezpieczne (zbrojone siatką metalową, sklejane z kilku warstw lub
hartowane np. na szyby samochodowe).
Guma jest elastycznym tworzywem powstającym w procesie wulkanizacji kauczuku
naturalnego lub syntetycznego w temperaturze 383�453 K (110�180�C), w czasie od kilku
minut do kilku godzin. Oprócz mieszanek kauczukowych do produkcji gumy u\ywa się
środków wulkanizujących (siarka), zmiękczających, porotwórczych, ochronnych oraz
napełniaczy (poprawiają właściwości np. mechaniczne, elektroizolacyjne, przeciwpo\arowe)
i barwników.
Guma ma bardzo du\ą odporność na odkształcenia trwałe, wysoką elastyczność,
odporność na zerwanie, ścieranie ponadto jest wodoodporna i ma bardzo dobre właściwości
izolacyjne. Gumy specjalnego przeznaczenia są dodatkowo odporne na działanie paliw,
olejów, smarów, kwasów, zasad oraz wpływu niskich lub podwy\szonych temperatur.
Materiały ceramiczne są to nieorganiczne, niemetalowe tworzywa otrzymywane
z nieprzetworzonych lub przetworzonych surowców naturalnych w procesie wypalania
w podwy\szonej temperaturze, ni\szej od temperatury topnienia składnika głównego. Wyroby
ceramiczne mogą występować w postaci krystalicznej lub szklistej.
Materiały ceramiczne charakteryzują się złą przewodnością elektryczną i cieplną,
znaczną odpornością na wysokie temperatury i odpornością na działanie czynników
chemicznych. Do charakterystycznych cech tej grupy materiałów nale\y du\a twardość
i sztywność, brak plastyczności oraz znaczna wytrzymałość na ściskanie.
Podstawowym surowcem w produkcji ceramiki jest glina (kaolin) a ponadto skaleń oraz
kwarc. Skaleń odgrywa rolę topnika (ułatwia spieczenie masy), kwarc jest głównym
surowcem schudzającym (zmniejsza skurczliwość wyrobu podczas suszenia i wypalania).
Produkcja wyrobów ceramicznych obejmuje następujące etapy: przygotowanie masy,
formowanie wyrobu, suszenie, wypalanie.
Ze względu na zastosowanie materiały ceramiczne mo\na podzielić na: ceramikę
tradycyjną i ceramikę specjalną (konstrukcyjną). Do wyrobów ceramiki tradycyjnej mo\na
zaliczyć materiały budowlane (np. cegły, dachówki), materiały ogniotrwałe, materiały
u\ywane w technice sanitarnej. W ceramice konstrukcyjnej spiekane są (bez fazy ciekłej)
związki o wysokiej czystości np. tlenki glinu, tlenki berylu, tlenki cyrkonu, niektóre węgliki
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
i azotki. Do tej grupy materiałów nale\y np. porcelana elektrotechniczna oraz cermetale
(kompozyty ceramiczne uzyskiwane za pomocą metalurgii proszków).
Kompozyty są to tworzywa składające się z dwóch lub więcej faz o własnościach
nieosiągalnych w \adnym innym materiale. Do najbardziej znanych kompozytów nale\ą
\elazo beton, eternit, szkło zbrojone siatką metalową, węgliki spiekane, cermetale i inne.
Kompozyty dzielimy na umacniane cząstkami (dyspersyjnie) i włóknami (włókniste). Te
z kolei dzielimy na umacniane włóknami ciętymi i ciągłymi. Mo\liwe są ró\ne kombinacje
przy komponowaniu tego typu materiałów, np. osnowa metaliczna, polimerowa, ceramiczna,
a cząstki lub włókna mogą być metalowe, ze związków międzymetalicznych, ceramiczne,
węglowe (grafit), polimerowe, lub o zło\onej budowie. Kompozyty pozwalają na
otrzymywanie lekkich, mocnych i elastycznych konstrukcji. Są nimi tak\e materiały
\arowytrzymałe (np. łopatki turbin gazowych) i narzędzia (np. węgliki spiekane).
Do supertwardych materiałów narzędziowych zalicza się diament naturalny,
polikrystaliczny diament syntetyczny PCD, regularny azotek boru BN (borazon) oraz
fullerem, będący trzecią odmianą węgla (po diamencie i graficie).
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie materiały konstrukcyjne stosuje się w budowie maszyn?
2. Co to są właściwości fizyczne i chemiczne materiałów?
3. Co to są właściwości technologiczne materiałów?
4. Jakie właściwości mają tworzywa sztuczne?
5. W jaki sposób dokonuje się pomiaru twardości?
6. Jak oznaczamy stopy \elaza z węglem?
7. Jak oznaczamy stopy metali nie\elaznych?
8. Jak przebiega proces metalurgiczny aluminium i miedzi?
9. Co to są kompozyty?
10. Z jakich etapów składa się proces pokrywania wyrobów warstwami ochronnymi
i dekoracyjnymi?
11. Jakie rozró\niamy rodzaje powłok nakładanych?
12. Jakie rozró\niamy rodzaje powłok wytwarzanych?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie badań organoleptycznych (za pomocą zmysłów) rozpoznaj materiały,
z których wykonane są przedmioty otrzymane od nauczyciela. Oceń ich właściwości
mechaniczne.
Sposób wykonania ćwiczenia:
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokładnie przyjrzeć się strukturze materiałów, z których wykonane są przedmioty,
2) ocenić szacunkowo ich wagę,
3) ocenić barwę,
4) określić przypuszczalne zastosowanie przedmiotów, a tym samym warunki w jakich są
u\ytkowane,
5) ocenić czy widać na nich ślady korozji lub innych efektów oddziaływania środowiska,
6) opisać zgodnie z powy\szymi punktami cechy badanych materiałów,
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
7) zakwalifikować materiały do odpowiedniej grupy,
8) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
katalogi materiałów,
przedmioty wykonane z ró\nych materiałów.
Ćwiczenie 2
Na podstawie katalogów i stron Internetowych dobierz powłokę malarską
ochronno-dekoracyjną na powierzchnię metalową wskazaną przez nauczyciela. Powierzchnia
będzie nara\ona na działanie środowiska korozyjnego i działanie czynników chemicznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) ocenić wielkość i strukturę powierzchni przeznaczonej do malowania,
2) przeanalizować warunki u\ytkowania powłoki ochronno-dekoracyjnej,
3) dobrać z katalogów lub ze stron Internetowych producentów farb i lakierów odpowiednie
materiały malarskie,
4) zapoznać się z zaleceniami producentów farb ochronnych i dekoracyjnych dotyczącymi
bhp, ochrony przeciwpo\arowej i ochrony środowiska,
5) określić sposób przygotowania powierzchni do malowania,
6) określić sposób nanoszenia powłoki,
7) ocenić koszty wykonania powłoki,
8) przedstawić wynik ćwiczenia podając uzasadnienie wyboru rodzaju powłoki, sposobu jej
nanoszenia oraz określając warunki bhp wykonywania prac.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- komputer z dostępem do Internetu,
- katalogi farb i lakierów.
Ćwiczenie 3
Na podstawie katalogów zidentyfikuj materiały o oznaczeniach: S235JR; E320; P235S;
54SiCrV6; EN MCMgAl8Zn1; ZP16 CuZn35Pb1. Podaj ich właściwości mechaniczne oraz
maksymalną zawartość pierwiastków.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) odszukać w katalogach podane oznaczenia,
3) zapisać w zeszycie skład chemiczny oraz właściwości mechaniczne odczytywanych
materiałów.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- katalogi wyrobów metalowych,
- literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
Ćwiczenie 4
Metodą Brinella zbadaj twardość próbek materiałów otrzymanych od nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zapoznać się z instrukcja u\ytkowania twardościomierza Brinella,
3) dobrać siłę nacisku oraz średnicę kulki w zale\ności od grubości próbki i rodzaju
materiału z którego jest wykonana,
4) przeprowadzić badanie poszczególnych próbek zgodnie z instrukcją,
5) zapisać wyniki ćwiczenia w zeszycie przedmiotowym.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- instrukcja u\ytkowania twardościomierza Brinella,
- zestaw próbek,
- poradnik mechanika
- twardościomierz Brinella.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić rodzaje materiałów stosowanych w technice?
1 1
2) określić właściwości metali i materiałów niemetalowych?
1 1
3) rozró\nić materiały na podstawie badań organoleptycznych
(za pomocą naszych zmysłów)? 1 1
4) wymienić i scharakteryzować rodzaje korozji?
1 1
5) dobierać powłoki ochronne i dekoracyjne w zale\ności od warunków
w jakich będą eksploatowane? 1 1
6) rozpoznawać tworzywa ceramiczne?
1 1
7) scharakteryzować kompozyty?
1 1
8) scharakteryzować właściwości gumy?
1 1
9) rozpoznać materiały na podstawie oznaczeń?
1 1
10) dobrać materiały w oparciu o katalogi?
1 1
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
4.2. Charakterystyka technik wytwarzania
4.2.1. Materiał nauczania
Pojęcie techniki wytwarzania w przemyśle maszynowym obejmuje wszystkie rodzaje
obróbek stosowanych do kształtowania elementu, jak równie\ metody nadawania im
określonych właściwości u\ytkowych. Do najwa\niejszych technik wytwarzania nale\ą:
obróbka skrawaniem, obróbka plastyczna, odlewnictwo, metalurgia proszków, obróbka
erozyjna, obróbka cieplna, obróbka cieplno-chemiczna. Techniki wytwarzania obejmują
równie\ sposoby łączenia i spajania części, techniki pomiarowe i kontrolę jakości.
Dominującą metodą kształtowania części maszyn jest obróbka skrawaniem. W zale\ności od
stopnia zmechanizowania ruchów roboczych wyró\nia się trzy rodzaje obróbki skrawaniem:
- obróbkę ręczną, wykonywaną za pomocą narzędzi, których ruch główny i posuwowy jest
uzyskiwany za pomocą mięśni człowieka,
- obróbkę ręczno-maszynową, wykonywaną narzędziami, których ruch główny jest
wywoływany urządzeniami mechanicznymi, a ruch posuwowy ręcznie przez człowieka,
- obróbkę maszynową, w której zarówno ruch główny jak i posuwowy narzędzia jest
wykonywany mechanicznie.
Obróbkę ręczną i ręczno-maszynową opisano w rozdziale 4.3, zaś omówieniu obróbki
maszynowej poświęcony jest rozdział 4.4.
Odlewnictwo to proces wytwarzania części maszyn polegający na wypełnianiu form
odlewniczych ciekłym metalem. Przebiega on w następujących etapach:
- wykonanie rysunku odlewu,
- wykonanie kompletu modeli i rdzeni odlewniczych,
- przygotowanie materiałów formierskich,
- wykonanie formy odlewniczej,
- przygotowanie ciekłego metalu przeznaczonego do wypełnienia,
- wypełnienie ciekłym metalem formy odlewniczej,
- wyjęcie skrzepłego odlewu z formy i jego wykończenie.
Ze względu na rodzaj odlewanego materiału wyró\nia się odlewnictwo: stali, \eliwa
i metali nie\elaznych (miedzi, aluminium, cynku, magnezu). Odlewy mogą być wykonywane
równie\ z materiałów niemetalowych takich jak gips, beton, szkło, tworzywa sztuczne.
Formy odlewnicze mogą być:
- trwałe (formy ciśnieniowe i kokile) mo\na w nich wykonać kilkadziesiąt tysięcy zalań,
- półtrwałe (szamotowe, grafitowe, gipsowe) wytrzymują kilkadziesiąt zalań,
- jednorazowe (piaskowe, ceramiczne) u\ywane głównie w produkcji jednostkowej
i małoseryjnej.
Ze względu na rodzaj sił, pod wpływem których forma wypełnia się metalem wyró\nia
się następujące rodzaje odlewania:
- grawitacyjne,
- ciśnieniowe,
- odśrodkowe.
Podstawowe elementy procesu wykonywania odlewu przedstawia rysunek 9.
Model przedmiotu odtwarza w masie formierskiej zewnętrzne kształty przedmiotu.
Rdzeń wykonany w skrzynce rdzeniowej odtwarza kształty wewnętrzne odlewu.
W zale\ności od metody wykonania odlewu, jak równie\ od jego zło\oności jako materiały
na formy i rdzenie stosuje się: drewno, metal, tworzywa sztuczne, gips.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
Rys. 9. Podstawowe elementy procesu wykonania odlewu [10, s. 312 ]
Odlewy w przemyśle maszynowym wykonuje się głównie w formach z mas
formierskich. Składnikami masy formierskiej jest piasek formierski z dodatkiem glin
wią\ących, dodatków specjalnych, wody i zu\yta, oczyszczona masa formierska.
Proces formowania w wyniku którego otrzymuje się rdzeń lub formę mo\e być ręczny
lub maszynowy. Rdzenie wykonuje się w skrzynkach rdzeniowych (rys. 10), a formy
w skrzynkach formierskich (rys. 11).
Rys.10. Formowanie prostego rdzenia: a) rdzennica Rys.11. Skrzynki formierskie: a) skrzynka otwierana,
przygotowana do napełniania, b) rdzennica b) skrzynka zdejmowana [2, s.169]
rozło\ona [2, s.169]
Zalewanie form odbywa się z kadzi (rys. 12). Po skrzepnięciu i ostygnięciu odlewy
wybija się z formy, usuwa rdzeń i oczyszcza z masy formierskiej.
