1. Znaczenie inżynierii wytwarzania dla gospodarki. Konkurencyjność i innowacyjność

Konkurencyjność to potencjał, możliwości oraz umiejętność danego podmiotu rynkowego do sprostania konkurencji, czyli rywalizacji ze strony innych podmiotów działających w tej samej branży na rynku.

Konkurencja jest procesem za pomocą którego uczestnicy rynku dążąc do realizacji swoich celów i maksymalizacji swojej satysfakcji próbują przedstawić oferty korzystniejsze od innych ofert swoich rywali. Konkurencja występuje zarówno między sprzedawcami jak i nabywcami dóbr i usług. Sprzedawcy konkurują o pozyskanie konsumentów podczas gdy nabywcy konkurują o ograniczone zasoby na rynku

Innowacyjność to tworzenie nowych produktów i usług, które zapewniają przedsiębiorstwom zwrot i zysk z inwestycji. Innowacje to również działania o charakterze innowacyjnym, które zwiększają dobrobyt społeczny oraz stymulują rozwój społeczeństwa.

1. Poziom wytwarzania a jakość wyrobów. Technologiczność konstrukcji a koszty wytwarzania. Technologie innowacyjne – postęp techniczno-ekonomiczny

2. Pojęcie inżynierii produkcji. Technologia budowy maszyn.
   

Inżynieria produkcji – dyscyplina naukowa zajmująca się zasadami projektowania wyrobów i procesów jak również podstawami sterowania, eksploatacji, organizacji i zarządzania procesami wytwarzania.

Technologia budowy maszyn - nauka o badaniach i zasadach projektowania procesów i systemów technologicznych:

- wytwarzanie elementów maszyn

- montaż części w podzespoły, zespoły i maszyny

- projektowanie stanowisk roboczych

1. Cechy współczesnego rynku. Ogólny model systemu wytwarzania. Systemy i podsystemy wytwarzania

Cechy współczesnego rynku:

- otwarty – swobodne wejście na lokalny europejski i światowy rynek wyrobów o cenach zależnych od jakości przy stosowaniu marketingu

- przepełniony – na rynku jest wiele wyrobów od różnych wytwórców, potrzeby są zaspokojone

-zamknięty – trudności z wejściem nowego produktu

- sztywny finansowo – ceny na wyroby danej klasy są prawie stałe i odstępstwa dotyczą zupełnie nowych i lepszych wyrobów.

Ogólny model systemu wytwarzania

Podsystemy systemu wytwarzania

1. Technologia a organizacja procesu i stanowiska roboczego. Maszyny technologiczne

organizacja stanowiska roboczego obejmuje następujące zasadnicze czynniki: > wydzielenie odpowiedniej przestrzeni, wystarczającej na swobodne poruszanie się i wykonywanie czynności roboczych; racjonalne rozmieszczenie materiałów, narzędzi i urządzeń w ramach stanowiska roboczego; zapewnienie dobrych warunków higieny i bezpieczeństwa pracy.  
Maszyny technologiczne: 
•         Obrabiarki skrawające: 
- tokarki 
- wiertarki 
- wytaczarki i wytaczarko-frezarki 
- frezarki 
- strugarki i dłutownice 
- przeciągarki 
- przecinarki 
- szlifierki 
- obrabiarki do uzębień 
•         Obrabiarki erozyjne: 
- elektroerozyjne 
- obrabiarki elektrochemiczne 
- obrabiarki ultradźwiękowe

1. Cechy wyrobów na światowym poziomie. Innowacyjność wyrobów, procesów i maszyn technologicznych

Cechy wyrobów światowego poziomu:

- spełnienie wymaganych funkcji

- energetyczna ekonomika eksploatacji

- nowoczesna forma plastyczna

- trwałość i niezawodność

- ekologiczność

-ciągły rozwój konstrukcji

- obecność na rynku wyrobów i wytwórcy

- rozwinięta sieć sprzedaży, marketing serwis

1. Bezwiórowe i wiórowe technologie wytwarzania

2. Proces technologiczny. Dane wyjściowe, operacje i zabiegi. Oprzyrządowanie procesu. Dokumentacja techniczna.

Proces technologiczny – obejmuje wszystkie czynności związane ze zmianą kształtu, wymiarów, jakości powierzchni. Odmiany:

1. Wytwarzania

   1. Proc. tech. Obróbki

   2. Proc. tech. Montażu

2. Remontu

Kompletna dokumentacja techniczna:

- rys. złożeniowy maszyny, podzespołów i zespołów

- rys. wykonawczy części

- rys. ofertowy

- warunki techniczne wykonania i odbioru (WTWiO)

-dokumentacja techniczno – ruchowa (DTR)

1. Rachunek kosztów. Struktura kosztów. Normy czasowe.

Rachunek kosztów w wytwarzaniu maszyn

1. Celem jest osiągnięcie zysku

2. Zysk z produkcji powinien być wyższy od kapitałowego lub giełdowego

3. Rynek ostatecznie weryfikuje cene wyrobu

4. Rozwój państwa zależy od budżetu (pochodzi z podatków)

Rodzaje kosztów:

1. Własny

K_o = K_wytw + K_obc

K_wytw = K_bezp + K_pośred

K_bezp = K_rob + K_{mat. bezp} + K_{bezp. inne}

K_{bezp. inne} – płace i materiały nie wchodzące w skład wyrobu

K_pośred – koszty wydziałowe i zakładowe nie związane z wyrobem

1. Wydziałowe – koszty ruchu maszyn i urządzeń takie jak:

   1. Paliwo, energia elektryczna, woda technologiczna

   2. Zużycie i konserwacja maszyn, przyrządów i narzędzi

   3. Praca i amortyzacja maszyn i urządzeń

2. Wydziałowe – ogólne:

   1. Płace i ubezpieczenie pracowników wydziału

   2. Eksploatacja, amortyzacja i remonty budynków

   3. Transport wewnętrzny, laboratoria

   4. Zuzycie środków nietrwałych i środków czystości

   5. Przestoje, braki handlowe

3. Ogólnozakładowe

   1. Koszty zarządu i komórek organizacyjnych

   2. Utrzymanie dróg i placów, magazynów

   3. Opracowanie nowych wyrobów

Norma czasu (tn)

Czas jednostkowy (tj) Czas jednostkowy przygotowanie – zakończenie (tpz)

Czas wytwarzania (tw):

- czas główny (tg)

- czas pomocniczy (tp)

- czas przerw technologicznych (tpt)

Czas uzupełniający:

- czas obsługi (to)

- czas obsł. Technicznej (tot)

- czas obsł. organizacyjnej (too)

- czas potrzeb fizjologicznych (tf)

- czas na odpoczynek (tfo)

- czas na potrzeby naturalne (tfn)

1. Cena wyrobu. Zysk producenta. Opłacalność produkcji a innowacyjność.

Cena wyrobu – to kwota płacona przez kupującego. W gospodarce rynkowej wyróżnia się ceny:

- nowości

- wyrobu modernizowanego

- rynkowa

Zysk producenta – dodatni wynik finansowy jest wskaźnikiem opłacalności produkcji (wyższe dochody niż koszty)

Z = D – K

Zysk zależy od polityki finansowej państwa. Jeśli obciążenia będą nadmierne – zyskowność będzie spadać.

Część II

1. Zastosowanie metali i ich stopów w technice

Siluminy nadeutektyczne – tłoki, silniki spalinowe, lotnicze, samochodowe.

Stopy ALMG – odporność korozyjna, obręcze kół samochodowych

Stopy tytanu – przemysł lotniczy, kosmiczny, okrętowy, energetyczny

Brązy – elementy silników i osprzęt pojazdów

Mąsiądze – przemysł okrętowy

1. Rozprzestrzenienie metali w skorupie ziemskiej, rudy metali

2. Rudy żelaza, gatunki, metody wzbogacenia

Magnetyt (Fe₃O₄) ok. 72% Fe, Szwecji, Rosji, Norwegia, ruda trudno topliwa,

Hematyt (Fe₂O₃) – ok. 60-50% Fe, USA, Norwegi, Włoszech, ruda łatwo topliwa o charakterze zasadowym

Limonit (2Fe₂O₃ · 3H₂O) ok. 53-30% Fe, Niemczech, Hiszpanii, ruda łatwo topliwa i łatwa w obróbce.

Syderyt (FeCO₃) ok. 40-30% Fe, Wlk. Brytanii, Austrii, Niemczech, ruda bardzo łatwo topliwa

Metody wzbogacania:

- aglomeracja rudy - czyli proces spiekania miałkiej rudy w większe ziarna.