Rys.12. Kadz odlewnicza i zalewanie formy [10, s. 315]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
Przy wykonywaniu większej liczby odlewów stosuje się metalową formę zwaną kokilą
(rys. 13). Metoda ta znalazła zastosowanie w przemyśle samochodowym do odlewania np.
tłoków samochodowych.
Rys. 13. Forma do odlewania tłoków silników samochodowych: 1, 2, 3, części kokili, 4 układ wlewowy
[2, s.176]
Metalurgia proszków jest działem metalurgii zajmującym się wytwarzaniem proszków
metali oraz przedmiotów z tych proszków bez przechodzenia przez stan ciekły.
Podczas tego procesu oddzielne cząstki proszków łączą się ze sobą w jednolitą masę
podczas wygrzewania silnie sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub obojętnej.
Proces metalurgii proszków jest ekonomiczną metodą wielkoseryjnej produkcji
elementów o niewielkich prostych kształtach, w wyniku której uzyskuje się w pełni zwarte
sprasowane komponenty. Technologia ta umo\liwia uzyskanie jednorodnej mikrostruktury
wolnej od niemetalicznych wtrąceń i defektów.
Produkty metalurgii proszków charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami
mechanicznymi i odpornością na zu\ycie, dzięki czemu znajdują szerokie zastosowanie
w ró\nych bran\ach, takich jak m.in. przemysł lotniczy i kosmonautyczny, przemysł drzewny
(zęby pił) itp.
Metodami metalurgii proszków wytwarza się:
- przedmioty z metali trudno topliwych jak np. wolfram, molibden, tantal, iryd,
- spieki metali i niemetali wykazujących znaczne ró\nice temperatury topnienia, jak
np. materiały na styki elektryczne z wolframu i srebra, szczotki do maszyn elektrycznych
z grafitu i miedzi,
- materiały porowate na ło\yska samosmarujące,
- materiały, które w stanie ciekłym są gęstopłynne i trudne do odlewania, jak np. materiały
na specjalne magnesy trwałe.
Produkcja spieków dzieli się na trzy etapy: wytwarzanie proszków metali, prasowanie,
spiekanie.
Obróbka plastyczna jest to rodzaj obróbki mający na celu zmianę właściwości i kształtu
materiałów w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno lub gorąco. Rozró\nia się
następujące rodzaje obróbki plastycznej:
- kucie ręczne i maszynowe,
- tłoczenie,
- walcowanie,
- ciągnienie.
Kucie ręczne wykonuje się z u\yciem narzędzi kowalskich: przecinaków, przebijaków,
trzpieni, młotków, płyty kowalskiej i urządzeń do podgrzewania. Podstawowymi operacjami
kucia ręcznego są: przecinanie, przebijanie, wydłu\anie, poszerzanie, spęczanie, wyginanie,
odsadzanie (rys.14, 15).
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
a) b)
Rys. 14. Rodzaje kucia ręcznego: a) wydłu\anie za pomocą nakładki, b) poszerzanie, [5, s. 272]
a) b) c)
Rys. 15. Rodzaje kucia ręcznego: a) spęczanie, b), c) wyginanie [1, s. 182]
Kucie maszynowe dzieli się na swobodne i matrycowe. w obu metodach stosowane są
młoty o napędzie mechanicznym. Przy kuciu matrycowym (rys. 16) kształt przedmiotu
odtwarza matryca umocowana w młocie matrycowym. Kucie matrycowe ma du\e
zastosowanie w produkcji seryjnej odkuwek, przewa\nie w przemyśle motoryzacyjnym
i lotniczym.
1-górna część matrycy
2-dolna część matrycy
3-materiał
4-obsada młota
5-bijak młota
6-szabot
Rys. 16. Kucie matrycowe: a) mocowanie matryc, b) odkuwka, c) okrojnik [2, s. 184]
Tłoczenie obejmuje operacje cięcia i kształtowania. Podczas cięcia (rys. 17) następuje
całkowite lub częściowe oddzielenie jednej części materiału od drugiej, a kształtowanie
nadaje blachom zało\ony z góry kształt i wymiar.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
Rys. 17. Operacje cięcia: a) wycinanie, b) dziurkowanie, c) przycinanie, d) okrawanie, e) nacinanie 1 wyrób,
2 odpad, 3 stempel, 4 matryca [2, s. 185]
Operacje kształtowania dzieli się na: ciągnienie, rozpęczanie, wyoblanie, wyciskanie.
Metodą walcowania (rys. 18) wytwarza się większość półfabrykatów. Materiałem
wyjściowym są wlewki, z których wyrabia się kęsiska i blachówki, a z nich pręty,
kształtowniki, blachy grube i cienkie. Za pomocą walcowania mo\na produkować wyroby
o skomplikowanych kształtach: obręcze kół, gwinty, koła zębate.
a) b) c)
Rys. 18. Walcowanie: a) dwukierunkowe blach, b) belek dwuteowych, c) gwintów [10, s. 310]
Spajanie materiałów jest operacją technologiczną, której celem jest wytworzenie
w miejscu łączenia wiązań międzyatomowych zapewniających ciągłość sieci krystalicznej.
Do podstawowych metod spajania nale\ą: spawanie, zgrzewanie, lutowanie.
Połączenia spawane powstają poprzez nadtopienie dosuniętych do siebie brzegów
łączonych elementów. Ciekły metal wypełnia szczelinę między elementami, a następnie
krzepnie tworząc spoinę. Proces spawania mo\e przebiegać z dodatkiem spoiwa lub bez
dodawania spoiwa (rys. 19).
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
a) b)
Rys. 19. Złącze spawane: a) z dodanym spoiwem, b) bez dodawania spoiwa [4, s. 10]
Na rysunku rysunek 20 przedstawiono przykłady złączy spawanych spoinami czołowymi
i pachwinowymi.
Rys. 20. Przykłady złączy spawanych [4, s. 76]
Ciepło potrzebne do nadtopienia metalu pochodzi z łuku elektrycznego lub ze spalania gazu
(najczęściej acetylenu).
Do podstawowych materiałów stosowanych przy spawaniu gazowym nale\ą:
- gazy techniczne: acetylen i tlen, rzadziej wodór i tlen, gaz miejski, gaz ziemny,
-
-
-
propan-butan techniczny,
- karbid,
-
-
-
- spoiwa,
-
-
-
- topniki.
-
-
-
Spoiwa dobiera się w zale\ności od rodzaju spawanego materiału. Stosowane są ró\ne
gatunki spoiw: cynowo-ołowiowe, miedziane, mosię\ne, brązowe, aluminiowe i inne. Spoiwa
produkowane są w postaci drutów i prętów.
Topniki dobiera się oddzielnie do ka\dego metalu lub stopu. Stosowane są w postaci
sypkiej lub rozrabiane są z wodą na gęstość lakieru. Pokrywa się nimi miejsca łączone
i spoiwo. Topniki mają za zadanie rozpuszczenie trudnotopliwych tlenków , które powstają
w czasie spawania, i ułatwienie przechodzenia ich do \u\la.
W praktyce stosuje się ró\ne metody spawania gazowego, które ró\nią się sposobem
przesuwania palnika i spoiwa. Najczęściej stosuje się spawanie: w lewo, w prawo, w górę.
Stanowiska stałe urządza się w miejscach, gdzie występują roboty spawalnicze lub cięcie
tlenem. Wyposa\one jest w następujące urządzenia: butle tlenowe i acetylenowe, wę\e,
reduktory, palniki oraz najpotrzebniejsze przybory (rys. 21).
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
Rys. 21. Stanowisko stałe do spawania gazowego: 1 butla tlenowa z reduktorem, 2 butla acetylenowa
z reduktorem, 3 palnik z wę\ami, 4 gablotka z nasadkami do spawania, 5 stół do spawania
wyło\ony cegłą, 6 wiadro z wodą do studzenia palnika [3, s. 170]
Acetylen przechowuje się w butli stalowej w stanie ciekłym rozpuszczony w acetonie
przy nadciśnieniu 1,5 MPa. Butle acetylenowe maluje się na \ółto i oznacza czarnym
napisem: ACETYLEN.
Tlen przechowywany jest w stalowych butlach malowanych na niebiesko z białym
napisem: TLEN, przy nadciśnieniu 15 MPa. Butle z tlenem zamknięte są zaworem
mosię\nym, który nie nale\y smarować tłuszczami, gdy\ w zetknięciu ze sprę\onym
powietrzem spalają się wybuchowo. Ka\da butla na stanowisku jest wyposa\ona w reduktor,
który słu\y do obni\ania ciśnienia gazów pobieranych z butli do ciśnienia roboczego
i utrzymywanie go przez cały czas pracy bez zmian.
Spawanie elektryczne
yródłem ciepła przy spawaniu elektrycznym jest łuk elektryczny, jarzący się między
elektrodą a spawanym przedmiotem. Stopiony metal z elektrody i nadtopione krawędzie
spawanego materiału tworzą jeziorko spawalnicze, które po zakrzepnięciu zamienia się
w spoinę. Podczas spawania łuk elektryczny i jeziorko ciekłego metalu znajdują się pod
osłoną gazów stanowiących ochronę przed dostępem tlenu i azotu z atmosfery. yródłem prądu
stałego są spawarki prostownikowe, natomiast prądu przemiennego - transformatory
spawalnicze.
Rozró\nia się spawanie elektryczne: łukowe ręczne elektrodą otuloną, łukiem krytym,
elektro\u\lowe, łukowe elektrodą nietopliwą w osłonach gazowych, łukowe elektrodą topliwą
(rys. 22). Do spawania elektrycznego u\ywa się przewa\nie elektrod topliwych, które dzieli
się na nie otulone i otulone. Elektrody nie otulone u\ywane są do spawania pod topnikiem lub
w atmosferze gazów ochronnych, argonu lub dwutlenku węgla.
Elektrody otulone wykonywane są w postaci krótkich odcinków drutu pełniącego rolę spoiwa
pokrytego otuliną. Otulina ta jest zło\ona z substancji potrzebnych do prawidłowego
przebiegu procesów metalurgicznych podczas spawania.
Rys. 22. Spawanie łukowe: a) elektrodą topliwą, b) elektrodą nietopliwą; 1 przedmiot spawany, 2 uchwyt
elektrody, 3 elektroda, 4 elektroda wolframowa [6, s. 304]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
W skład otuliny wchodzą składniki:
- stabilizujące łuk spawalniczy,
- odtleniające,
- gazotwórcze,
- \u\lotwórcze,
- wią\ące,
- stopowe (je\eli są konieczne).
Elektrody otulone mogą mieć średnice: "1,6; "2; "2,5; "3,2; "4; "5; "6; "8 mm,
a ich długość jest zale\na od średnicy i wynosi np. dla elektrody "2,5 mm 250-300-350 mm.
Sposób oznaczania elektrod jest znormalizowany. Oznaczenie elektrod otulonych według
PN-EN 466 zawiera:
- numer normy,
- metodę spawania,
- własności wytrzymałościowe stopiwa,
- temperatura pracy łamania stopiwa,
- symbol rodzaju otuliny elektrody,
- symbol składu chemicznego stopiwa,
- uzysk elektrody i rodzaj prądu spawania,
- zalecane pozycje spawania,
- symbol ilości wodoru dyfundującego.
Spawanie łukowe w osłonie gazów obojętnych (argonu lub helu) odbywa się dwiema
metodami:
- metoda TIG z u\yciem elektrody nietopliwej; stosowana do spawania wszystkich stali
oraz metali nie\elaznych (rys. 23),
- metoda MIG z u\yciem elektrody topliwej, stosowana do spawania wszystkich stali oraz
metali nie\elaznych (rys.24).
Spawanie łukowe w osłonie gazów aktywnych (dwutlenku węgla lub mieszanki gazów
z dwutlenkiem węgla) elektrodą topliwą nazywane jest metodą MAG. Stosowana jest do
spawania stali niestopowych węglowych i niskostopowych.
Rys. 23. Spawanie metodą TIG w osłonie argonu Rys. 24. Spawanie metodą MIG/MAG w osłonie
elektrodą nietopliwą: 1 dysza gazowa, argonu elektrodą topliwą: 1 dysza
2 elektroda wolframowa, 3 łuk elektryczny gazowa, 2 drut elektrodowy, 3
gazu ochronnego, 4 jeziorko stopionego prowadzenie drutu, 4 strumień gazu
metalu, 5 strumień argonu [6, s. 308] ochronnego [6, s. 309]
Połączenia zgrzewane powstają poprzez silny docisk do siebie elementów uprzednio
podgrzanych do temperatury plastyczności. W odró\nieniu do spawania brzegi elementów nie
ulegają nadtopieniu. Ciepło konieczne do podgrzania elementów mo\e być wytworzone
w wyniku tarcia elementów o siebie, lecz najczęściej jest wynikiem przepływu prądu
elektrycznego przez elementy łączone (zgrzewanie oporowe).
W zale\ności od rodzaju powstałej zgrzeiny wyró\niamy zgrzewanie punktowe (rys. 25)
oraz liniowe (rys. 26). Zgrzewanie punktowe stosuje się w przypadku gdy nie jest wymagana
szczelność elementów łączonych (np. nadwozia pojazdów samochodowych), liniowe gdy jest
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
ona konieczna (np. zbiorniki paliwa). Na elektrody do zgrzewania oporowego stosuje się
najczęściej miedz elektrolityczną lub stop miedzi z chromem i kadmem.