- mechaniczne usuwanie z zanieczyszczeń (ręczne przerabianie, grawitacyjne, magnetyczne, przez flotację),

- wzbogacanie chemiczne (ogniowe wzbogacanie rud węglanowych, prażenie utleniające rud siarczkowych),

1. Hutnicze materiały pomocnicze – koks, topniki, materiały ogniotrwałe

- Koks

Otrzymywanie: paliwo uzyskiwane poprzez przemysłowe wygrzewanie węgla kamiennego w temperaturze 600-1200 °C w specjalnie w tym celu skonstruowanym piecu koksowniczym za pomocą gazów spalinowych (bez dostępu tlenu).

Właściwości: Koks jest substancją szaro-czarną, porowatą, o charakterystycznym zapachu gazów koksowniczych. Wtórnie jest zanieczyszczony częścią tych gazów oraz niewielką ilością produktów rozkładu substancji towarzyszących węglowi kamiennemu.

Zastosowanie: ruszt i opał dla wielkich pieców w hutach, także wysokiej jakości paliwo do opalania kotłów grzewczych (zarówno w kotłowniach, jak i warsztatach oraz gospodarstwach indywidualnych). Zaletą koksu w porównaniu z węglem kamiennym jest jego wyższa kaloryczność a jednocześnie spokojniejsze spalanie, co umożliwia rzadsze uzupełnianie opału w piecu.

- Topnik(odtleniacz) substancje używane podczas topienia innych substancji w celu obniżenia ich temperatury topnienia lub związania składników niepożądanych. Topniki używane są m.in. w metalurgii (do wytopu i przeróbki metali) i w ceramice.

Materiały ogniotrwałe:

W większości przemysłowych sposobów otrzymywania metali i stopów mamy do czynienia z procesami topienia przy wysokich temperaturach, dlatego też wewnętrzne wykładziny pieców i innych urządzeń metalurgicznych wykonuje się z materiałów ogniotrwałych. Muszą być one zdolne do przenoszenia obciążeń przy wysokich temperaturach, wytrzymania gwałtownych zmian temperatury i chemicznego oddziaływania żużla i gazów piecowych.

Podział ze względu na zachowanie się żużli:

- kwaśno odporne na działanie żużli kwaśnych – podstawowym składnikiem jest SiO2lub Al2O3 (materiały krzemionkowe, kwarcowo –szamotowe, szamotowe),

- zasadowo odporne na działanie żużli zasadowych – podstawowym składnikiem jest CaO lub MgO (magnezytowe, dolomitowe, dolomitowo – magnezytowe i chromitowo –magnezytowe),

- neutralne lub amfoteryczne (obojętne) –słabo reagujące z żużlami zarówno zasadowymi jak i kwaśnymi lub też wykazujące pełną odporność na ich działanie – podstawowymi składnikami są: Cr2O3, Zr2O3, SiC lub C (chromitowe, cyrkonowe, karborundowe i węglowe).

1. Podstawy procesu wytopu surówki. Budowa i działanie wielkiego pieca. Skład surówki

Przekrój wielkiego pieca: 1 –gardziel, 2 –szyb, 3 –przestron, 4 –spadki, 5 –gar, 6 –trzon

Działanie:

a) Procesy wstępne

- Odparowanie wilgoci (< )

- Odparowanie wody krystalicznej (ok. )

- Rozkład węglanów ()

- Usuwanie części lotnych z koksu

b) Redukcja tlenków żelaza i manganu ()

c) Nawęglanie żelaza (ok. )

d) Tworzenie się i topienie żużli (1350-)

e) Redukcja pozostałych składników surówki (1550-)

f) Odsiarczanie żelaza ()

g) Spalanie paliwa

Surówka – stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami (Si,Mn,P) o zawartości węgla powyżej 2%, najczęściej 2,5-4,5% uzyskiwany w procesie wielkopiecowym w wyniku redukcji rudy żelaza, przeznaczony do dalszego przerobu.

Podział ze względu na:

budowę :

- Biała - zawierająca węgiel wyłącznie w stanie związanym w postaci cementytu.

- Szara - zawierająca węgiel w stanie wolnym w postaci grafitu.

- Pstra - zawierająca węgiel w stanie skupienia zarówno wolnym jak i związanym.

zawartość P :

- Fosforową – o zawartości fosforu do 1,2%

- Hematytową – o zawartości fosforu do 0,1%

przeznaczenie :

Odlewnicza – przeznaczona do przetopu w odlewni żeliwa]

Przeróbcza:

- Martenowska - do wytwarzania stali w piecu Martenowskim

- Besemerowska – o dużej zawartości Si, brak S i P, do wytwarzania stali w piecu Besemerowa.

- Tomasowska - o dużej zawartości P, do wytwarzania stali w piecu Tomasowskim

1. Podstawy procesu stalowniczego. Skład i rodzaje stali

Stal – metal stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki.

Skład: głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan), tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.

Podział ze względu na:

- zawartość węgla i strukturę wewnętrzną: podeutektoidalna, eutektoidalna, nadeutektoidalna

- zastosowanie: konstrukcyjna (ogólnego przeznaczenia, niskostopowa, wyższej jakości, automatowa, łożyskowa, sprężynowa, do azotowania, do ulepszania cieplnego), narzędziowa (węglowa, stopowa), stal specjalna (nierdzewna, kwasoodporna, magnetyczna, odporna na zużycie, Stal Hadfielda, transformatorowa, zaworowa, żaroodporna, stal maraging, żarowytrzymała)

-rodzaj i udział składników stopowych: stal węglowa (niskowęglowa, średniowęglowa, wysokowęglowa) stal stopowa (niskostopowa, wysokostopowa)

-stale historyczne: stal damasceńska

1. Piece stalownicze. Przebieg wytopu w piecu elektrycznym i konwertorze

2. Rafinacja stali. Odsiarczanie i uspokajanie stali

3. Spust i odlewanie stali. Odlewanie ciągłe i krystalizacja wlewka

Proces ciągłego odlewania polega na zasilaniu kontrolowaną ilością ciekłej stali, chłodzonego wodą miedzianego krystalizatora o odpowiednim przekroju poprzecznym. Ciekła stal z kadzi lejniczej zasila kadź pośrednią, która stanowi zbiornik, zapewniający stałe ciśnienie ferrostatyczne stali i jej rozdzielanie w przypadku maszyn wielożyłowych. Pomiędzy kadzią lejniczą a kadzią pośrednią mogą być stosowane rury osłonowe lub osłona gazem obojętnym. W krystalizatorze stal zaczyna krzepnąć, tworząc stały naskórek. Rdzeń pasma pozostaje ciekły. Celem zapobieżenia przywieraniu stałego naskórka do powierzchni ścian krystalizatora, stosuje się zasypki smarujące (lub olej), a także ruch oscylacyjny krystalizatora

w kierunku odlewania

1. Innowacyjne procesy pozapiecowe uzyskiwania stali wysokiej czystości

Część III

1. Proces technologiczny odlewania. Technologiczność konstrukcji odlewu

Proces technologiczny odlewania

1. Rys. gotowego wyrobu

2. Rys. odlewu

3. Model

4. Rdzennica

5. Złożona forma odlewnicza

6. Wybity odlew

Technologiczność konstrukcji odlewu

Za technologiczność kontrukcji uważą się taką, która zachowując wymagania celowej dokładności i jakości przy określonej wielkości i dla danych warunków produkcji – umożliwia zastosowanie procesów technologicznych o najniższym koszcie własnym. Na technologiczność konstrukcji ma wpływ:

- sposób projektowania

- pracochłonność wykonania elementu

- możliwość automatyzacji montażu

- zamienność zespołów i części

- stosowanie lekkich i sztywnych elementów

- wykorzystanie metod obróbki plastycznej

- właściwy wybór suróweke

1. Budowa formy odlewniczej. Układ wlewowy. Narzędzia do formowania ręcznego. Skrzynki. Metody wykonywania form i rdzeni.

Forma odlewnicza jest zespołem elementów, które po ułożeniu tworzą wnęke odpowiadającą kształtem odlewowi i układowi wlewowemu, przeznaczoną do wypełnienia ciekłym metalem. Forma może być jednorazowa, wielokrotnego uzytku lub trwała. Forma jednorazowa składa się z skrzynek, masy formierskiej, rdzeni i układu wlewowego. Po zakrzepnięciu metalu forma jednorazowa zostaje zniszczona a masa formierska i skrzynki są użyte ponownie.