Rys. 25. Zasada zgrzewania punktowego [5, s. 208] Rys. 26. Zasada zgrzewania liniowego [5, s. 208]
Połączenia lutowane łączą elementy za pomocą stopu zwanego lutem. Temperatura
topnienia lutu jest znacznie ni\sza od temperatury topnienia łączonych części, dlatego przy
lutowaniu nie następuje nadtapianie łączonych części. Ze względu na zakres temperatury
rozró\nia się: lutowanie miękkie, temperatura topnienia lutu do 723 K (450�C) oraz lutowanie
twarde, temperatura powy\ej 723 K (450�C). Luty miękkie stosuje się do łączenia stopów
\elaza, stopów miedzi i innych. Wytrzymałość mechaniczna takich lutów jest niewielka
podobnie jak zakres temperatury ich pracy. Jako lutów miękkich u\ywa się stopów cyny
z ołowiem, cyny z kadmem. Lutowanie miękkie przeprowadza się za pomocą ró\nego typu
lutownic.
Jako lutów twardych u\ywa się miedzi lub jej stopów (mosiądze, brązy), cynku, srebra.
Luty twarde mo\na topić za pomocą palników acetyleno-tlenowych, lamp lutowniczych lub
w piecach. Przed lutowaniem powierzchnie łączonych elementów powinny być oczyszczone
mechanicznie lub chemicznie. W celu zwiększenia przyczepności i zapobie\eniu utlenianiu
u\ywa się topników (np. kalafonia, boraks).
Luty twarde wykonywane są w postaci drutów, taśm, blach i past. Uniwersalnym lutem
stosowanym do wszystkich stali, węglowych i stopowych, jest lut miedziany SMS1.
Przykładem zastosowania lutowania twardego jest lutowanie płytek z węglików spiekanych
do korpusu narzędzia.
Lutospawanie nale\y do lutowania twardego. Połączenie części metalowych powstaje
przy stopionym spoiwie i nie stopionych brzegach łączonych metali. Złącza lutospawane mają
kształt litery V lub Y. Proces technologiczny zbli\ony jest do spawania.
Do lutospawania stosuje się luty twarde o wysokiej temperaturze topnienia
wynoszącej 1173�1356 K (900 1083�C). Do tej temperatury nale\y nagrzać części łączone.
Lutospawanie stosuje się do łączenia stali węglowych: odlewów \eliwnych, brązowych
i mosię\nych, zastępując spawanie. śeliwa połączone tą metodą mają lepsze właściwości,
gdy\ niska temperatura topnienia lutu nie powoduje odkształceń cieplnych w elementach
łączonych i w związku z tym nie powstają pęknięcia.
Połączenia klejone wraz z rozwojem chemii są coraz częściej stosowane w technice.
Do ich zalet mo\na zaliczyć odporność na korozję, zdolność tłumienia drgań, właściwości
izolacyjne, mo\liwość klejenia dowolnej kombinacji materiałów. Powierzchnie przed
sklejeniem musza być odpowiednio przygotowane zgodnie z zaleceniami producenta kleju.
Warunkiem uzyskania połączenia klejonego o dobrych właściwościach jest docisk elementów
klejonych do siebie na czas utwardzenia kleju. Klejenie następuje dzięki dwóm podstawowym
zjawiskom fizycznym: adhezji i kohezji.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
BHP podczas spajania metali
Wszystkie prace spawalnicze wymagają specjalnych kwalifikacji i uprawnień, a sprzęt
spawalniczy musi spełniać wiele szczegółowych wymagań. Butle na gazy i wytwornice
acetylenu podlegają ponadto kontroli Urzędu Dozoru Technicznego.
Zagro\enie \ycia i zdrowia ludzkiego podczas prac spawalniczych mo\na podzielić na
następujące grupy:
- zagro\enia związane z wytwarzaniem i przechowywaniem gazów stosowanych
w spawalnictwie,
- zagro\enia spowodowane prądem elektrycznym,
- zagro\enia związane z samym procesem spawania (tj. wysoka temperatura, iskry,
promieniowanie).
Obowiązują bardzo szczegółowe przepisy dotyczące obchodzenia się z butlami gazów
(zarówno pustymi, jak i napełnionymi) oraz ich transportu. Butle muszą np. być chronione
przed upadkiem i uderzeniami, nagrzewaniem (np. promieniami słonecznymi),
zanieczyszczeniem smarami. Butle mo\na napełniać tylko tym gazem,. do którego są
przeznaczone. Butle z acetylenem nale\y w czasie pracy ustawiać zawsze zaworem ku górze.
Gazy stosowane w spawalnictwie nie są zasadniczo trujące, ale gro\ą eksplozją i z tego
powodu nie wolno np. oliwić zaworów tlenowych. Okresowo butle są kontrolowane przez
Urząd Dozoru Technicznego.
Prąd elektryczny jest głównym zródłem zagro\enia przy spawaniu łukiem, a tak\e
(chocia\ w mniejszym stopniu) przy elektrycznym zgrzewaniu oporowym. Obowiązują tu
więc przede wszystkim ogólne przepisy dotyczące budowy i eksploatacji aparatury
elektrycznej wysokiego napięcia. Napięcie na zaciskach zródeł prądu mo\e sięgać 100 V, co
wymaga odpowiedniej ostro\ności w czasie spawania. Przedmiot spawany powinien być
uziemiony, a uchwyt elektrody musi mieć izolowaną rękojeść. W niektórych przypadkach
sama konstrukcja uchwytu powinna uniemo\liwić wymianę elektrody bez wyłączenia prądu.
Spawanie łukowe jest bardzo niebezpieczne ze względu na promieniowanie łuku, gro\ące
uszkodzeniem oczu i cię\kimi oparzeniami skóry.
Spawacz musi być zabezpieczony fartuchem, ręce mieć osłonięte rękawicami, a twarz
(nie tylko oczy) chronioną tarczą trzymaną w ręku lub przyłbicą umocowaną na głowie.
W tarczy lub przyłbicy znajduje się niewielkie okienko z filtrem ochronnym. Stanowisko do
spawania łukowego musi być osłonięte stałymi ścianami lub przenośnymi parawanami ,aby
uchronić od poparzeń ludzi pracujących obok.
Przy wielu pracach monta\owych występują równie\ zagro\enia o charakterze chemicznym.
Przykładem mo\e być lutowanie, gdzie u\ywa się ró\nych topników szkodliwych dla zdrowia.
Szczególnie du\e niebezpieczeństwo zagra\a przy klejeniu, gdy\ wiele klejów lub ich składników
to silne trucizny i praca z nimi musi odbywać się z najwy\szą ostro\nością, przy zapewnieniu
odpowiedniej wentylacji i innych środków ochronnych.
Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna
Obróbka cieplna jest procesem składającym się z zabiegów cieplnych, których celem jest
kształtowanie zmian struktury materiału w stanie stałym pod wpływem temperatury i czasu.
Rezultatem tych zmian jest uzyskanie odpowiednich właściwości mechanicznych oraz
właściwości fizycznych i chemicznych materiału. Obróbkę cieplną w trakcie której zmiany
struktury materiału następują głównie pod wpływem temperatury i czasu nazywa się obróbką
cieplną zwykłą. Je\eli obróbkę cieplną łączy się z działaniem środowiska chemicznego
wówczas obróbka nazywa się cieplno-chemiczną.
Istnieje ścisły związek obróbki cieplnej z przemianami fazowymi właściwymi dla danego
rodzaju stopu. Dlatego te\ rodzaj obróbki cieplnej oraz zakres temperatury ustala się na
podstawie wykresów równowagi fazowej stopów, np. w przypadku stali na podstawie
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
wykresu równowagi fazowej \elazo-cementyt. śelazo występuje w dwóch odmianach
alotropowych ą i ł. Przemiana alotropowa polega na zmianie układu atomów w siatce
krystalograficznej metalu znajdującego się w stanie stałym. Pierwsza odmiana \elaza, która
jest trwała do 1183 K, (910�C) jest \elazem ą. W zakresie temperatur 1183�1663 K
(910�1390�C), \elazo występuje w odmianie ł, powy\ej 1663 K (1390�C), ponownie
następuje przemiana \elaza w odmianę alotropową ą.
W układzie \elazo-cementyt występują następujące rodzaje składników strukturalnych:
Cementyt związek chemiczny węgla z \elazem Fe3C, oznacza się du\ą twardością
i bardzo złą plastycznością,
Ferryt roztwór stały węgla w \elazie ą, jest to prawie czyste \elazo, największa
rozpuszczalność węgla w \elazie " wynosi 0,02% C,
Austenit roztwór stały węgla w \elazie ł,
Perlit mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu zawierająca 0,8% C powstaje
wskutek rozpadu austenitu podczas przemiany eutektoidalnej zachodzącej
w temperaturze 996 K (723oC),
Martenzyt mocno przesycony roztwór węgla w \elazie ą ma charakterystyczną iglastą
budowę oraz du\ą kruchość i twardość,
Bainit produkt przemiany przechłodzonego austenitu, składa się z przesyconego
węglem ferrytu oraz wydzielonego z niego cementytu jego struktura jest drobna,
rozró\nia się dwie odmiany bainitu: górny i dolny.
Zale\ność struktury krystalograficznej stali od temperatury i procentowej zawartości węgla
przedstawia rysunek 27.
Rys. 27. Zale\ność struktury krystalograficznej stali od temperatury i procentowej zawartości węgla (wykres
równowagi faz) [9, s. 137]
Stosowanie poszczególnych rodzajów obróbki cieplnej (hartowania, odpuszczania,
przesycania i starzenia) wymaga nagrzania stopu do temperatur w których następują
przemiany alotropowe lub zmiany rozpuszczalności określonych składników stopu.
Główne zabiegi obróbki cieplnej to: nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie (rys. 28).
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
Rys. 28. Podstawowe zabiegi obróbki cieplnej [10, s. 97]
Do podstawowych parametrów charakteryzujących zabiegi obróbki cieplnej zaliczamy:
- temperaturę nagrzewania,
- średnią szybkość nagrzewania lub czas nagrzewania,
- czas wygrzewania,
- średnią szybkość chłodzenia lub czas chłodzenia.
Rozró\niamy następujące rodzaje obróbki cieplnej:
- hartowanie,
- wy\arzanie,
- odpuszczanie,
- przesycanie i starzenie,
- ulepszanie cieplne.
Wy\arzanie jest operacją obróbki cieplnej, która polega na nagrzaniu stali do określonej
temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Celem wy\arzania jest
otrzymanie określonej struktury zapewniającej wymagane własności materiału.
Wyró\nia się następujące rodzaje wy\arzania: ujednorodniające, normalizujące, zupełne,
izotermiczne, niezupełne, zmiękczające, rekrystalizujące, odprę\ające, stabilizujące (rys. 29).
Zawartość C 0/0
Rys. 29. Zakresy temperatury wy\arzania stali niestopowych [10, s. 100]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
W wyniku wy\arzania mo\na uzyskać:
- poprawę obrabialności przy skrawaniu,
- zwiększenie plastyczności przy tłoczeniu na zimno,
- zwiększenie jednorodności struktury i składu chemicznego,
- zmniejszenie naprę\eń powstałych podczas zgniotu, spawania.
Hartowanie jest operacją obróbki cieplnej polegającą na nagrzaniu przedmiotu do
temperatury zapewniającej wytworzenie struktury austenitu (o 303�323 K, powy\ej linii A3)
i następnie szybkim chłodzeniu. Celem hartowania jest uzyskanie struktury martenzytycznej
lub bainitycznej, charakteryzującej się między innymi odpowiednio du\ą twardością. Stale
niestopowe (węglowe) hartuje się w wodzie, stopowe w oleju, wysokostopowe,
tzw. samohartujące się w powietrzu.
Wyró\nia się równie\ hartowanie objętościowe (na wskroś) i powierzchniowe.
Hartowanie powierzchniowe polega na szybkim nagrzaniu warstwy powierzchniowej
o niewielkiej grubości do temperatury austenityzacji i chłodzeniu z du\ą szybkością,
zapewniającą uzyskanie struktury martenzytycznej w tej warstwie. Celem jest uzyskanie
wysokiej twardości warstwy powierzchniowej i odporności na ścieranie przy zachowaniu
ciągliwości rdzenia. Ze względu na sposób nagrzewania powierzchni wyró\nia się
następujące rodzaje hartowania powierzchniowego: płomieniowe, indukcyjne, kąpielowe,
oporowe lub kontaktowe, elektrolityczne, laserowe, elektronowe i plazmowe. Części maszyn
wymagające wysokiej wytrzymałości poddaje się najpierw ulepszaniu cieplnemu, tj.
hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu, a następnie hartuje się powierzchniowo określone
fragmenty części.
Hartowanie powierzchniowe stosuje się dla stali niestopowych zawierających 0,4 0,6% C,
a dla stali niskostopowych o zawartości 0,3 ,6% C.
Po hartowaniu martenzytycznym stale konstrukcyjne wykazują du\e naprę\enia własne
i strukturalne oraz małą plastyczność, co uniemo\liwia ich bezpośrednie u\ycie. W celu
zmniejszenia tych niekorzystnych skutków stosuje się odpuszczanie.
Odpuszczanie jest operacją obróbki cieplnej stosowaną po hartowaniu, polegającą na
nagrzaniu przedmiotu do odpowiedniej temperatury, utrzymaniu jej przez pewien czas
i następnie chłodzeniu. Temperatura nagrzewania i czas wygrzewania zale\ą od rodzaju stali
i celu odpuszczania. Odpuszczanie mo\e być: niskie, średnie i wysokie (rys. 30).