Układem wlewowym jest określany system kanałów doprowadzających ciekły metal do wnęki formy. Dla prawidłowego funkcjonowania układ wlewowy powinien zapewnić:

- łagodne doprowadzenie ciekłego metalu do wnęki

- zatrzymanie żużla i zanieczyszczeń przed wpłynięciem do wnęki formy

- zasilanie odlewu w ciekły metal podczas krzepnięcia (uzupełnianie ubytków skurczowych)

Układ wlewowy może się składać z:

- zbiornika wlewowego (zapas metalu)

- wlewu głównego (wprowadzenie metalu)

- belki wlewowej (rozprowadzenie metalu)

- odżużlacza ( zatrzymanie żużla)

- filtru (zatrzymanie zanieczyszczeń)

- wlewu doprowadzającego (szybsze doprowadzenie metalu)

- nadlewu zakrytego (zasilanie wnęki ciekłym metalem podczas krzepnięcia)

- przelewu (odprowadzanie gazów z wnęki)

- nadlewu otwartego (zasilanie krzepnącego odlewu)

Narzędzia: es, żmijka, paluszek, jaszczurka, gładzik płaski, gładzik kulisty, łyżeczka zaostrzona

Skrzynki zabezpieczają masę formierską zagęszczoną nad modelem przed wypadaniem podczas transportu, odwracania i wyjmowania modelu. Można je klasyfikować wg:

- wielkości i obsługi (ręczne, dźwignicowe)

- sposobu formowania (ręczne, maszynowe, w gruncie)

- kształtu (prostokątne, okrągłe, specjalne)

- materiału (żeliwne, stalowe, aluminiowe)

- sposobu wykonania (odlewane, spawane, montowane)

Zespół skrzynek składa się najczęściej z górnej i dolnej, centrowanych względem siebie za pomocą elementów centrujących.

Metody wykonywania form i rdzeni:

1. Z modelu niedzielonego – model przylega płasko do płyty podmodelowej swoim największym przekrojem. Na stole układa się płytę podmodelową, na niej skrzynkę, w której umieszcza się model. Model posypuje się cienką warstwą pudru formierskiego. Następnie pokrywa się go spulchniona warstwą masy formierskiej i ubija. Pozostałą część skrzynki napełnia się masą wypełniającą i zagęszcza oraz wykonuje kanały odpowietrzające. Skrzynkę z modelem obraca się o 180° i ustawia na niej górną skrzynkę. Ustawia się układ wlewowy, pudruje i zasypuje masą formierską. Po wyjęciu modelu wycina się wlew rozprowadzający i doprowadzający oraz poprawia uszkodzenia powstałe m.in. w wyniku nakładania i zdejmowania skrzynek z siebie. Tak przygotowaną formę obciąża się i podstawia do zalewania.

2. Z modelu dzielonego – sposób ten stosowany jest gdy modelu nie można wyjąć bez uszkodzenia masy. Model dzieli się płaszczyzną przebiegającą przez jego największy przekrój. Obie części są złączone kołkami centrującymi. Czynności formowania różnią się od poprzedniej metody tym, że w skrzynce górnej ustawia się dodatkowo drugą część modelu odlewu.

3. Z obieraniem – stosuje się gdy kształt modelu uniemożliwia jego wyjęcie z masy bez uszkodzenia wnęki. Model ustawia się na płycie podmodelowej największą płaską powierzchnią. Po opudrowaniu i zagęszczeniu masy odwraca się dolną skrzynkę i za pomocą narzędzi wybiera się część masy nad elementem uniemożliwiającym wyjęcie modelu. Wybranie powinno być wykonanie pod jak największym kątem aby nie nastąpiło oderwanie masy, która będzie nawisem górnej połówki formy. Następnie należy dokładnie opudrować powierzchnię podziału i drugą część formy wykonać jak w poprzednich metodach.

4. Na fałszywce – polega na zastosowaniu tymczasowej „fałszywej” połówki formy, w której osadza się niedzielony model. Po wykonaniu drugiej połówki formy z masy usuwa się fałszywkę i w jej miejsce sporządza normalną połówkę formy.

5. Z modelu z częściami odejmowanymi – stosuje się gdy mimo podziału sterczące elementy uniemożliwiają wyjęcie modelu. Części te nie mogą być obrane. W tym przypadku są one mocowane do korpusu na jaskółczy ogon lub na szpilkę formierską. W pierwszym przypadku przy wyjmowaniu modelu najpierw usuwa się jego główną część a przez powstałą wnękę część odejmowaną. W drugim przypadku należy wybrać ubitą masę aż do szpilki, wybrać szpilkę i uzupełnić wybraną masę. Część odejmowaną usuwa się jak poprzednio

1. Właściwości piasków i mas formierskich. Metody badania.

Do produkcji form odlewniczych i rdzeni dla stali, żeliwa i metali nieżelaznych używa się mas formierskich, których głównym składnikiem jest piasek spojony odpowiednim lepiszczem. Rozróżnia się piaski formierskie o lepiszczu naturalnym (zwykle ilastym) oraz piaski formierskie kwarcowe, do produkcji syntetycznych mas formierskich. Piasek formierski jest piaskiem suszonym otrzymywanym z piasku płukanego, charakteryzującym się wysoką jakością.

Piaski formierskie powinny mieć odpowiednią temperaturę spiekania (1200^oC - 1400^oC), w zależności od rodzaju odlewów. Powinny także odznaczać się odpowiednią ziarnistością, a wykonane z nich masy formierskie przepuszczalnością gazów oraz wytrzymałością na ściskanie.

Piaski formierskie:

-jednorodny( frakcja główna stanowi powyżej 80%

-mało jednorodny – fr.gł. wynosi 60 – 80%

-niejednorodny – fr.gł. wynosi poniżej 60%

Masa formierska – właściwości:

- dobra plastyczność – zdolność przyjmowania kształtu według modelu i zachowania tegoż kształtu,

- wielka spoistość cząstek masy formierskiej zapewniająca odporność na wszelkiego rodzaju wstrząsy i ciśnienie hydrostatyczne wlewanego metalu,

- znaczna odporność na wysoką temperaturę płynnego metalu,

- wystarczająca przepuszczalność gazów i par powstałych w czasie odlewania i podczas procesu stygnięcia metalu w formie odlewniczej,

- zdolność zachowania pełnej przydatności do wielokrotnego użycia w formie domieszek do nowych mas,

- łatwe oddzielanie się od ścian gotowego odlewu w czasie wybijania
Metoda badania (analiza sitowa)

Polega na rozfrakcjonowaniu materiału na znormalizowanym zestawie sit. Frakcja najdrobniejsza przechodzi przez wszystkie sita i zbiera się na denku. Frakcję główną stanowią trzy sąsiednie nominalne wymiary boków oczek sit na których zebrały się największe ilości odsiewów. Analiza sitowa jest wykonywana Orzy użyciu przesiewacza elektomagnetycznego który wykonuje jednocześnie drgania pionowe i poziome.

1. Odlewnicze stopy metali. Metody wytopu. Właściwości technologiczne i metody ich badania

2. Klasyfikacja i cechy modeli odlewniczych. Rdzennice. Odlewy bezrdzeniowe i rdzeniowe

Klasyfikacja modeli odlewniczych:

MODELE:

- naturalne (dzielone, niedzielone)

- rdzeniowe (dzielone, niedzielone)

- uproszczone:

+ modele szkieletowe

+ modele klocki

+ przymiary kontrolne

+ modele wzorniki (obrotowe, przeciągane, odcinkowe)

Rdzennice są to elementy omodelowania służące do wykonywania rdzeni odlewniczych. Ich konstrukcja powinna być lekka i sztywna. Ponadto powinna umożliwiać prawidłowe zagęszczenie masy rdzeniowej oraz łatwe i szybkie wyjmowanie rdzeni.

1. Specjalne metody odlewania w formach ceramicznych i metalowych. Metoda odlewania a jakość odlewów

Metoda wytapianych modeli ma zastosowanie do wytwarzania precyzyjnych drobnych i średnich odlewów dla przemysłu aparaturowego, maszynowego, zbrojeniowego, w protetyce stomatologicznej i ortopedycznej, jubilerstwie. W klasycznym ujęciu proces technologiczny polega na wytwarzaniu woskowych modeli, które są łączone z modelem układu wlewowego, tworząc tzw. choinkę. Następnie choinka zanurzana jest przemiennie w ciekłej zawiesinie ceramicznej o drobnoziarnistej osnowie i posypywana gruboziarnistym piaskiem. Po wytworzeniu grubej warstwy następuje wiązanie spoiwa i wytapianie modelu woskowego. Powstałą skorupę utwardza się w piecu i ustawia do zalewania. Formę z zakrzepłym odlewem rozbija się, a odlewy odcina od wspólnego wlewu. Obecnie na modele stosowana jest mieszanina parafiny i stearyny, wosk Montana, mieszanki substancji woskowych, kwasów tłuszczowych i tworzyw sztucznych.

Metoda formowania skorupowego polega na wykonywaniu form lub rdzeni z masy z żywicznym spoiwem termoutwardzalnym przy użyciu gorącej płyty modelowej lub rdzennicy. Forma skorupowa wykonywana jest najczęściej z dwu połówek sklejanych lub spinanych klamrami przed zalewaniem. Rdzeń jest najczęściej również skorupą z pustym wnętrzem, powstającą przez wysypywanie części niezwiązanej masy. Grubość skorupy zależy od czasu przetrzymywania masy na nagrzanej płycie lub w rdzennicy, a także od temp. nagrzania omodelowania i wynosi 4-10mm.

Zalety odlewania skorupowego to:

- wysoka gładkość i duża dokładność odlewu

- możliwość wykonywania cienkościennych odlewów

- duży stopień wyeliminowania obróbki skrawaniem

- niski rozchód materiałów formierskich

- niskie koszty oczyszczania odlewów

- wysoki uzysk metalu

- możliwość mechanizacji procesu

Wady:

- wysoki koszt oprzyrządowania

- kosztowne materiały formierskie

- ograniczona wielkość odlewu

- zanieczyszczenie środowiska zużytą masą

Obecnie do wytarzania form skorupowych używa się gotowego piasku powlekanego żywicą termoutwardzalną. Powlekanie piasku może odbywać się na zimno lub na gorąco.

Formy gipsowe - W odlewnictwie precyzyjnym gips jest materialnym bardzo wygodnym do wykonywania form. Zmieszany z wodą utwardza się samoczynnie, ma drobnoziarnistą budowę, pozwalającą na otrzymywanie gładkich odlewów. Do wad form gipsowych można zaliczyć bardzo małą przepuszczalność i uwalnianie się wody w wysokich temp. Gipsu używa się najczęściej na formy do odlewania stopów aluminium i stopów niskotopliwych. Poprawę przepuszczalności można uzyskać przez spienienie gipsu podczas mieszania masy formierskiej. Sposób i czas mieszania masy gipsowej odgrywa istotną role. Zastosowanie szybkoobrotowych mieszarek sprzyja spienianiu masy i podwojeniu jej objętości. Powstające mikropęcherze poprawiają przepuszczalność. Spienioną masą zalewa się model i po ok. 30min formę można poddać suszeniu w temp. otoczenia, a później w temp. 250⁰C. Modele przed zalaniem należy pokryć oddzielaczem silikonowym lub naftą. Odmianą tej metody jest Proces Antiocha, różniący się składem i przygotowaniem masy gipsowej.

Formy silikonowe stanowią przykład nowoczesnego połączenia technologii tworzyw sztucznych z technologią odlewania. Oprócz modeli do wytwarzania form wielokrotnego użytku, może być użyty przedmiot, który chcemy reprodukować. Forma z gumy silikonowej odkształca się podczas wyjmowania modelu, jak również przy usuwaniu gotowego odlewu. Do zalet metody odlewania w formach silikonowych należą: wysoka jakość powierzchni odlewów, niski koszt wykonania krótkich serii, duża wydajność. Do wytwarzania form elastycznych stosuje się dwie technologie: kauczuk silikonowy zestalany przez wulkanizację oraz kauczuk sylikonowy sieciujący na zimno.

1. Mechanizacja wytwarzania form

Do seryjnego wytwarzania drobnych i średnich odlewów stosuje się coraz częściej metody precyzyjne, takie jak:

- precyzyjne odlewanie w formach ceramicznych

- precyzyjne odlewanie w formach metalowych

Precyzyjne odlewanie w formach ceramicznych obejmuje takie technologie jak: odlewanie metodą wytapianych, wypalanych lub mrożonych modeli, metoda Shawa, formy i rdzenie skorupowe.

Metody dotyczące form metalowych obejmują: odlewanie kokilowe, ciśnieniowe, odśrodkowe, półciągłe i ciągłe. Metalowe formy są trwalsze i służą jedynie do produkcji seryjnej. Można przyjąć, że w formach metalowych odlewane są stopy metali nieżelaznych choć istnieją wyjątki.

1. Krzepnięcie odlewów w formach ceramicznych i metalowych. Kierowanie procesem krzepnięcia odlewu

Krzepnięcie odlewu w kokili w porównaniu do krzepnięcia w formie ceramicznej różni się szybszym odprowadzaniem ciepła. Jest ona uzależniona od przewodności cieplnej materiału formy. Forma metalowa ma wysoką przewodność cieplną niż porowata forma ceramiczna. Duży gradient temperatury w ściance kokili determinuje szybką krystalizację, co powoduje powstawanie drobnoziarnistej struktury odlewu charakteryzującej się wyższą twardością i wytrzymałością. Jednak powoduje to też wzrost naprężeń i może zaowocować pękaniem na gorąco.

1. Odlewanie kokilowe, półkokilowe i prasowanie metalu w stanie ciekłym. Dobór metody.

Technologia odlewania kokilowego wymagania przeprowadzenia wielu czynności przygotowawczych:

- oczyszczenie powierzchni roboczych

- podgrzanie kokili i okopcenia wnęki

- podgrzania kokili do temp. pracy

- ustawienia rdzeni i zamknięcia kokili

Czynności po zalaniu kokili obejmują:

- wyjęcie rdzeni metalowych

- otwarcie kokili i wyjęcie odlewu

- ewentualne chłodzenie i czyszczenie kokili

- uzupełnienie uszkodzeń pokrycia

- ustawienie rdzeni, zamknięcie kokili i powtarzanie czynności odlewania

Odlewanie kokilowe jest najbardziej opłacalne dla odlewów o wysokich wymaganiach właściwości mechanicznych. Odlewanie kokilowe obejmuje głównie stopy aluminium, miedzi i cynku. Stosowane jest przy głównie w produkcji części samochodowych, przy odlewach ze stopów metali nieżelaznych.

Idea odlewania półkokilowego polega na wykonaniu formy dwuczęściowej, gdzie jedna połowa jest sporządzona z masy formierskiej, a druga z metalu. W jednym odlewie powstają wówczas zróżnicowane warunki krzepnięcia. Miejsca odlewu, które powinny być dokładne, gładkie o drobnoziarnistej strukturze, krzepną w części kokilowej, a pozostałe w masie formierskiej.

1. Operacje wykończeniowe. Wady odlewów i metody ich badania.

Wady odlewów:

- kształtu (VT)

- powierzchni (VT, PT, MT)

- przerwy ciągłości (VT, PT, MT)

- wady wewnętrzne (MT, UT, RT)

- wady materiału (MT, UT, RT)

Operacje wykończeniowe:

- oczyszczanie

- ulepszanie cieplne (hartowanie, odpuszczanie, wymrażanie)

- wyżarzanie

Część IV

1. Klasyfikacja procesów obróbki plastycznej

Obróbka plastyczna – technologia wykorzystująca zdolność metalu do odkształcenia plastycznego pod wpływem sił zewnętrznych . Obróbka plastyczna może:

- nadać przedmiotowi żądany kształt

- wprowadzić do materiału naprężenia

- zmienić fizyczne i strukturalne właściwości materiału

-podzielić materiał na fragmenty

- zmienić gładkość i kształt powierzchi

Klasyfikacja:

- walcowanie

- kucie

- ciągnienie

- wyciskanie

-tłoczenie

*cięcie

*gięcie (kształtowanie przestrzenne)

1. Krystaliczna budowa metali. Defekty struktury. Mechanizmy odkształceń

Większość ciał stałych występuje w postaci polikryształów, niektóre tylko są monokryształami. Ich cechą charakterystyczną są określone dla każdej substancji wielkości kątów, zawartych między ścianami i krawędziami kryształu.

W zależności od charakteru wzajemnych oddziaływań jąder i powłok elektronowych sąsiednich atomów sieci krystaliczne (wiązania) możemy podzielić na:

atomowe - wiązanie to polega na utworzeniu jednej, dwóch lub trzech par elektronowych przez dwa atomy, z których każdy dostarcza do wytworzenia wspólnego dubletu taką samą liczbę niesparowanych elektronów

jonowe - polega na przejściu jednego lub kilku elektronów walencyjnych z atomów pierwiastka elektrododatniego do atomów pierwiastka elektroujemnego

metaliczne - polega na przekształceniu atomów tego samego metalu lub atomów różnych metali w zbiór kationów i swobodnie poruszających się między nimi elektronów

cząsteczkowe (molekularne) - cechą charakterystyczną tych wiązań jest to, że w węzłach sieci krystalicznej umiejscowione są oddzielne cząsteczki, tworzące najczęściej dipole elektryczne, które oddziałując na siebie wzajemnie siłami przyciągania zapewniają trwałość struktury kryształu.