Odpuszczanie niskie polega na nagrzaniu przedmiotu do temperatury 423�473 K
(150�200�C) i następnie chłodzeniu. Celem procesu jest usunięcie naprę\eń hartowniczych
przy zachowaniu du\ej twardości i odporności na ścieranie.
Odpuszczanie średnie przeprowadza się w zakresie temperatur 473�773 K (200 00�C).
Celem jest uzyskanie du\ej wytrzymałości i sprę\ystości stali przy dość znacznym obni\eniu
twardości. Odpuszczanie wysokie przebiega powy\ej temperatury 773 K. Celem jego jest
zmiękczenie stali do stanu, w którym ma ona wysoką udarność i najłatwiej poddaje się
obróbce skrawaniem.
Przesycanie jest operacją obróbki cieplnej polegającą na nagrzaniu materiału do
temperatury powy\ej granicznej rozpuszczalności, w której wydzielony składnik przechodzi
do roztworu stałego, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu w celu zatrzymania
rozpuszczonego składnika w roztworze przesyconym.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
Rys. 30. Wykres temperatur hartowania i odpuszczania stali węglowych [2, s. 195]
Starzenie polega na nagrzaniu i wytrzymaniu uprzednio przesyconego materiału
w temperaturze znacznie ni\szej od temperatury granicznej rozpuszczalności, w celu
wydzielenia składnika lub składników o odpowiednim stopniu dyspersji, które znajdują się
w nadmiarze w przesyconym roztworze stałym. Przesycanie i starzenie nazywa się
utwardzaniem dyspersyjnym.
Obróbka cieplno-chemiczna
Obróbką cieplno-chemiczną nazywa się zabiegi cieplne powodujące zmianę składu
chemicznego zewnętrznych warstw metalu, osiągane wskutek oddziaływania aktywnego
środowiska chemicznego na jego powierzchnię.
Podstawą procesów zachodzących podczas obróbki cieplno-chemicznej jest zjawisko dyfuzji.
Polega ono na ruchu atomów, jonów lub cząsteczek spowodowanym ró\nicą stę\enia
i prowadzącym do wyrównania stę\eń wewnętrznych faz. Dyfuzja występująca w gazach
i cieczach przebiega szybko, gdy\ atomy, jony lub cząsteczki nie napotykają większych
oporów na swej drodze.
W ciałach stałych ruch atomów, jonów lub cząstek jest utrudniony ze względu na
krystaliczną budowę tych ciał. Dyfuzja polega w nich na względnych przesunięciach atomów
lub cząsteczek wewnątrz sieci krystalicznej. Wędrówka atomów, jonów lub cząsteczek mo\e
się odbywać przez bezpośrednią zamianę miejsc w sieci krystalicznej, dyfuzję
międzywęzłową lub dyfuzję za pośrednictwem defektów sieci krystalicznej.
Zjawisko dyfuzji jest wykorzystywane do zmiany składu chemicznego zewnętrznych
warstw stali w celu zmiany jej właściwości, głównie poprawy twardości, wytrzymałości
na ścieranie oraz odporności na korozyjne działanie środowiska.
W celach technicznych do stali są dodawane węgiel, azot, aluminium, krzem, chrom, itd.
W praktyce stosuje się głównie nawęglanie, azotowanie, cyjanowanie.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
Nawęglanie
Nawęglanie polega na wprowadzeniu węgla do warstw powierzchniowych stali. Atomy
węgla wprowadzone dyfuzyjnie do stali zajmują w strukturalnych sieciach miejsce między
węzłami utworzonymi z atomów \elaza.
Nawęglaniu poddaje się stale o małej zawartości węgla, tj. nie przekraczającej 0,25% C,
niekiedy z niewielkim dodatkiem chromu, manganu lub molibdenu. Środowisko słu\ące do
nawęglania nazywa się karboryzatorem. Rozró\niamy środowiska do nawęglania stałe, ciekłe
i gazowe.
Czas nawęglania stali zale\y od aktywności środowiska, temperatury i zało\onej grubości
warstwy nawęglanej. Zwykle nawęgla się stale do grubości warstwy 0,5 2,5 mm. Nawęgloną
powierzchniowo stal poddaje się następnie obróbce cieplnej (rys. 31).
Rys. 31. Proces nawęglania i następującej po nawęglaniu obróbki cieplnej [6, s. 259]
Azotowanie
Proces azotowania odbywa się w specjalnych piecach, przez które przepływa amoniak.
W temperaturze pracy pieca, zwykle w zakresie 793�813 K (520�540�C), amoniak ulega
dysocjacji. Azotowanie jest procesem długotrwałym. Czas azotowania wynosi średnio około
30 h. W niektórych przypadkach stale azotuje się nawet w ciągu około 100 h. Grubość
warstwy uzyskanej w tak długotrwałym procesie nie jest jednak zbyt du\a. Jej grubość zale\y
od wielu czynników: od temperatury procesu, stopnia dysocjacji amoniaku, składu
chemicznego stali i innych.
Przedmioty przeznaczone do azotowania są uprzednio ulepszone cieplnie i szlifowane na
ostateczny wymiar. Azotowanie prawie zupełnie nie wpływa na zmianę wymiarów
przedmiotów, a ich powierzchnia nie ulega w tym procesie uszkodzeniu.
Po azotowaniu nie stosuje się ju\ innej obróbki cieplnej, gdy\ wytworzone na powierzchni
przedmiotu warstwy azotków są twarde, a naprę\enia własne uległy likwidacji podczas
azotowania.
Cyjanowanie
Podczas cyjanowania zachodzą jednocześnie dwa procesy: nawęglanie i azotowanie.
W wyniku cyjanowania zewnętrzne warstwy stali wzbogacają się w węgiel i azot.
Czynnikiem decydującym o tym, który z tych dwóch procesów będzie przebiegał
intensywnie, jest temperatura. Cyjanowanie w temperaturze powy\ej 1073 K (800�C),
powoduje niemal wyłącznie nawęglanie stali. Obni\enie temperatury procesu do około 773 K
(500�C), całkowicie zatrzymuje proces nawęglania, a przyspiesza azotowanie.
Cyjanowanie mo\e się odbywać w środowiskach: stałym, ciekłym i gazowym. Najczęściej
stosuje się cyjanowanie w kąpielach zawierających związki cyjanowe.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
Stale cyjanowane w wy\szej temperaturze są poddawane hartowaniu, zazwyczaj
bezpośrednio po kąpieli cyjanującej. Stale cyjanowane w ni\szej temperaturze nie podlegają
ju\ \adnej obróbce cieplnej.
Aluminiowanie
Aluminiowanie, zwane inaczej kaloryzowaniem, polega na wprowadzeniu glinu do stali.
Proces nasycania glinem odbywa się w mieszaninie sproszkowanego aluminium, tlenku
aluminium i chlorku amonu w temperaturze około 900�C. Grubość warstwy wzbogaconej
w glin zale\y od czasu trwania procesu. Po 24 godzinach osiąga się warstwę grubości l mm,
zawierającą około 50% Al.
Aluminiowaniu poddaje się przedmioty przeznaczone do pracy w podwy\szonej temperaturze
w atmosferze utleniającej. Utworzona na warstwie aluminium warstwa tlenków chroni metal
podło\a przed dalszym utlenianiem. Wadą tych warstw jest ich kruchość.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie znasz metody spajania metali?
2. Jak są oznaczane elektrody otulone?
3. Na czym polega metoda spawania MAG?
4. Jakie znasz metody lutowania?
5. Z jakich etapów składa się proces lutowania miękkiego?
6. Jak nale\y dobierać kleje?
7. Co to jest obróbka cieplna?
8. Jakie są rodzaje obróbki cieplnej?
9. Na czym polega proces odpuszczania?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj połączenie klejone materiałów otrzymanych od nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) rozpoznać materiały przeznaczone do klejenia,
2) dobrać rodzaj kleju,
3) przygotować niezbędne materiały i narzędzia,
4) przygotować powierzchnię do klejenia zgodnie z zaleceniami producenta kleju,
5) wykonać połączenie klejone,
6) ocenić wytrzymałość spoiny klejowej,
7) ocenić estetykę wykonanej pracy.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
zestaw materiałów i narzędzi do wykonywania połączenia.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
Ćwiczenie 2
Wykonaj połączenie spajane materiałów otrzymanych od nauczyciela metodą lutowania
miękkiego.
Sposób wykonania zadania
Aby wykonać zadanie, powinieneś:
1) przygotować stanowisko i narzędzia do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować elementy do lutowania,
3) dobrać odpowiedni lut oraz topnik,
4) wykonać połączenie stosując się do zaleceń bhp,
5) ocenić wspólnie z nauczycielem jakość i estetykę wykonanej pracy.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- lutownica,
-
-
-
- elementy przeznaczone do lutowania,
-
-
-
- materiały lutownicze.
-
-
-
Ćwiczenie 3
Wykonaj złącze spawane doczołowe oraz zakładkowe metodą MAG elementów
otrzymanych od nauczyciela.
Sposób wykonania zadania
Aby wykonać zadanie, powinieneś:
1) zapoznać się ze stanowiskiem do spawania oraz przepisami bhp,
2) zapoznać się z instrukcję u\ytkowania spawarki,
3) przygotować elementy do spawania,
4) dobrać parametry spawania,
5) wykonać złącze spawane pod nadzorem nauczyciela,
6) ocenić jakość wykonanej pracy,
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- półautomat spawalniczy MAG,
-
-
-
- instrukcja obsługi spawarki,
-
-
-
- elementy przeznaczone do spawania,
-
-
-
- środki ochrony osobistej.
-
-
-
Ćwiczenie 4
Na podstawie literatury opisz proces technologiczny hartowania na wskroś detalu
otrzymanego od nauczyciela. Symbol materiału z którego wykonany jest element poda Ci
nauczyciel.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) w oparciu o oznaczenie materiału oraz katalogi materiałowe rozpoznaj materiał
przeznaczony do hartowania,
2) ocenić kształt i wielkość przedmiotu,
3) opisać kolejne etapy hartowania wraz z podaniem podstawowych parametrów procesu,
u\ytych materiałów i narzędzi,
4) omówić wspólnie z nauczycielem wynik ćwiczenia.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- katalogi materiałowe,
-
-
-
- poradniki.
-
-
-
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) scharakteryzować techniki wytwarzania?
1 1
2) opisać technologię i rodzaje odlewania?
1 1
3) opisać rodzaje obróbki plastycznej?
1 1
4) omówić zasady bezpiecznej pracy podczas spajania?
1 1
5) wymienić i scharakteryzować metody spawania?
1 1
6) wykonać złącze spawane doczołowe?
1 1
7) wykonać połączenie lutowane?
1 1
8) wykonać połączenie klejone?
1 1
9) opisać procesy technologiczne obróbki cieplnej?
1 1
10) opisać procesy obróbki cieplno-chemicznej?
1 1
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
4.3. Obróbka ręczna i ręczno-maszynowa
4.3.1. Materiał nauczania
Obróbka ręczna
Obróbką ręczną nazywamy obróbkę wykonywaną za pomocą narzędzi, których ruch
główny i posuwowy jest uzyskiwany za pomocą mięśni człowieka.
W obróbce ręczno-maszynowej narzędzie wykonuje ruch główny, a człowiek tylko ruch
posuwowy.
Trasowanie polega na wyznaczaniu na powierzchni przedmiotu punktów, linii, okręgów,
obrysów warstw przewidzianych do usunięcia, które będą pomocne podczas właściwej
obróbki. Rozró\nia się trasowanie na płaszczyznie oraz trasowanie przestrzenne. Do
trasowania potrzebne są narzędzia przedstawione na rysunku 32.
Rys. 32. Narzędzia do trasowania a) rysik do rysowania na trasowanym przedmiocie linii, b) suwmiarka
traserska z podstawą, stosowana do wyznaczania linii poziomych, c) znacznik do wyznaczania linii
poziomych, d) cyrkiel traserski, e) cyrkiel traserski z śrubą nastawczą, f) punktak, g) liniał traserski
z podstawą, h) kątownik, i) środkownik przeznaczony do wyznaczania środków okręgów na
czołowych powierzchniach przedmiotów walcowych, j) pryzma traserska, u\ywana za podstawę
podczas trasowania przedmiotów walcowych, k) płyta traserska, l) płyta traserska (inny typ) [2, s. 21]
Ponadto do trasowania u\ywa się młotków, przymiarów kreskowych, a do trasowania
przestrzennego dodatkowo skrzynki i podstawki traserskie. W celu zwiększenia widoczności
trasowanych linii przedmioty maluje się roztworem siarczanu miedzi (przedmioty stalowe lub
\eliwne obrobione) lub kredą rozpuszczoną w wodzie z dodatkiem oleju lnianego (przedmioty
nieobrobione, np. odlewy).
Prostowanie i gięcie nale\ą do operacji obróbki ręcznej, podczas których nadaje się
przedmiotowi \ądany kształt bez skrawania materiału za pomocą odpowiednich sił. Zarówno
gięcie jak i prostowanie mo\na przeprowadzić na zimno i na gorąco. Podgrzewanie materiału
stosuje się w przypadku grubszych elementów w celu zwiększenia plastyczności materiału.
Prostowanie prętów (rys. 33) i blach (rys. 34) wykonuje się zazwyczaj na kowadłach lub
płytach za pomocą młotków stalowych lub drewnianych.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
Rys. 33. Operacja prostowania pręta [10, s. 192] Rys. 34. Operacja prostowania blachy [10, s. 192]
Na rysunku 35 przedstawiono etapy powstawania skobla poprzez gięcie płaskownika
w szczękach imadła.