Nieprawidłowości struktury sieciowej spotykane w rzeczywistych strukturach

krystalicznych można podzielić na trzy grupy:

• defekty punktowe,

• defekty liniowe,

• defekty złożone.

Defektami punktowymi nazywa się zakłócenia budowy krystalicznej umiejscowione wokół punktu. Najprostszym defektem tego typu jest brak atomu w węźle sieci przestrzennej, zwany wakansem albo luką.

Defektami liniowymi nazywa się zakłócenia budowy krystalicznej, które w jednym kierunku mają wymiar kilku odległości atomowych, a w drugim — całego ziarna lub znacznej jego części. Rozróżnia się dwa zasadnicze rodzaje defektów liniowych: dyslokację

1. Właściwości wytrzymałościowe i plastyczne metali. Zgniot i rekrystalizacja. Umocnienie zgniotem.

Zgniotem określa się zmiany, jakie zachodzą w strukturze i właściwościach metali pod wpływem odkształcenia plastycznego na zimno. Zgniot zachodzi poniżej temperatury rekrystalizacji, gdyż szybkość procesów dyfuzyjnych jest mała.

Rekrystalizacja proces zachodzący w metalach podczas wyżarzania rekrystalizującego, którego efektem jest odbudowa struktury krystalicznej metalu po zgniocie i przywrócenie mu pierwotnych właściwości fizycznych i mechanicznych.

1. Obróbka plastyczna na zimno i na gorąco. Zastosowanie metod.

Obróbka plastyczną na zimno - odkształcenie plastyczne osiągane jest w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji

Obróbkę plastyczną na gorąco - odkształcenie plastyczne osiągane jest w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji.

1. Walcownictwo. Warunek chwytu walców. Klasyfikacja walcarek. Walcowanie na zimno i na gorąco. Wyroby walcowane.

WALCOWNICTWO dział technologii obejmujący wytwarzanie wyrobów i półwyrobów walcowanych ze stali, metali nieżelaznych i ich stopów; także dział techniki zajmujący się maszynami i urządzeniami przeznaczonymi dla walcowni.

Walcowanie na gorąco (temp. do 1270C) – nadanie kształtu poprzecznego przedm.za pomocą odkształcenia plast. metalu między obracającymi się twardymi i odpowiednio ukształtowanymi walcami (wlewek po przejściu między walcami, tzn. po 1 przepuście przyjmuje odpowiedni do szczelin między walcami).

Chwytanie walcami następuje gdy siła tarcia między walcami i wgniatanym materiałem jest równa:

P * sinα < T * cosα

T = f * P

sinα < f * cosα

$$\mathbf{f =}\frac{\mathbf{\text{sinα}}}{\mathbf{\text{cosα}}}\mathbf{= tg\alpha}$$

Wyroby walcowane: blachy, rury kątowniki, pręty, kształtowniki

1. Podstawy procesów ciągnienia i wyciskania. Oczko ciągarskie. Metody i typowe wyroby

2. Kucie ręczne i maszynowe. Narzędzia. Młoty mechaniczne i prasy kuziennicze. Wyroby kute na zimno i na gorąco.

kucie ręczne polega na odkształcaniu trwałym materiału za pomocą młotka ręcznego na kowadle przez kowala

kucie matrycowe przeprowadza sie młotkami mechanicznymi lub na prasach kuźnierskich w przyrządach zwanych matrycami

Narzedzia kowalskie do kucia swobodnego:

-kowadło

-młotki kowalskie

-kleszcze kowalskie

-przecinaki i podcinaki

-przebijaki

-podsadzki

-nasadzaki

-odsadzaki

-żłobniki

-płyty kowalskie

-gwoździownice

Młoty i prasy kowalskie

-młoty spadowe

-młoty dwustronnego działania

-młoty dźwigowe i sprężynowe

-młoty przeciwbieżne o zrównoważonych ciężarach bijaków

Prasy:

-prasy karbowo-mimośrodowe

-prasy śrubowo-cierne

-prasy hydrauliczne

-prasy specjalne, zwane kuźniarkami

1. Budowa matryc kuzienniczych. Metoda kucia matrycowego. Typowe odkuwki

Metody kucia matrycowego

kucie matrycowe przeprowadza się młotami mechanicznymi lub na prasach kuźniczych w przyrządach zwanych matrycami. Kucie matrycowe , dojące dużą dokładność wymiarową, stosowane jest w produkcji seryjnej i masowej.

Metody: (3 metody)

-odkuwce nadaje się wstępny kształt za pomocą kucia swobodnego, a następnie gotowy kształt odkuwa się na matrycy

-kucie przeprowadza się w kilku matrycach, nadając odkuwce stopniowo żądany kształt,

- kucie przeprowadza się w jednej matrycy, wypełniając ją stopniowo materiałem po kilku kolejnych uderzeniach, liczba uderzeń zależy w tym przypadku od masy bijaka, kształtów odkuwki, temp. nagrzania i rodzaju materiału; zwykle do wykonania jednej odkuwki wystarczy 3 do 6 urządzeń

Budowa matryc kuzienniczych:

Matryca jest to kowadło, którego wykrój odpowiada kształtowi odkuwanego przedmiotu. Składa się z dwóch części dolnej- przytwierdzonej do nieruchomej szaboty młota lub stołu prasy oraz górnej- ruchomej, zamocowanej do bijaka młota lub suwaka prasy. Powierzchnie pionowe wykroju matrycy powinny mieć zbieżności ułatwiające wyjęcie odkuwki.

1. Operacja tłoczenia. Metody cięcia. Uniwersalne urządzenia do cięcia. Budowa wykrojników

Tłocznictwo to dział obróbki plastycznej zajmujący się procesami kształtowania przez tłoczenie wyrobów gotowych i półwyrobów, głównie z blach lub taśm. Tłoczenie obejmuje szereg różnorodnych procesów obróbki plastycznej realizowanych głównie na zimno i stosowanych do rozdzielania, kształtowania i łączenia materiałów w postaci blach, foli. Tłoczenie przeprowadza się za pomocą przyrządów zwanych tłocznikami, przeważnie na prasach mechanicznych lub hydraulicznych.

Metody cięcia

Wykrawanie gumą polega na zastąpieniu płyty tnącej poduszką gumową. Na płycie podstawowej jest ustawiony stalowy wzornik odgrywający rolę stempla. Zewnętrzny zarys wzornika odpowiada zarysowi wykrawanego przedmiotu. Rolę płyty tnącej odgrywa gruba poduszka gumowa, umieszczone w oprawie przymocowanej do suwaka prasy. W początkowej fazie na wzorniku ułożony jest materiał z naddatkiem na obrzeżu. W miarę opuszczania się suwaka prasy najpierw guma wygina wystające poza wspornik obrzeża materiału wyjściowego i dociska go do płyty podstawowej, a następnie, naciskając na wygięte obrzeże, odcina je wzdłuż krawędzi wzornika.

1. Gumą otwartą – poduszka może swobodnie rozszerzać się na boki, co jest źródłem strat cisnienia na jej powierzchni czołowej. Ogranicza to techniczne możliwości wykrawania blach.

2. Gumą zmknięta – podstawową korzyścią jest utrzymywanie gumy podczas pracy w stanie wszechstronnego ściskania, co pozwala przy mnijeszcyh stopniach odkształcenia uzyskać większy nacisk jednostkowy.

Wykrawanie guma stosuje się w produkcji drobnoseryjnej z cienkich blach.

Uniwersalne urządzenia do cięcia:

Nożyce:

- skokowe

- gilotynowe

- krążkowe (o osiach równoległych i pochylonych)

Prasy:

- elektromagnetyczne

- pneumatyczne

- hydrauliczne

- mechaniczne

Wykrojnik stosowany jest do wycinania określonego kształtu z arkusza blachy lub przygotowanego pasa blachy. Wykrojnik charakteryzuje się tym, że posiada zaostrzone krawędzie, które pod wpływem nacisku wywieranego przez prasę powodują wycięcie określonego kształtu w arkuszu blachy odpowiadającego zewnętrznym krawędziom wykrojnika.

1. Prasy do tłoczenia. Metody tłoczenia przestrzennego. Budowa tłoczników. Specjalne metody tłoczenia.

Tłoczniki to narzędzia służące do obróbki plastycznej elementów o małej grubości w stosunku do pozostałych wymiarów (głównie blach, ale także folii czy płyt niemetalowych). Tłocznik składa się z głowicy z osadzonym w niej stemplem, zamocowanej na suwaku prasy, oraz podstawy z matrycą, zamocowanej na stole. Ze względu na zastosowanie wyróżnić można np. wykrojniki, ciągowniki, okrojniki, i czy dziurkowniki.

Specjalne metody tłoczenia:

- tłoczenie wybuchowe

- tłoczenie pneumatyczne

- tłoczenie elektrohydrauliczne

- tłoczenie elektromagnetyczne

Część V

1. Chemia organiczna, polimerowe substancje łańcuchowe, wiązania

2. Struktura a właściwości polimerów, dodatki do tworzyw sztucznych: wypełniacze, plastyfikatory, antyutleniacze, barwniki

Plastyfikator – substancja chemiczna stosowana w celu zmiękczania twardych polimerów (np.: PVC, kauczuków, lakierów). Ułatwia to ich przeróbkę i rozszerza zakres stosowalności. Substancje te charakteryzują się zazwyczaj wysoką temperaturą topnienia lub niską lotnością. Plastyfikatory dzieli się na: naturalne (olej słonecznikowy, olej rycynowy) oraz syntetyczne (estry, ketony, wyższe alkohole)

Antyutleniacze – ochrona przed działaniem tlenu z powietrza podczas przetwarzania i w czasie eksploatacji wyrobu

Barwniki – nadanie żądanej barwy

Wypełniacze kredowe wykorzystywane w przetwórstwie tworzyw sztucznych, pomagają zmniejszyć koszty produkcji w przetwórstwie

1. Klasyfikacja polimerów a właściwości poszczególnych rodzajów

Klasyfikacja ze względu na właściwości mechaniczne:

- elastomery – charakteryzuje się modułem Younga od 1 do 4 MPa i wydłużeniem przy rozciąganiu rzędu kilkuset procent

- Plastomerem – tworzywo mające współczynnik sprężystości wzdłużnej 1000 – 1500 MPa oraz wydłużenie przy rozciąganiu od 1% (kruche) do 100-200% i więcej (tworzywo sprężyste)

- tworzywa miękkie – współczynnik sprężystości wzdłużnej przy zginaniu lub rozciąganiu ma wartość poniżej 700 MPa w temp. pokojowej

- Tworzywa półsztywne – współczynnik sprężystości wzdłużnej mieści się w zakresie 700 – 7000 Mpa

- tworzywa sztywne – współczynnik sprężystości wzdłużnej przekracza 7000 MPa

Klasyfikacja ze względu na właściwości cieplno-przetwórcze:

- tworzywo termoplastyczne – zdolne do wielokrotnego przechodzenia pod wpływem ciepła ze stanu stałego w stan plastyczny i następnie ciekły i odwrotnie bez zmian właściwości

-tworzywo utwardzalne (duroplast) – pod wpływem ciepła przekształca się nieodwracalnie, utwardza się w materiał usieciowany, topliwy

Klasyfikacja ze względu na skład chemiczny makrocząsteczki:

W ujęciu ogólnym:

-tworzywa karbołańcuchowe

- tworzywa heterołańcuchowe

W ujęciu szczegółowym

- węglowodorowe

- fluorowcowe

- hydroksylowe

- karboksylowe

- azotowe

1. Właściwości termiczne i uzytkowe typowych tworzyw: PE, PP, PS PCW, silikonu teflonu

Materiał	Zmiany po ogrzaniu	Wygląd płomienia	Zmiany po wyjęciu z płomienia	Zapach po ogrzaniu
Polietylen (PE)	Topi się, traci zmętnienie	Żółty z niebieską podstawą	Nadal się pali	Parafiny
Polipropylen (PP)	Topi się, traci zmętnienie	Żółty z niebieską podstawą	Nadal się pali	Kwaśnej parafiny
Polistyren (PS)	Mięknie, topi się	Żółto-pomarańczowy, kopcący		Styrenu
Polichlorek winylu (PCW)	Mięknie	Żółty, kopcący z niebieską podstawą	Natychmiast gaśnie	Kwaśny, gryzący

Zastosowanie:

PS - tacki co pakowania mięsa, kubki do gorących napojów, izolacje cieplne

Teflon (PTFE) – uszczelnienia, izolatory, łożyska, powłoki

Silikony – uszczelnienia, kleje

PVC – rury wodociągowe, wykładziny, okna, parapety, ceraty

PP – pojemniki na jogurty, na śmieci

1. Metody przetwórstwa tworzyw sztucznych, recykling

Do podstawowych technik stosowanych w przetwórstwie zalicza się:

1. wytłaczanie

2. wtryskiwanie

3. prasowanie

   • tłoczenie

   • przetłaczanie

   • formowanie płyt

4. walcowanie i kalandrowanie

5. odlewanie

Recykling tworzyw sztucznych można podzielić na recykling materiałowy, chemiczny i termiczny. Recykling materiałowy polega na wykorzystania odpadów i zużytych materiałów do produkcji nowych wyrobów. Recykling chemiczny polega na rozpadzie materiału polimerowego w wyniku reakcji chemicznej z wodą lub innymi związkami chemicznymi w wyniku, której powstają związki małocząsteczkowe, służące do ponownego otrzymania czystych polimerów lub do innych celów. Recykling termiczny polega na rozpadzie materiału polimerowego pod wpływem temperatury.

1. Zastosowanie tworzyw sztucznych w budowie maszyn i aparatury, budownictwie, elektrotechnice i do wyrobu przedmiotów codziennego użytku

Budownictwo: okna i drzwi z profili twardego PCV odpornego na czynniki atmosferyczne, rozprowadzenie instalacji CO, kanaly do rozprowadzania cieplego i zimnego powietrza

Elektrotechnika: rury do prowadzenia kabli, puszki, gniazda, wyłączniki, rozdzielnie

1. Badania laboratoryjne tworzyw sztucznych

Badania twardości:

1. Metoda Brinella – polega na wciskaniu w tworzywo kulki wykonanej z węglików spiekanych. Po upływie pewnego czasu ustala się stan równowagi, w którym wzrastająca powierzchnia odcisku równoważy działanie wywierane przez wgłębiającą kulkę. Metodę tą można stosować dla tworzyć, których powrót poodkształceniowy jest na tyle powolny, że umożliwi pomiar powierzchni odcisku.

2. Metoda Vickersa – wgłębnikiem jest ostrosłup o kwadratowej podstawie i kącie dwuściennym 136°.

3. Metoda Rockwella – wgłębnikiem jest stalowa kulka, początkowo nakłada się wstępne obciążenie 98,07 N zwiększane stopniowo do obciążenia właściwego. Następnie zmniejsza się obciążenie do obciążenia wstępnego i odczytuje wartość twardości jako pozostające po obciążeniu odkształcenie trwałe. Istnieją cztery skale zależne od stosowanej kulki

4. Metoda Schoppera – odmiana metody Brinella, służy do pomiaru twardości tworzyw gumo pochodnych. Pomiar przeprowadza się kulką o średnicy 1 cm i obciążeniu 1kG, mierząc głębokość odcisku nie usuwając obciążenia. Twardość oblicza się ze wzoru $H = \frac{1,05}{\text{πh}}\ (\frac{N}{m^{2}})$ Badanie wykonuje się aparatem Schoppera.

Badania udarności

1. Metoda Charpy’ego – polega na udarowym zginaniu prostopadłościennej próbki z karbem lub bez podpartej na dwóch podporach i określeniu pracy potrzebnej do złamania próbki. Udarność określa się pracą potrzebną do dynamicznego złamania próbki odniesioną do 1 m² przekroju próbki.

2. Metoda Izoda – bada się nią tylko próbki z karbem. Próbkę mocuje się pionowo jednym końcem w uchwycie podstawy młota i łamie ostrzem walcowym wahadła młota w określonej odległości od krawędzi uchwytu. Udarność określa praca zużyta na dynamiczne złamanie próbki z karbem odniesiona do początkowego przekroju poprzecznego w miejscu karbu

3. Aparatem Dynstat – można określić udarność, udarność z karbem i wytrzymałość na zginanie małych próbek. Zasada pomiaru taka sama jak w metodzie Charpy’ego. Różni się sposobem zamocowania próbki. Próbka jest umieszczona w uchwycie pionowo a w miejscu podparcia ma styk liniowy z uchwytem.

Badanie ścieralności

1. Metoda Schoppera – ścieranie wykonuje się papierem ściernym nawiniętym na walec obrotowy o średnicy 150mm. Próbka o określonych wymiarach jest dociskana do papieru przy obciążeniu 10N. Po przebyciu drogi 40 m pomiar zostaje przerwany. Ścieralność na aparacie Schoppera oblicza się jako stratę objętości próbki ścieranej na papierze odpowiadającym wymaganiom wg wzoru $Ks\ sch = \frac{m1 - m2}{\gamma}*\frac{1}{\eta}*V$

V – strata objętości próbki podczas ścierania

m1, m2 – masy próbki przed i po oznaczeniu

γ – ciężar właściwy

η – współ. intensywności ścierania papieru ściernego

1. Metoda Grasseli – stosowana do oznaczania ścieralności materiałów gumo podobnych i tworzyw sztucznych. Materiałem ściernym jest papier elektrokorundowy Nr 00. Ścieralność w tej metodzie wyraża się stosunkiem zmiany objętości do ilości pracy zużytej na ścieranie

2. Metoda Boehmego – nadaje się szczególnie do badania materiałów podłogowych narażonych na ścieranie. W tej metodzie ścieranie następuje pod wpływem sypkiego materiału mineralnego naniesionego luźno na stalową obracającą się płytę aparatu.