Rys. 35. Etapy powstawania skobla poprzez gięcie płaskownika w szczękach imadła [10, s. 192]
Podczas gięcia materiał zostaje odkształcony w miejscu zginania (rys. 36). Warstwy
zewnętrzne materiału są w czasie gięcia rozciągane, a po zakończeniu gięcia wydłu\ane na
pewnym odcinku. Warstwy wewnętrzne materiału są w czasie gięcia ściskane, a po
zakończeniu gięcia skrócone na pewnym odcinku. Warstwy środkowe le\ące na linii
obojętnej, przechodzącej przez środek grubości materiału, nie ulegają rozciąganiu ani
ściskaniu.
Do wykonywania przedmiotu gięciem konieczna jest znajomość długości materiału
wyjściowego. Długość materiału wyjściowego musi być równa długości linii obojętnej
w wygiętym przedmiocie.
Rys. 36. Proces gięcia. 1 warstwa obojętna, 2 warstwa rozciągnięta, 3 warstwa ściskana, s szerokość
płaskownika, g wysokość płaskownika [2, s. 46]
Przecinanie piłką ręczną jest stosowane do elementów o niewielkich przekrojach. Piłka
składa się z oprawki oraz brzeszczotu, który mo\e być mocowany w uchwytach w jednym
z dwóch prostopadłych do siebie kierunków. Twarde lub cienkie materiały przecina się
brzeszczotami o drobnych ząbkach natomiast do tworzyw sztucznych i materiałów miękkich
stosuje się brzeszczoty o grubym uzębieniu. W celu uniknięcia zakleszczenia brzeszczotu
w materiale uzębienie brzeszczotu jest faliste lub rozwierane. Brzeszczoty piłek ręcznych do
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
metalu są znormalizowane. Parametrem charakteryzującym brzeszczot jest liczba zębów
przypadająca na 25 mm jego długości (najczęściej jest ich 22).
Na rysunku 37 przedstawiono geometrię uzębienia brzeszczotu dla metali lekkich oraz
dla stali.
Rys. 37. Geometria uzębienia brzeszczotu dla metali lekkich oraz dla stali [10, s. 194]
Cięcie metali no\ycami
W czasie cięcia materiału pracują dwa no\e, z których jeden jest przewa\nie
nieruchomy. Proces cięcia przebiega w trzech kolejnych fazach przedstawionych na rysunku
38.
Rys. 38. Fazy cięcia materiału: a) nacisk, b) przesuniecie materiału, c) rozdzielenie materiału [2, s. 38]
Do cięcia blach ró\nej grubości, a tak\e materiałów kształtowych i prętów u\ywa się
no\yc. Blachy stalowe cienkie (do l mm) mo\na ciąć no\ycami ręcznymi, a blachy grubsze
(do 5 mm) no\ycami dzwigniowymi (rys.39). No\yce równoległe, czyli gilotynowe
o napędzie mechanicznym są stosowane do cięcia blach grubości do 32 mm, a pręty oraz
kształtowniki przecina się no\ycami uniwersalnymi.
Rys. 39. No\yce dzwigniowe: 1 nó\ górny ruchomy, 2 nó\ dolny nieruchomy [2, s. 39]
Piłowanie ma na celu skrawanie z powierzchni obrabianego materiału cienkiej warstwy
grubości 0,5 1,5 mm za pomocą narzędzia zwanego pilnikiem. Podczas piłowania powstają
drobne wiórki, zwane opiłkami.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
Budowa pilników
Pilnik (rys. 40) składa się z części roboczej 1 i chwytu 2 osadzonego w drewnianej
rękojeści 3. Na części roboczej są wykonane nacięcia, czyli zęby. Wielkość pilnika jest
określona długością części roboczej L. Większość pilników produkuje się w zakresie długości
L = 100 450 mm. Pilniki wykonuje się ze stali niestopowej narzędziowej. Twardość części
roboczej powinna wynosić minimum 59 HRC, a chwyt musi być miękki.
Rys. 40. Pilnik [2, s. 56]
Według liczby nacięć przypadających na długości 10 mm, licząc w przekroju
równoległym do osi pilnika, rozró\nia się następujące rodzaje pilników: zdzieraki,
równiaki, półgładziki, gładziki, podwójne gładziki i jedwabniki
Liczba nacięć stanowi o przeznaczeniu pilnika. Im większa liczba nacięć, tym bardziej
gładka powierzchnia obrabiana.
Rys. 41. Rodzaje pilników w zale\ności od przekroju poprzecznego [2, s. 58]
W zale\ności od kształtu przekroju poprzecznego rozró\nia się pilniki (rys. 41):
a) płaskie zbie\ne, f) no\owe,
b) płaskie, g) okrągłe,
c) kwadratowe, h) półokrągłe,
d) trójkątne, i) mieczowe,
e) do ostrzenia pił, j) soczewkowe.
Pilniki dobiera się w zale\ności od wymiarów, kształtu i wymaganej chropowatości
obrabianej powierzchni. Do piłowania zgrubnego u\ywa się zdzieraków, które skrawają
warstwę metalu grubości ok. 1 mm. Po piłowaniu zgrubnym zdzierakiem stosuje się równiak,
który zbiera warstwę metalu grubości 0,3 0,5 mm. Pozostałe pilniki, tzn. od półgładzików do
jedwabników, u\ywa się do wykończania powierzchni zale\nie od wymaganej gładkości.
Podczas piłowania nale\y zwrócić uwagę na właściwe zamocowanie przedmiotu, musi ono
zapewnić całkowite unieruchomienie i usztywnienie obrabianego materiału. Mocując
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
przedmiot nale\y zwracać uwagę, \eby obrabiana powierzchnia znajdowała się o 5 10 mm
ponad szczękami imadła.
Wierceniem nazywa się wykonywanie otworów w pełnym materiale za pomocą narzędzia
skrawającego zwanego wiertłem. W czasie obróbki wiertło wykonuje ruch obrotowy
i posuwowy, a przedmiot obrabiany jest nieruchomy. Wiertło usuwa obrabiany materiał
w postaci wiórów tworząc walcowy otwór, przy czym średnica otworu odpowiada średnicy
wiertła.
Rys. 42. Budowa wiertła krętego [6, s. 52]
Wiertło kręte (rys. 42) składa się z części roboczej, szyjki i chwytu. Część robocza
składa się z części skrawającej i części prowadzącej. Chwyt mo\e być sto\kowy z płetwą
(w wiertłach o średnicy powy\ej 10 mm) oraz walcowy z płetwą lub bez (w wiertłach
o średnicy poni\ej 10 mm). Część robocza wiertła ma nacięte na obwodzie dwa przeciwległe
rowki śrubowe do pomieszczenia i odprowadzania wiórów z wierconego otworu. Dwie
łysinki w kształcie wąskich pasków, poło\one wzdłu\ rowków, słu\ą do prawidłowego
prowadzenia wiertła w otworze. Tarcie o ścianki otworu występuje tylko na powierzchni
łysinek prowadzących. Aby jeszcze bardziej zmniejszyć tarcie o ścianki otworu, część robocza
wiertła jest lekko sto\kowa, zbie\na w kierunku chwytu.
Część skrawającą stanowią dwie proste krawędzie tnące jednakowej długości, które łączą
się ze sobą poprzeczną krawędzią tnącą, zwaną ścinem. Ścin jest wierzchołkiem wiertła,
a krawędzie tnące tworzą kąt wierzchołkowy, którego wartość zale\y od rodzaju wierconego
materiału. Im twardszy jest materiał obrabiany, tym mniejszy powinien być kąt
wierzchołkowy. Do \elaza i stali stosuje się wiertła o kącie wierzchołkowym wynoszącym
118�, do mosiądzu, brązu i stopów aluminium 130 140�, do miedzi 125�,
do tworzyw sztucznych 85 90� i do gumy twardej 50�. Wiertła wykonuje się ze stali
szybkotnącej, a tak\e z płytkami z węglików spiekanych.
Do wiercenia otworów stosuje się wiertarki o napędzie ręcznym, elektrycznym lub
pneumatycznym. Rozró\nia się wiertarki przenośne, które podczas pracy trzyma się
rękami oraz wiertarki stałe. W pracach ślusarskich największe zastosowanie znajdują
wiertarki o napędzie elektrycznym. Wiertarki pneumatyczne mogą być stosowane tylko
w zakładach dysponujących instalacją sprę\onego powietrza. Do napędu wiertarki
pneumatycznej jest wymagane sprę\one powietrze o ciśnieniu 0,6 MPa.
Do mocowania wierteł słu\ą uchwyty dwuszczękowe lub trójszczękowe. Niektóre
wiertła, pogłębiacze i rozwiertaki posiadają chwyt sto\kowy pozwalający na umieszczenie
ich bezpośrednio w gniezdzie wrzeciona wiertarki, lub za pomocą tulei redukcyjnych.
Do prac wiertniczych zaliczamy: wykonywanie otworów przelotowych i nieprzelotowych,
wiercenie wtórne (powiercanie), pogłębianie otworów a tak\e rozwiercanie.
Pogłębianie jest to powiększanie na pewnej długości wykonanego otworu w celu ścięcia
ostrych krawędzi otworu lub wykonania wgłębienia na umieszczenie walcowego lub
sto\kowego łba wkrętu lub nitu. Pogłębianie otworów wykonuje się za pomocą narzędzi
zwanych pogłębiaczami (rys. 43). Rozró\nia się pogłębiacze sto\kowe i czołowe. Pogłębiacze
czołowe mają czop prowadzący o średnicy równej średnicy otworu w celu utrzymania
współosiowości. Chwyty pogłębiaczy są takie same jak wierteł.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
Rys. 43. Pogłębiacze: a) sto\kowy, b) czołowe [2, s. 75]
Rozwiercanie otworów
Narzędzia zwane rozwiertakami są u\ywane do dalszej obróbki otworu wykonanego
wiertłem w celu uzyskania du\ej dokładności oraz gładkości powierzchni lub w celu
otrzymania otworu sto\kowego.
W zale\ności od dokładności obróbki rozró\nia się rozwiertaki zdzieraki i wykańczaki.
Rozró\nia się rozwiertaki ręczne mające chwyt walcowy z łbem kwadratowym oraz
rozwiertaki maszynowe z chwytem sto\kowym lub walcowym. Rozwiertaki są narzędziami
wieloostrzowymi z zębami prostymi lub śrubowymi. Liczba ostrzy wynosi 3 12. Podziałka
zębów jest nierównomierna, co zapewnia większą dokładność obrabianego otworu.
Rozwiertaki z zębami śrubowymi lewoskrętnymi stosuje się do rozwiercania otworów
z rowkami. W zale\ności od kształtu otworu rozró\nia się rozwiertaki walcowe i sto\kowe.
Otwory sto\kowe o du\ej zbie\ności obrabia się kolejno trzema rozwiertakami:
wstępnym, zdzierakiem i wykańczakiem. Są stosowane równie\ rozwiertaki nastawne,
w których mo\na regulować średnicę w niewielkim zakresie. Na rysunku 44 przedstawiono
ró\nego rodzaju rozwiertaki, etapy rozwiercania otworów walcowych przedstawiono na
rysunku 45.
Rys. 45. Rozwiercanie otworów walcowych [2, s. 76]
Rys. 44. Rodzaje rozwiertaków [2, s. 76]
a) sprawdzenie prostopadłości, b) rozwiercanie,
a) zdzierak, b) o zębach prostych,
c) proces rozwiercania
c) o zębach śrubowych, d) nastawny,
e) komplet rozwiertaków sto\kowych.
Gwintowanie, polega na wykonaniu na powierzchni wałka lub otworu wgłębień wzdłu\
linii śrubowej. W czasie nacinania gwintu ostrze narzędzia wykonuje w stosunku do
obrabianej części ruch po linii śrubowej, tworząc rowek o odpowiednim zarysie gwintu.
Gwint mo\na nacinać na powierzchni walcowej zewnętrznej otrzymując wtedy śrubę, lub
na powierzchni walcowej wewnętrznej otrzymując nakrętkę.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47
Rodzaje gwintów
Gwinty dzieli się wg ich zarysów i systemów. W zale\ności od zarysu gwintu
w płaszczyznie przechodzącej przez jego oś rozró\nia się gwinty: trójkątne, prostokątne,
trapezowe (symetryczne i niesymetryczne) i okrągłe (rys. 46). W zale\ności od systemów
rozró\nia się gwinty metryczne, calowe (Whitwortha) i inne.
Do połączeń nieruchomych, czyli jako gwinty złączne, stosuje się wyłącznie gwinty
trójkątne. Gwinty trapezowe i prostokątne stosuje się w śrubach do przenoszenia ruchu,
jak np. śruba pociągowa w obrabiarkach.
W gwincie rozró\nia się następujące elementy: występ, bruzdę, zarys i kąt gwintu.
Zarysem gwintu nazywa się zarys występu i bruzdy w płaszczyznie przechodzącej przez oś
gwintu. Kąt gwintu ą jest to kąt zawarty między bokami zarysu. W gwincie metrycznym
ą = 60�, a w gwincie calowym ą = 55�. Zale\nie od kierunku nacięcia gwintu rozró\nia się
gwint prawy i lewy.
Rys. 46. Rodzaje gwintów a) trójkątny, b) trapezowy symetryczny, c) prostokątny, d) trapezowy
niesymetryczny, e) okrągły, f) wielkości charakteryzujące gwint metryczny 1 występ, 2 bruzda,
3 zarys, ą kąt zarysu, d średnica zewnętrzna gwintu, d1 średnica wewnętrzna gwintu,
d2 średnica podziałowa gwintu, P podziałka, H wysokość [2, s. 79]
Gwinty metryczne zgodnie z PN-ISO są określane przez podanie symbolu gwintu M,
wartości średnicy zewnętrznej, np. M20 dla gwintów zwykłych, a w przypadku gwintów
drobnozwojnych podaje się jeszcze podziałkę gwintu, np. M20�l,5. Gwinty lewe oznacza się
dodatkowo symbolem LH.
Do nacinania gwintów zewnętrznych (śrub) słu\ą narzynki, a do wewnętrznych (nakrętek)
gwintowniki. Gwinty mo\na nacinać równie\ na tokarkach za pomocą specjalnych no\y,
na frezarkach za pomocą frezów oraz walcować za pomocą odpowiednio ukształtowanych
walców. Na rysunku 47 przedstawiono przykłady narzynek.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48
Rys. 47. Rodzaje narzynek: a) narzynka okrągła pełna b) narzynka przecięta c) oprawka z pokrętką [2, s. 81]
Gwintowniki
Na rysunku 48 przedstawiono gwintownik. Ma on kształt śruby o sto\kowym
zakończeniu z rowkami wyciętymi na powierzchni wzdłu\ osi gwintownika. Rowki te tworzą
krawędzie tnące i słu\ą do odprowadzania wiórów. Gwintownik składa się z części
roboczej i chwytu o zakończeniu kwadratowym umo\liwiającym zało\enie pokrętki.
Część robocza dzieli się na sto\kową skrawającą i walcową wykańczającą.
Do gwintowania otworów u\ywa się kompletu składającego się z trzech gwintowników
(rys. 48a): gwintownika wstępnego (nr 1) oznaczonego na obwodzie jedną rysą, zdzieraka
(nr 2) oznaczonego dwiema rysami i wykańczaka (nr 3) oznaczonego trzema rysami. Za
pomocą gwintowników wstępnego i zdzieraka wykonuje się tylko część zarysu gwintu,
a dopiero za pomocą wykańczaka nacina się pełny zarys gwintu (rys. 48b). Ka\dy
gwintownik z kompletu ma sto\ek skrawający o innej długości. Najdłu\szy sto\ek ma
gwintownik wstępny, a najkrótszy wykańczak. Gwinty drobnozwojne wykonuje się jednym
lub dwoma kolejnymi gwintownikami.
Rys. 48. Gwintownik i jego elementy [2, s. 82] Rys. 49. Komplet gwintowników [2, s. 82]
1 część robocza, 2 część skrawająca, a) komplet gwintowników,
3 część wygładzająca, 4 uchwyt, b) kolejne zarysy gwintu wykonane
5 łeb kwadratowy, 6 rowek,
poszczególnymi gwintownikami.
7 krawędz tnąca, 8 powierzchnia natarcia,
9 powierzchnia przyło\enia,
ą kąt przyło\enia, � kąt ostrza,
ł kąt natarcia, � kąt skrawania.
Sprawdzanie gwintów
Średnicę zewnętrzną gwintu sprawdza się suwmiarką. Prawidłowość zarysu gwintu oraz
skok sprawdza się wzornikami (rys. 50a, b) obserwując pod światło prześwit między
wzornikiem a zarysem gwintu. Wzornik słu\y równie\ do szybkiego rozpoznania
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
49
gwintów przez przykładanie kolejnych grzebyków" do gwintu o nieznanym zarysie. Jest to
szczególnie przydatne, je\eli nale\y wykonać nakrętkę do śruby o nieznanym zarysie
gwintu. Na ka\dym wzorniku jest podane oznaczenie gwintu (rys. 50a). Gwinty sprawdza
się równie\ sprawdzianami jednogranicznymi (rys. 51 a,b) i dwugranicznymi (rys. 51c).
Rys. 51. Sprawdziany do gwintów [2, s. 87]
Rys. 50. Wzorniki do gwintów [2, s. 86]
BHP podczas obróbki ręcznej
W czasie obróbki ręcznej nale\y zwrócić szczególną uwagę na staranne przygotowanie
stanowiska pracy. Porządek na stanowisku i jego prawidłowe oświetlenie mają kluczowe
znaczenie.
Ubiór pracownika nie powinien mieć \adnych zwisających części, mankiety powinny być
obcisłe, a głowa nakryta.
Elementy obrabiane muszą być mocowane stabilnie w imadłach lub innych
przeznaczonych do tego celu przyrządach. Do pracy nale\y u\ywać zawsze dobrze
naostrzonych i sprawnych narzędzi. Przed rozpoczęciem pracy nale\y zapoznać się
z instrukcją obsługi narzędzi i przyrządów.
W czasie cięcia metali no\ycami i na piłach często zdarzają się okaleczenia rąk
o zadziory na krawędziach blach, w związku z tym nale\y je usuwać specjalnym skrobakiem
lub pilnikiem.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest trasowanie?
2. Jakie narzędzia u\ywane są do trasowania?
3. Jak wykonujemy wiercenie otworów przelotowych i nieprzelotowych?
4. W jaki sposób wykonujemy gwinty wewnętrzne i zewnętrzne?
5. Na czym polega operacja pogłębiania otworów?
6. Do jakich prac stosuje się rozwiertaki?
7. Jakie rodzaje pilników u\ywa się do prac warsztatowych?
8. Jakie są podstawowe zasady bhp podczas wykonywania obróbki ręcznej
i ręczno-maszynowej
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Za pomocą wzornika określ rodzaj gwintu na śrubie otrzymanej od nauczyciela,
a następnie wykonaj w płytce metalowej otwór przelotowy gwintowany pod tę śrubę.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
50
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić za pomocą wzornika rodzaj gwintu na śrubie,
2) dobrać na podstawie poradnika mechanika średnicę otworu pod gwint wewnętrzny
w zale\ności od rodzaju gwintu, średnicy oraz rodzaju materiału w którym będzie
wykonany,
3) przygotować stanowisko do pracy z u\yciem wiertarki,
4) dobrać odpowiednie wiertło,
5) zapoznać się z instrukcją u\ytkowania wiertarki,
6) wykonać otwór przelotowy w otrzymanej płytce,
7) dobrać komplet gwintowników,
8) wykonać operację gwintowania kolejnymi gwintownikami,
9) ocenić jakość wykonanej pracy przez wkręcenie w nagwintowany otwór śruby,
10) zaprezentować wykonane ćwiczenie.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
wzornik do gwintów,
wiertarka elektryczna na stojaku,
instrukcja u\ytkowania wiertarki,
komplet gwintowników,
poradnik mechanika,
płytka metalowa do wykonania w niej otworu gwintowanego,
stół ślusarski z imadłem.
Ćwiczenie 2
Z materiału otrzymanego od nauczyciela wykonaj ręcznie wpust pryzmatyczny łączący
wałek z piastą koła pasowego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dobrać narzędzia pomiarowe i wykonać pomiary rowków w piaście koła i w wale,
2) wykonać szkic wpustu,
3) przygotować stanowisko pracy,
4) zaplanować kolejność czynności,
5) dobrać narzędzia,
6) wykonać wpust zgodnie z zaplanowaną technologia z zachowaniem warunków
bezpiecznej pracy,
7) skontrolować wymiary wpustu,
8) osadzić koło na wale z wykorzystaniem wykonanego wpustu,
9) ocenić jakość wykonanej pracy,
10) zaprezentować wykonane ćwiczenie.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
stół ślusarski z imadłem,
zestaw narzędzi do obróbki ręcznej,
zestaw narzędzi traserskich,
zestaw przyrządów pomiarowych,
poradnik mechanika.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
51
Ćwiczenie 3
Na podstawie rysunku otrzymanego od nauczyciela wykonaj ręcznie skobel.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z rysunkiem skobla,
2) zaplanować kolejność czynności,
3) skonsultować zaplanowaną technologię wykonania skobla z nauczycielem,
4) przygotować stanowisko pracy,
5) dobrać narzędzia i przyrządy,
6) dobrać materiał,
7) wykonać kolejne operacje,
8) przedstawić wynik ćwiczenia.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- rysunek skobla,
- stanowisko ślusarskie wraz z wyposa\eniem,
- narzędzia traserskie,
- narzędzia pomiarowe.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wykonać trasowanie na płaszczyznie?
1 1
2) dobrać narzędzia do cięcia?
1 1
3) dobrać pilniki do wykonywanych prac?
1 1
4) wykonać gięcie elementów z blach w imadle?
1 1
5) rozró\nić rodzaje gwintów?
1 1
6) dobrać średnicę wiertła do otworu pod gwint?
1 1
7) dobrać średnicę sworznia pod gwint zewnętrzny?
1 1
8) wykonać otwory przelotowe i nieprzelotowe?
1 1
9) wykonać pogłębianie otworów?
1 1
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
52
4.4. Obróbka skrawaniem
4.4.1.Materiał nauczania
Podstawy obróbki skrawaniem
Celem obróbki skrawaniem jest nadanie przedmiotowi obrabianemu \ądanego kształtu
i wymiarów, często połączone z nadaniem warstwie wierzchniej tego przedmiotu określonych
cech. Obróbka skrawaniem polega na oddzieleniu od przedmiotu obrabianego warstwy
materiału o określonej grubości zwanej naddatkiem. Jest to tzw. obróbka wiórowa gdy\
usuwany materiał ma postać wióra. Obróbka skrawaniem obejmuje ró\ne sposoby skrawania
jak: toczenie, wiercenie, frezowanie, szlifowanie.
Toczenie
Zasada toczenia polega na wirowym ruchu materiału względem nieruchomego narzędzia
lub wirowym ruchu no\a względem nieruchomego materiału. W pierwszym przypadku mamy
do czynienia z toczeniem, w drugim z wytaczaniem.
Parametry toczenia
Na przebieg toczenia mają wpływ główne parametry skrawania: prędkość, głębokość
skrawania oraz posuw. Zale\ą od nich trwałość ostrza no\a, opór skrawania oraz dokładność
wymiarów obrabianej powierzchni.
Prędkość skrawania stosunek drogi do czasu w którym krawędz skrawająca narzędzia
przesuwa się względem powierzchni obrabianego przedmiotu, w kierunku głównego ruchu
roboczego.
Prędkość skrawania oblicza się z zale\ności
� prędkość skrawania w mm/min
d średnica przedmiotu obrabianego w mm
Ą � d � n
n prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego w obr/min
� =
1000
Drogę, którą pokonuje punkt A w czasie jednego obrotu wałka, w procesie toczenia,
przedstawiono na rysunku 52.
Rys. 52. Droga punktu A podczas jednego obrotu wałka przy toczeniu. [6, s. 134]
Głębokość skrawania.
Grubość warstwy materiału g skrawanej podczas jednego obrotu skrawanego wałka
(rys. 53) oblicza się z zale\ności:
Rys. 53. Głębokość skrawania podczas toczenia. [6, s. 134]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
53
D - d
g = mm
2
gdzie:
D średnica wałka przed skrawaniem, mm,
d średnica wałka po skrawaniu, mm.
Posuw (rys. 54) jest to przesunięcie no\a na jeden obrót przedmiotu, który wynosi od
kilku setnych mm do kilku mm na jeden obrót. Przy toczeniu gwintów posuw równa się
skokowi obrabianego gwintu oznacza się go literą P i wyra\a w (mm/obr.).
Posuw wzdłu\ny odbywa się gdy narzędzie wykonuje ruch równoległy do prowadnic
ło\a tokarki. Posuw poprzeczny gdy narzędzie wykonuje ruch prostopadły do poprzedniego.
Rys. 54. Posuw no\a podczas skrawania. [6, s. 135]
Kształt i poło\enie warstwy skrawanej podczas toczenia przedstawiono na rysunku 55.
Rys. 55. Kształt i poło\enie warstwy skrawanej podczas toczenia [6, s. 135]
Rys. 56. Elementy części roboczej no\a tokarskiego [2, s. 228]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
54
No\e tokarskie są podstawowymi narzędziami stosowanymi w procesie toczenia.
Nó\ tokarski składa się z trzonka (chwytu) i części roboczej. Poszczególne elementy
części roboczej przedstawiono na rysunku 56.
W zale\ności od sposobu mocowania rozró\nia się no\e mocowane bezpośrednio
i oprawkowe (rys. 57).
Rys. 57. Nó\ oprawkowy [2, s. 232]
Z uwagi na poło\enie krawędzi skrawającej względem części roboczej no\e dzielimy na
prawe i lewe (rys. 58).
Rys. 58. No\e tokarskie prawy i lewy [2, s. 231]
W zale\ności od rodzaju wykonania no\e mogą być jednolite, zgrzewane,
z nadlutowanymi płytkami oraz wymiennymi płytkami (rys. 59).
Rys. 59. No\e tokarskie: a) jednolity, b) z płytką przylutowaną, c) zgrzewany [2, s. 232]
Uwzględniając poło\enie części roboczej względem trzonka no\a mamy do czynienia
z no\ami: prostymi, wygiętymi, odsadzonymi w prawo lub lewo.
Przykłady no\y tokarskich i ich mo\liwości obróbcze przedstawiono na rysunku 60.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
55
Rys. 60. No\e tokarskie odmiany i mo\liwości obróbcze [10, s. 220]
Tokarki
Tokarki charakteryzują się ró\nymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi przystosowanymi do
wymagań określonego typu produkcji. Powszechnie są stosowane tokarki kłowe, o licznych
odmianach konstrukcyjnych:
tokarki kłowe uniwersalne ze skrzynką gwintową i śrubą pociągową, które słu\ą do
wykonywania ró\nych operacji w produkcji jednostkowej i małoseryjnej,
- tokarki kłowe produkcyjne,
-
-
-
- tokarki stołowe, do obróbki małych przedmiotów,
-
-
-
- tokarki precyzyjne, do obróbki części o wysokiej dokładności i jakości powierzchni,
-
-
-
- tokarki wielono\owe, do obróbki wieloma narzędziami jednocześnie,
-
-
-
- kopiarki, do obróbki powierzchni kształtowych za pomocą wzorników.