1. Metody identyfikacji tworzyw

Metoda spalania – w metodzie tej obserwuje się zachowanie próbki tworzywa wprowadzonej do płomienia palnika. Identyfikację tworzywa przeprowadza się na podstawie następujących kryteriów:

- zmiany po ogrzaniu

- wyglądu płomienia

- zmiany po wyjęciu płomienia

- zapachu po ogrzaniu

Korzystając z tej metody należy pamiętać o tym, że niektóre środki pomocnicze mogą powodować zmianę zapachu, zmniejszenie palności tworzywa, zmianę zabarwienia płomienia i jego kopcenie.

1. Budowa i rodzaje kompozytów

Kompozyty to materiały zbudowanie w sposób świadomy z dwu lub więcej tworzyw i posiadające właściwości inne niż poszczególne materiały składowe. Składają się z osnowy i włókien (zbrojenia) otoczonego osnową.

Rodzaje kompozytów:

• Kompozyty strukturalne - w których występują ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych - warstwy (np. sklejka), pręty (np. żelbet) lub regularne struktury trójwymiarowe np. przypominające plaster miodu,

• laminaty - które składają się z włókien zatopionych w lepiszczach - w zależności od sposobu uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe - włókna ułożone w jednym kierunku - maty kompozytowe - w dwóch prostopadłych kierunkach - lub nieuporządkowane np. pykret,

• mikrokompozyty i nanokompozyty - w których regularna struktura dwóch lub więcej składników jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym - tego rodzaju kompozyty występują w organizmach naturalnych - np. drewno - jest rodzajem mikrokompozytu, w skład którego wchodzą zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe, "sklejone" ligniną- współcześnie próby sztucznego otrzymywania tego rodzaju kompozytów są prowadzone w ramach badań nanotechnologicznych,

• stopy strukturalne - które są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą oraz polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze - przykładem tego rodzaju kompozytu jest stal damasceńska i duraluminium.

1. Zastosowanie i właściwości materiałów kompozytowych

Zastosowanie w przemyśle:

- samochodowym

-lotniczym

- kosmicznym

- okrętowym

- sportowym

- medycynie

- elementy budowlane

- energetyczne urządzenia wiatrowe

- zbiorniki

- naczynia ciśnieniowe

Właściwości kompozytów praktycznie możemy kształtować i projektować w zależności od potrzeb. MK charakteryzują się właściwościami nieosiągalnymi dla konwencjonalnych monolitycznych materiałów. Wyróżniają je zwiększone: wytrzymałość, moduł Younga, charakterystyki zmęczeniowe, odporność na zużycie, charakterystyki ślizgowe, wysoka odporność na korozję, zarówno w temperaturze pokojowej jak i w podwyższonej.

Kompozyty na bazie niklu i kobaltu charakteryzujące się wysokimi wskaźnikami żarowytrzymałościowymi i żaroodpornymi wykorzystywane są na elementy maszyn silnie obciążone w wysokich temperaturach, jak łopatki turbin gazowych. Niektóre z kompozytów in situ cechują się unikalnymi własnościami fizycznymi (efekt magnetoelektryczny)

Część VI

1. Zjawiska termiczne zachodzące podczas procesów łączenia metali. Powstawanie łuku spawalniczego. Spawalność metali.

Łuk elektryczny może powstać w dwojaki sposób: a) skutkiem przeskoku iskry pomiędzy rozsuniętymi elektrodami na niewielką odległość, b) skutkiem zetknięcia elektrod, a następnie ich rozsunięcia. Pierwszy sposób polega na zastosowaniu tzw. jonizatorów, wytwarzających bezpieczne dla obsługi impulsy wysokiej częstotliwości o napięciu kilku tysięcy woltów. Drugi sposób jest powszechnie stosowany przy normalnych napięciach (poniżej 100 V) źródeł prądu. 

Spawalność metali to, podatność materiału lub grupy materiałów do tworzenia się złącz spawalniczych spełniających wymogi konstrukcyjne i technologiczne bez wykonywania dodatkowych zabiegów.

1. Metody cięcia termicznego: gazowe, łukowe, plazmowe i laserowe

Cięcie gazowe to cięcie metalu przez miejscowe jego spalenie w strumieniu tlenu, który jednocześnie usuwa (wydmuchuje) produkty spalania. Aby zapoczątkować ten proces, metal musi być wcześniej podgrzany płomieniem gazowym. Tę metodę stosuje się do stali zwykłych i niskostopowych, a przy użyciu odpowiednich topników do żeliwa, stali austenitycznych i metali nieżelaznych.

Cięcie plazmowe to proces cięcia metali (stali, stopów aluminium, stopów miedzi itp.) przy zastosowaniu łuku plazmowego. Cięcie plazmowe prowadzone jest w sposób zmechanizowany lub ręczny. Procesy cięcia zmechanizowanego dotyczą głównie cięcia przy zastosowaniu przecinarek CNC lub robotów przemysłowych. Źródłem ciepła topiącym metal jest łuk plazmowy jarzący się między elektrodą a materiałem obrabianym. Przed utworzeniem głównego łuku plazmowego może być wytwarzany łuk pilotujący (pomocniczy), który jarzy się między elektrodą a dyszą plazmową.

Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki o podobnych parametrach wymiarowych jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi gorący promień lasera oraz gaz techniczny o dużej czystości. W zależności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy) cięcie przeprowadza się na trzy sposoby: metodą spalania, stapiania lub sublimacji.

Cięcie łukowe elektrodą węglową lub metalową polega na wytapianiu szczeliny w pełnym metalu ciepłem łuku elektrycznego.

1. Budowa złącza spawanego i zgrzewanego, metody lutowania

Złącze spawane jest połączeniem materiałów powstałym przez ich miejscowe stopienie. Występuje w procesie łączenia metali (głównie stali) oraz tworzyw sztucznych. Przy spawaniu zwykle dodaje się spoiwo (materiał dodatkowy) stapiający się wraz z materiałem podstawowym, aby utworzyć spoinę i polepszyć jej własności.

Lutowanie – łączenie metalowych części za pomocą stopów, zwanych lutami, które mają niższą temperaturę topnienia od temperatury lutowanych metali. Wyróżnia się lutowanie miękkie (do 450 stopni – stopy cyny) oraz lutowanie twarde (powyżej 450 stopni – stopy srebra)

1. Pozycje spawania

• PA – podolna

• PB – naboczna

• PC – naścienna

• PD – okapowa

• PE – pułapowa

• PF – pionowa z dołu do góry

• PG – pionowa z góry na dół

• pozycje spawania rur w pozycji pochylonej pod kątem 45°:

  • H-L045 Rura: stała, Oś: pochylona, Spoina: z dołu do góry,

  • J-L045 Rura: stała, Oś: pochylona, Spoina: z góry na dół.

1. Technologia spawania gazowego. Palniki gazowe, gazy, przygotowanie złączy do spawania.

spawanie gazowe – źródłem ciepła jest palnik acetylenowo-tlenowy za pomocą którego stapiany jest metal rodzimy. W miarę potrzeby doprowadza się spoiwo w postaci drutu do brzegu jeziorka spoiny. Zastosowanie do spawania niewielkich przekrojów.

1. Spawanie metodą otuloną (metoda 111). Technologia i zastosowanie. Elektrody

Spawanie elektrodami otulonymi - W trakcie trwania procesu spawania łuk elektryczny jarzy się między końcem pokrytej otuliną metalowej elektrody a spawanym materiałem. Powstające w wyniku tego gazy chronią przed wpływem atmosfery ciekłe jeziorko spawalnicze. Topiąca się otulina tworzy na powierzchni jeziorka żużel, który chroni krzepnący metal spoiny przed wpływem atmosfery i zbyt szybkim chłodzeniem. W zależności od gatunku łączonych materiałów należy stosować odpowiednie elektrody, które są wytwarzane w setkach różnych odmian.