-
-
-
Oprócz tokarek kłowych wyró\nia się następujące odmiany tokarek:
- tarczowe i karuzelowe,
-
-
-
- rewolwerowe, z głowicami wielonarzędziowymi,
-
-
-
- automaty i półautomaty tokarskie,
-
-
-
- tokarki ze sterowaniem numerycznym CNC, do obróbki wg programu dokładnych
-
-
-
przedmiotów o zło\onych kształtach.
W celu ułatwienia pracy, na tokarce przy pokrętłach ręcznego przemieszczania suportów,
są umieszczone podziałki o wartości działki elementarnej: l lub 0,1 mm (suport wzdłu\ny),
0,05 mm (suport poprzeczny), 0,05 mm (suport narzędziowy).
Przedmioty osiowo symetryczne są mocowane w trójszczękowych uchwytach
samocentrujących (rys. 61).
Rys. 61. Uchwyt samocentrujący spiralny [2, s. 241]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
56
Do mocowania przedmiotów nieokrągłych stosuje się uchwyty czteroszczękowe
z niezale\nym nastawianiem ka\dej szczęki lub tarcze tokarskie i dociski płytkowe za
śrubami. Do mocowania długich wałków u\ywa się kłów tokarskich, tarczy zabieraka oraz
zabieraka. Przykład zamocowania wałka w kłach przedstawiono na rysunku 62.
Rys. 62. Zamocowanie wałka w kłach: 1) wałek, 2) tarcza zabierakowa, 3) palec tarczy zabierakowej,
4) zabierak, 5,6) kły [2, s. 241]
Przykłady prac wykonywanych na tokarce przedstawiono na rysunku 63.
Rys. 63. Przykłady zabiegów wykonywanych na tokarce: a) toczenie wzdłu\ne, b) toczenie poprzeczne,
c) toczenie no\em kształtowym, d) toczenie powierzchni sto\kowej, e) nacinanie gwintu,
f) wiercenie otworu, g) wytaczanie otworu [7, s. 227]
Przed przystąpieniem do toczenia nale\y poprawnie zamocować obrabiany przedmiot.
Je\eli przedmiot ma być obrabiany w kłach, to najpierw wyznacza się jego oś obrotu,
a następnie wykonuje nakiełki na nakiełczarce. Podczas mocowania przedmiotu w uchwycie
tokarskim lub na tarczy tokarskiej nale\y zwrócić uwagę na ustawienie przedmiotu
w poło\eniu współosiowym z osią wrzeciona. Po zamocowaniu przedmiotu dobiera się
warunki skrawania: prędkość skrawania, posuw, głębokość skrawania. Warunki te podaje się
w kartach instrukcyjnych obróbki.
Toczenie wzdłu\ne wykonuje się zwykle w dwóch przejściach no\a: pierwsze jest
toczeniem zgrubnym, drugie dokładnym.
Toczenie poprzeczne stosuje się do powierzchni czołowych.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
57
Toczenie powierzchni sto\kowych wykonuje się czterema sposobami:
- z przesuniętym konikiem,
-
-
-
- ze skręconymi saniami narzędziowymi,
-
-
-
- z zastosowaniem liniału,
-
-
-
- z zastosowaniem no\y kształtowych.
-
-
-
Na rysunku 64 przedstawiono wyposa\enie stanowiska tokarskiego.
Rys. 64. Wyposa\enie stanowiska tokarskiego: a) nó\, b) zabierak, c) tarcza zabieraka, d) uchwyt
samocentrujący, e) kieł obrotowy, f) podtrzymka stała, g) podtrzymka ruchoma, h) trzpień stały,
i) trzpień nastawny, j) przekładnia do napędzania suportu, k) przyrząd do radełkowania [9, s. 125]
Na rysunku 65 przedstawiono widok tokarki kłowej.
Rys. 65. Widok ogólny tokarki kłowej: 1 wrzeciennik, 2 skrzynka posuwu przenosząca napęd z wrzeciennika,
3 imak narzędziowy, 4 skrzynka suportowa, 5 konik, 6 ło\e, 7, 8 podstawy, 9 blaszana wanna,
10 śruba pociągowa, 11 zębatka, 12 wałek pociągowy, 13 dzwignia i wałek [6, s. 136]
Wiercenie jest rodzajem obróbki skrawaniem, polegającym na wykonywaniu otworów
o przekroju kołowym za pomocą wierteł oraz innych narzędzi specjalnych. Wiercenie mo\e
być wykonywane w pełnym materiale lub mo\e być tzw. wierceniem wtórnym, zwanym
równie\ powiercaniem, polegającym na powiększaniu średnicy otworu ju\ istniejącego Celem
wiercenia mo\e być wykonanie gotowego otworu, przygotowanie otworu do dokładnego
rozwiercania lub przygotowanie otworu do wykonania gwintu. Wiercone otwory mogą być
przelotowe lub nieprzelotowe. Wiercenie, pogłębianie i rozwiercanie mo\e być wykonywane
na: wiertarkach, tokarkach (frezarkach i centrach sterowanych numerycznie).
W zale\ności od rodzaju obrabiarki ruch główny (obrotowy) oraz ruch posuwowy mo\e
być realizowany w następujących układach:
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
58
przedmiot jest nieruchomy, a wiertło obraca się wokół swojej osi i wykonuje ruch
posuwowy (np. wiertarki, frezarki i centra obróbkowe CNC),
wiertło stoi i wykonuje ruch posuwowy, a przedmiot obraca się (np. tokarki),
wiertło i przedmiot wykonują ruchy obrotowe wokół wspólnej osi (ruch posuwowy mo\e
wykonywać narzędzie lub przedmiot obrabiany).
Wiercenie mo\e odbywać się za pomocą wierteł krętych, piórkowych oraz wierteł
specjalnych do długich otworów. Wiertła kręte (rys. 66) są najbardziej rozpowszechnione.
Na rysunku 67 przedstawiono zamocowanie wiertła krętego za pomocą tulejki
redukcyjnej.
Rys. 66. Część robocza wiertła krętego [6, s. 169]
Rys. 67. Zamocowanie wiertła za pomocą tulejki redukcyjnej [6, s. 170]
Frezowanie
Frezowanie jest obróbką skrawaniem narzędziami wieloostrzowymi obrotowymi
zwanymi frezami. Ze względu na kształt powierzchni obrabianych wyró\nia się następujące
rodzaje frezowania:
- frezowanie płaszczyzn,
- frezowanie obwiedniowe powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych,
- frezowanie gwintów i rowków śrubowych,
- frezowanie obwiedniowe kół zębatych,
- frezowanie występów i rowków profilowych,
- frezowanie kształtowe według kopiału,
- frezowanie numeryczne powierzchni o zło\onych przestrzennie kształtach.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
59
Ze względu na kształt części skrawającej freza biorącej udział w procesie frezowania,
wyró\nia się frezowanie:
- walcowe, frez skrawa ostrzami le\ącymi na powierzchni walcowej,
- czołowe, frez skrawa ostrzami wykonanymi na czole walca,
- walcowo-czołowe, frez pracuje równocześnie ostrzami na powierzchni walcowej
i czołowej,
- kształtowe, frez odwzorowuje zarys kształtu ostrzy na powierzchni części.
Zale\nie od kierunku ruchu posuwowego przedmiotu względem kierunku wektora
prędkości freza, stycznej do powierzchni obrobionej, frezowanie obwodowe (frez skrawa
ostrzami rozmieszczonymi na obwodzie) mo\e być:
przeciwbie\ne, wówczas kierunki prędkości stycznej freza i przedmiotu są przeciwne
(rys. 68a),
współbie\ne, wówczas kierunki prędkości stycznej freza i posuwu przedmiotu są takie
same (rys. 68b).
Rys. 68. Rodzaje frezowania: a) przeciwbie\ne, b) współbie\ne
f posuw, Fa siła styczna skrawania danego zęba, FfN, Ff składowe siły stycznej [6, s. 172]
Frezowanie przeciwbie\ne charakteryzuje się tym, \e po wejściu kolejnego ostrza do
pracy grubość warstwy skrawanej jest najmniejsza i rośnie stopniowo do wartości
maksymalnej przy wyjściu z materiału. Odwrotnie jest w przypadku frezowania
współbie\nego, gdzie ostrze zaczyna skrawać warstwę materiału o znacznej grubości, która
maleje do zera w trakcie postępowania skrawania. Taki sposób skrawania mo\e wywołać
drgania maszyny w przypadku gdy w mechanizmie posuwu występują luzy. Podczas
frezowania współbie\nego siły działające na przedmiot obrabiany dociskają go do stołu
frezarki, natomiast przy frezowaniu przeciwbie\nym siły te usiłują go oderwać od stołu.
Częściej stosuje się frezowanie przeciwbie\ne.
Frezy są to narzędzia wieloostrzowe, obrotowe, które słu\ą do obróbki płaszczyzn,
rowków i powierzchni kształtowych. Pod względem zastosowania dzieli się je na frezy
ogólnego przeznaczenia i specjalne.
Ze względu na rodzaj powierzchni, na której znajdują się ostrza, wyró\nia się frezy walcowe,
czołowe i walcowo-czołowe (rys. 69).
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
60
Rys. 69. Rodzaje frezów: a) walcowy, b) walcowo-czołowy, c) kształtowy, d) głowica frezarska [10, s. 227]
Frezy walcowe mogą być wykonane z zębami prostymi lub śrubowymi. W zale\ności od
wykończenia ostrzy wyró\nia się frezy ścinowe i zataczane Ze względu na sposób
mocowania rozró\nia się frezy nasadzane i trzpieniowe z chwytem sto\kowym lub
walcowym.
Frezarki dzieli się na: ogólnego przeznaczenia, specjalizowane i specjalne.
Frezarki ogólnego przeznaczenia dzieli się na wspornikowe oraz bezwspornikowe.
Najbardziej rozpowszechnione są frezarki wspornikowe, które dzieli się na: poziome zwykle,
poziome uniwersalne i pionowe. W frezarkach poziomych oraz poziomych uniwersalnych oś
wrzeciona jest ustawiona poziomo. Frezarki poziome uniwersalne są dodatkowo wyposa\one
w głowicę pozwalającą na pracę w układzie pionowym, oraz w obrotnicę, która pozwala na
obracanie przedmiotu obrabianego o pewien kąt w płaszczyznie poziomej. Ze względu na
stosunkowo małą sztywność frezarki bezwspornikowe stosowane są do obróbki małych
przedmiotów. Przykład frezarki wspornikowej przedstawiono na rysunku 70.
Rys. 70. Ogólny wygląd frezarki wspornikowej poziomej, uniwersalnej [10, s. 233]
Frezarki bezwspornikowe odznaczają się du\ą sztywnością, gdy\ ich stół wspiera się na
nieruchomym ło\u. Słu\ą do obróbki przedmiotów długich i cię\kich lub drobnych,
mocowanych jednocześnie, nawet po kilkanaście sztuk. Są budowane najczęściej jako
wzdłu\ne jednostojakowe lub bramowe.
Frezarki narzędziowe są przeznaczone do obróbki ró\norodnych elementów
wymagających znacznej dokładności wykonania. Do takich elementów zaliczamy: narzędzia,
sprawdziany, przyrządy, uchwyty obróbkowe itp.
Do obróbki przedmiotów o skomplikowanych kształtach metodą odtwarzania kształtu
wzornika słu\ą frezarki kopiarki. Ich głównym przeznaczeniem jest obróbka matryc,
wykrojników, tłoczników, krzywek, łopatek turbin itp.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
61
Mocowanie przedmiotów na stole frezarek odbywa się za pomocą: imadeł, uchwytów
samocentrujących stołu obrotowego lub podzielnicy, specjalnych uchwytów frezarskich,
docisków i śrub z łbami zało\onymi w rowki teowe stołu. Środkowy rowek teowy stołu
frezarki jest wykonany znacznie dokładniej ni\ pozostałe rowki i słu\y do dokładnego
ustalania przyrządów mocujących przedmioty.
Obróbka powierzchni wielokrotnych na obwodzie przedmiotu obrabianego (wielokątów, kół
zębatych), wielokrotnych powierzchni śrubowych (rowki wielozwojowe, zęby śrubowe),
krzywek o zarysie spirali Archimedesa wymaga u\ycia podzielnicy.
Podzielnica jest to przekładnia ślimakowa o przeło\eniu 1:40 wyposa\ona w urządzenia
dodatkowe, tj. uchwyt samocentrujący, wymienną tarczę podziałową o określonych liczbach
otworków równo rozmieszczonych na poszczególnych obwodach wskazówki i korbę. Słu\y
ona do równomiernego podziału kątowego obwodu przedmiotu. Zasadę działania podzielnicy
przedstawiono na rysunku 71.
Rys. 71. Zasada działania podzielnicy: 1) wrzeciono, 2)przekładnia ślimakowa, 3) korbka ręczna, 4) tarcza,
5) kołek zapadkowy, 6) rygiel [6, s. 176]
Szlifowanie przeprowadza się narzędziami zwanymi ściernicami, w których ostrza
skrawające stanowią ziarna materiału ściernego. Do budowy ściernic stosuje się kwarc,
korund, elektrokorund, węglik boru. Budowę ściernicy przedstawiono na rysunku 72.
Rys. 72. Budowa ściernicy: 1 ziarno ściernicy, 2 wiązanie ściernicy, 3 materiał szlifowany [5, s. 30]
Ze względu na zadania obróbkowe występujące w procesach wytwarzania części maszyn
oraz układy kinematyczne szlifierki mo\na podzielić na: kłowe, bezkłowe, szlifierki do
otworów i do płaszczyzn. Zasadę szlifowania powierzchni płaskich przedstawiono na rysunku
73 a szlifowania wałków i otworów na rysunku 74.
Rys. 73. Szlifowanie powierzchni płaskich: Rys. 74. Szlifowanie: a) wałka, b) otworu [5, s. 30]
a) czołowe, b) obwodowe [5, s. 30]
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
62
Szlifierki bezkłowe są przeznaczone do szlifowania zewnętrznego przedmiotów
o niewielkich średnicach, cechuje je du\a wydajność i są stosowane w produkcji masowej.
Przykład bezkłowego szlifowania wałków przedstawiono na rysunku 75.
Rys. 75. Szlifowanie bezkłowe wałków [10, s. 250]
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są podstawowe parametry toczenia?
2. Jakie są rodzaje no\y tokarskich?
3. Jakie znasz przyrządy mocujące materiał na tokarce?
4. Jak zbudowana jest tokarka kłowa?
5. W jaki sposób wykonuje się toczenie sto\ków?
6. Jakie znasz podstawowe rodzaje frezów?
7. Jakie znasz rodzaje frezowania?
8. Do czego słu\y podzielnica?
9. Jakie wyró\niamy rodzaje szlifowania?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj toczenie powierzchni zewnętrznych na podstawie dokumentacji otrzymanej od
nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z dokumentacją,
2) zaplanować wykonanie elementu,
3) dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,
4) dobrać materiał,
5) przygotować stanowisko do wykonania pracy na tokarce,
6) dobrać parametry skrawania,
7) zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas toczenia,
8) zamocować narzędzia i materiał w tokarce,
9) wykonać toczenie pod nadzorem nauczyciela,
10) ocenić jakość wykonanej pracy.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- rysunek wykonawczy detalu,
- tokarka uniwersalna kłowa,
- wyposa\enie stanowiska tokarskiego.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
63
Ćwiczenie 2
Wykonaj toczenie sto\ków zewnętrznych na podstawie dokumentacji otrzymanej od
nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z dokumentacją,
2) zaplanować wykonanie elementu,
3) dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,
4) dobrać materiał,
5) przygotować stanowisko do wykonania pracy na tokarce,
6) dobrać parametry skrawania,
7) zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas toczenia,
8) zamocować narzędzia i materiał w tokarce,
9) wykonać toczenie pod nadzorem nauczyciela,
10) ocenić jakość wykonanej pracy.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- rysunek wykonawczy detalu,
- tokarka kłowa uniwersalna,
- wyposa\enie stanowiska tokarskiego.
Ćwiczenie 3
Na podstawie dokumentacji otrzymanej od nauczyciela wykonaj frezowanie płaszczyzn
głowicą frezową.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z dokumentacją,
2) zaplanować wykonanie elementu,
3) dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,
4) dobrać materiał,
5) przygotować stanowisko do wykonania pracy na frezarce,
6) dobrać parametry skrawania,
7) zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas frezowania,
8) zamocować narzędzia i materiał we frezarce,
9) wykonać frezowanie pod nadzorem nauczyciela,
10) ocenić jakość wykonanej pracy.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- rysunek wykonawczy detalu,
- stanowisko frezarki pionowej,
- wyposa\enie stanowiska frezarskiego.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
64
Ćwiczenie 4
Na podstawie dokumentacji otrzymanej od nauczyciela wykonaj frezowanie rowka
frezem walcowym.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z dokumentacją,
2) zaplanować wykonanie elementu,
3) dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,
4) dobrać materiał,
5) przygotować stanowisko do wykonania pracy na frezarce,
6) dobrać parametry skrawania,
7) zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas frezowania,
8) zamocować narzędzia i materiał we frezarce,
9) wykonać toczenie pod nadzorem nauczyciela,
10) ocenić jakość wykonanej pracy.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- rysunek wykonawczy detalu,
- stanowisko frezarki pionowej,
- wyposa\enie stanowiska frezarskiego.
Ćwiczenie 5
Na podstawie dokumentacji otrzymanej od nauczyciela wykonaj szlifowanie obwodowe
na szlifierce do płaszczyzn detalu otrzymanego od nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z dokumentacją,
2) zaplanować wykonanie szlifowania,
3) dobrać narzędzia,
4) przygotować stanowisko do wykonania pracy na szlifierce,
5) zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas szlifowania,
6) dobrać parametry szlifowania,
7) zamocować narzędzia i materiał w szlifierce,
8) wykonać szlifowanie pod nadzorem nauczyciela,
9) ocenić jakość wykonanej pracy.
Wyposa\enie stanowiska pracy:
- rysunek wykonawczy detalu,
- stanowisko szlifierki do płaszczyzn,
- wyposa\enie stanowiska szlifierskiego.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
65
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić podstawowe parametry skrawania?
1 1
2) sklasyfikować obrabiarki skrawające?
1 1
3) określić sposób mocowania narzędzi i materiału na obrabiarkach?
1 1
4) opisać budowę tokarki kłowej?
1 1
5) opisać budowę frezarki uniwersalnej pionowej?
1 1
6) wykonać toczenie powierzchni zewnętrznych i sto\ków?
1 1
7) wykonać frezowanie płaszczyzn i rowków?
1 1
8) wyjaśnić zastosowanie podzielnicy?
1 1
9) omówić budowę i mocowanie wierteł?
1 1
10) wykonać szlifowanie płaszczyzn?
1 1
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
66
5. SPRAWDZIAN OSIGNIĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uwa\nie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań wielokrotnego wyboru o ró\nym stopniu trudności. Tylko jedna
odpowiedz jest prawidłowa.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
Prawidłową odpowiedz zaznacz X (w przypadku pomyłki nale\y błędną odpowiedz
zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedz prawidłową),
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłó\ jego
rozwiązanie na pózniej i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny. Trudności mogą
przysporzyć Ci zadania: 16 20, gdy\ są one na poziomie trudniejszym ni\ pozostałe.
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu.
8. Na rozwiązanie testu masz 60 minut.
Powodzenia
ZESTAW ZADAC TESTOWYCH
1. Za pomocą młota Charpy ego bada się
a) twardość.
b) udarność.
c) skrawalność.
d) ścieralność.
2. W badaniu twardości metodą Vickersa wgłębnikiem jest
a) hartowana kulka.
b) diamentowy sto\ek.
c) diamentowy ostrosłup o podstawie sześciokątnej.
d) diamentowy ostrosłup foremny o podstawie kwadratowej.
3. Spadki, przestron, szyb, gardziel to elementy
a) pieca hartowniczego.
b) pieca płomieniowego.
c) konwertora.
d) wielkiego pieca.
4. Chalkopiryt jest rudą
a) \elaza.
b) aluminium.
c) miedzi.
d) magnezu.
5. Kokila to forma
a) piaskowa jednorazowa.
b) gipsowa półtrwała.
c) metalowa trwała.
d) ceramiczna jednorazowa.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
67
6. Jako topnik w lutowaniu miękkim u\ywa się
a) korund.
b) kalafonię.
c) cynę.
d) mosiądz.
7. Przyrząd traserski przedstawiony na rysunku to
a) rysik.
b) cyrkiel.
c) pryzma traserska.
d) środkownik.
8. Parametrem charakteryzującym brzeszczot jest liczba zębów mierzona na odcinku
a) 10 mm.
b) 25 mm.
c) 35 mm.
d) 45 mm.
9. Piłowanie wykonuje się za pomocą
a) piły ramowej.
b) brzeszczotu.
c) pilnika.
d) piły taśmowej.
10. Do wiercenia w stali stosuje się wiertła o kącie wierzchołkowym wynoszącym
a) 50�.
b) 85-90�.
c) 125�.
d) 118�.
11. Narzędzie przedstawione na rysunku to
a) rozwiertak.
b) gwintownik.
c) pogłębiacz.
d) wiertło.
12. Do mocowania długich wałków podczas toczenia u\ywa się
a) uchwytów czteroszczękowych.
b) uchwytów samocentrujących trójszczękowych.
c) tarczy tokarskiej.
d) kłów tokarskich, tarczy zabierakowej i zabieraka.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
68
13. Rysunek przedstawia
a) frez walcowy.
b) frez piłkowy.
c) frez palcowy.
d) głowicę frezową.
14. Podczas frezowania przeciwbie\nego
a) kierunki prędkości stycznej freza i przedmiotu są takie same.
b) frez dociska materiał obrabiany do stołu.
c) maszyna ma tendencje do drgań.
d) grubość warstwy skrawanej rośnie i jest największa przy wyjściu freza z materiału.
15. Rysunek przedstawia schematycznie
toczenie:
a) poprzeczne.
b) wzdłu\ne.
c) sto\ków.
d) kształtowe.
16. Oksydowanie polega na
a) pokrywaniu powierzchni stali warstwą ochronną czarnych tlenków \elaza.
b) zanurzaniu blach stalowych w stopionym cynku.
c) zanurzaniu przedmiotów metalowych w elektrolicie zawierającym sole nakładanego
metalu i wywołaniu przepływu prądu elektrycznego.
d) walcowaniu na gorąco blachy grubej z blachą cienką stanowiącą warstwę ochronną.
17. Metoda spawania MIG to spawanie z u\yciem elektrody
a) nietopliwej w osłonie gazów obojętnych.
b) topliwej w osłonie dwutlenku węgla.
c) topliwej w osłonie gazów obojętnych.
d) nietopliwej w osłonie dwutlenku węgla.
18. Policzterofluoroetylen (teflon)
a) jest niepalny, ma du\y współczynnik tarcia i wysoką odporność na czynniki
chemiczne.
b) jest niepalny, ma mały współczynnik tarcia i wysoką odporność na czynniki
chemiczne.
c) pali się w podwy\szonej temperaturze, ma niską odporność na czynniki chemiczne
i mały współczynnik tarcia.
d) ma małą odporność chemiczną, du\y współczynnik tarcia i jest niepalny.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
69
19. Przedstawiona na rysunku operacja kucia ręcznego to
a) odsadzanie.
b) poszerzanie.
c) spęczanie.
d) wyginanie.
20. W celu usunięcia naprę\eń hartowniczych przeprowadza się
a) odpuszczanie niskie.
b) przesycanie.
c) odpuszczanie wysokie.
d) starzenie.
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
70
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..
Wykonywanie podstawowych zabiegów obróbki i spajania materiałów
Zakreśl poprawną odpowiedz.
Nr
Odpowiedz Punkty
zadania
1 a b c d
2 a b c d
3 a b c d
4 a b c d
5 a b c d
6 a b c d
7 a b c d
8 a b c d
9 a b c d
10 a b c d
11 a b c d
12 a b c d
13 a b c d
14 a b c d
15 a b c d
16 a b c d
17 a b c d
18 a b c d
19 a b c d
20 a b c d
Razem
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
71
6. LITERATURA
1. Górecki A.: Technologia ogólna. Podstawy technologii mechanicznych. Wydawnictwo
Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1993
2. Mistur L.: Spawanie gazowe w pytaniach i odpowiedziach. WN-T, Warszawa 1989
3. Mizerski J.: Spawanie, wiadomości podstawowe. Wydawnictwo REA, Warszawa 2007
4. Okoniewski S.: Technologia dla elektroników. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne
Spółka Akcyjna, Warszawa 1996
5. Okoniewski S.: Technologia maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa
1993
6. Paderewski K.: Obrabiarki. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1993
7. Siuta W.: Mechanika techniczna. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa
1992
8. Tokarz K.: Mechanik pojazdów samochodowych. Techniczne podstawy zawodu.
Wydawnictwo Vogel, Wrocław 2001
9. Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne Spółka
Akcyjna, Warszawa 2001
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
72

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
311[15] Z1 01 Wykonywanie pomiarów warsztatowych
712[02] Z1 02 Wykonywanie podstawowych pomiarów w robotach ciesielskich
713[08] Z1 02 Wykonywanie podstawowych robót zbrojarskich i betoniarskich
311[15] Z1 03 Wykonywanie konserwacji i naprawy maszyn górniczych
311[15] Z4 02 Klasyfikowanie systemów eksploatacji złóż
311[15] Z2 02 Użytkowanie urządzeń transportowych
311[15] O1 03 Wykonywanie rysunków części maszyn
Wykonywanie podstawowych zabiegów profilaktyczno leczniczych
Wykonywanie podstawowych operacji obróbki cieplnej
02 Wykonywanie podstawowych robót betoniarsko zbrojarskich
311[15] O1 04 Wykonywanie obliczeń w układach statycznych, dynamicznych i kinematycznych
311[10] Z1 10 Sporządzanie mapy sytuacyjno wysokościowej na podstawie pomiarów terenowych
02 Podstawowe Zabiegi Resuscytacyjne & Automatyczna Defibrylacja Zewnętrzna (BLS&AED)
712[02] Z1 05 Wykonywanie połączeń i złączy ciesielskich
712[02] Z1 06 Wykonywanie i demontaż rusztowań drewnianych

więcej podobnych podstron