Zastosowanie: metoda ta jest głównie stosowana do spawania stalowych konstrukcji, w przemyśle stoczniowym i w większości branży produkcyjnych. Mimo że jest stosunkowo mało wydajna - co wynika z konieczności wymieniania elektrod i usuwania żużla - to jednak nadal zalicza się do najbardziej elastycznych, a ponadto doskonale sprawdza się w miejscach, do których dostęp jest ograniczony.

1. Spawanie łukowe MIG i MAG (metoda 131 i 135). Technologia i zastosowanie . Materiały dodatkowe i gazy osłonowe.

Spawanie MIG(131)/MAG(135) to spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych (MIG) lub aktywnych (MAG). Jako gazy ochronne najczęściej stosuje się argon, hel oraz mieszaniny tych gazów. Natomiast jako gazy aktywne – dwutlenek węgla lub jego mieszaninę z argonem.

W metodzie MIG/MAG łuk elektryczny jarzy się między spawanym materiałem a elektrodą w postaci drutu. Łuk i jeziorko ciekłego metalu są chronione strumieniem gazu obojętnego lub aktywnego. Metoda nadaje się do spawania większości materiałów, dobierając druty elektrodowe odpowiednie dla różnych metali.

Zastosowanie metody: w liniach technologicznych i pracach montażowych, do spawania automatycznego i półautomatycznego.

1. Metoda spawania TIG (metoda 141). Charakterystyka metody, elektrody, gazy osłonowe i materiał dodatkowy.

Metoda TIG (kod 141) to metoda spawania nietopliwą elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych takich jak argon, hel lub mieszanki argonu i helu. Łuk jarzy się pomiędzy elektrodą wykonaną z wolframu (zielona) lub wolframu z dodatkami , a spawanym materiałem. W większości przypadków elektroda wolframowa (palnik TIG) jest dołączana do minusa, a zacisk "masy" do plusa spawarki. Wydziela to więcej ciepła w miejscu powstawania spoiny, a nie w elektrodzie.

Zastosowanie: Do spawania ręcznego lub automatycznego. Metodą TIG spawa się prądem stałym wszystkie gatunki stali, zwłaszcza stale wysokostopowe oraz metale nieżelazne. Największe zastosowanie znajduje przy łączeniu (prądem przemiennym) aluminium i stopów aluminium ze względu na uzyskanie lepszych złącz niż przy spawaniu gazowym.

1. Niezgodności spawalnicze. Klasyfikacja i metody badań. Badanie nieniszczące i niszczące. Poziomy jakości złączy.

Niezgodności spawalnicze

• podtopienie: nazwa niezgodności spawalniczej, kiedy bruzda nie jest zupełnie wypełniona wzdłuż brzegu ściegu spawalniczego, nie nastąpił przetop materiału

• niepełne stopienie: stan, w którym spawane powierzchnie nie stopiły się ze sobą wystarczająco dobrze, zachodzi gdy jest ustawione zbyt mały amperaż lub łuk był prowadzony zbyt szybko

• niepełna penetracja: stan, gdzie jest niewystarczająca odległość pomiędzy powierzchnią metalu i dołem spawanego obszaru

• zachodzenie na siebie: stan, gdzie brzeg ściegu spawalniczego nie został zespolony z podstawowym metalem (występuje często przy spawaniu złącza teowego)

• wypukły ścieg spawalniczy: fragment wyokrąglenia ma spęczniałą powierzchnię ściegu spawalniczego

• wklęsły ścieg spawalniczy: fragment wyokrąglenia ma wgniecioną powierzchnię ściegu spawalniczego

• występowanie pęcherzy, wgłębień itp.

Klasyfikacja i metody badań

- badania niszczące (wytrzymałościowe- rozciąganie, zginanie, twardość; makroskopowe, mikroskopowe)

Badania nieniszczące:

1. bezpośrednie

- oględziny zewnętrzne

- badanie szczelności

- badania radiologiczne

- badania magnetyczne

- badania ultradźwiękowe

1. pośrednie (uzupełniające)

- badania twardości

- badania grawimetryczne

- badania akustyczne

- badania wiroprądowe

Metoda wizualna (VT) jest pierwszą, podstawową, powszechną i najtańszą metodą kontrolną. Przeprowadza się ją okiem nieuzbrojonym, lupą lub mikroskopem stereoskopowym. Oceniana jest powierzchnia surowa, przełom lub trawiony przekrój odlewu. Badania wizualne powinny być przeprowadzone jako pierwsze. Dzieli się na bezpośrednią i pośrednią (przyrządami optycznymi, metodą trawienia, termiczną). Warunki przeprowadzenia metody:

- natężenie oświetlenia min 350 lx (najlepiej 500 lub 1000 lx)

- odległość max 600 mm

- kąt obserwacji 30°

- wymagane świadectwo badania wzroku

Metoda penetracyjna (PT) jest najszerzej stosowana ze wszystkich metod badań nieniszczących. Stosowana jest w celu wykrycia wad powierzchniowych. Badania penetracyjne dzielimy na dwie podstawowe techniki: badania w świetle dziennym oraz w świetle ultrafioletowym. Dla tych technik stosujemy podstawowe odmiany z wykorzystaniem penetrantów wodnych wodno-zmywalnych jak również bardziej złożone systemy z penetrantami emulgowanymi. Materiały podlegające badaniom penetracyjnym należą najczęściej do grupy stali węglowych i stopowych jak również stopów aluminium, miedzi lub tytanu oraz ceramiki. Podstawowym ograniczeniem dla metody penetracyjnej jest niemożliwość wykorzystania jej w temperaturze poniżej 5°C i konieczność bardzo dokładnego oczyszczenia powierzchni badanej. Metoda ta opiera się na zjawisku higroskopijnym. Badania penetracyjne najczęściej stosujemy do inspekcji: połączeń spawanych, odlewów i odkuwek, elementów lotniczych, elementów po obróbce mechanicznej.

Metoda magnetyczna (MT) – stosowana do badania materiałów ferromagnetycznych, opiera się na zjawisku rozproszenia fal magnetycznych wokół nieciągłości powierzchniowych i podpowierzchniowych. Ze względu na sposób ujawienia pola rozproszenia w okolicy nieciągłości rozróżnia się metody: proszkową, magnetograficzną i pomiaru pola rozproszenia. Dokoła magnesu stałego, elektromagnesu lub przewodnika, w którym płynie prąd roztacza się pole magnetyczne. Wywiera ono oddziaływanie mechaniczne na ciała magnetyczne znajdujące się w jego zasięgu. Pole magnetyczne jest wyobrażane w postaci linii sił. Zakłócenie przebiegu linii sił pola magnetycznego przez nieciągłość powierzchniową lub podpowierzchniową ujawnia się w postaci zaburzenia układu proszku magnetycznego naniesionego na badaną powierzchnię.

W praktyce stosuje się badania polegające na pokryciu oczyszczonej powierzchni odlewu czarnym proszkiem ferromagnetycznym suchym lub jego zawiesiną wodną. Dla łatwiejszego odczytu badaną powierzchnię pokrywa się nierozpuszczalnym w wodzie białym kontrastem. W celu zwiększenia widoczności stosuje się proszek fluoryzujący. Do magnesowania odlewu używa się defektoskopów magnetycznych. Niezgodności/wady powierzchniowe odlewów wykrywane metodą magnetyczno-proszkową to mikropęknięcia powierzchniowe powstaje na zimno i na gorąco.

Metoda ultradźwiękowa (UT) opiera się na rozchodzeniu fal o częstotliwości większej od 20 kHz w ośrodkach ciągłych, w technice defektoskopowej znalazły zastosowanie fale podłużne, poprzeczne i powierzchniowe. Fala podłużna napotykając na granicę ośrodków, ulega załamaniu i odbiciu. Jednocześnie powstaje fala poprzeczna. Źródłem fal są najczęściej przetworniki piezoelektryczne. Fale odbite od ścianki lub wady materiału uderzają w płytkę przetwornika i generują w nim napięcie. Impuls elektryczny widoczny jest na ekranie oscyloskopu. Rozróżnia się trzy metody: echa, przepuszczania i rezonansu. Badanie ultradźwiękowe jest utrudnione (czasami niemożliwe) w przypadku badania elementów małych. badania te są uniwersalne i skuteczne, a wynik badania bezpośrednio dostępny. Dzięki przenośnej i lekkiej aparaturze, badania te należą do metod mobilnych.

Metody radiologiczne (RT) opierają się na zjawisku przenikania promieniowania jonizującego przez badany materiał. Osłabienie promieniowania przejściem przez materiał zależy od jego grubości, gęstości i wad. Detektorem promieniowania, służącym do zobrazowania wewnętrznej budowy, są błony rentgenowskie. Zaczernienie błony jest proporcjonalne do natężenia padającego na nią promieniowania. Wykrywalność niezgodności spawalniczych jest wysoka i tym lepsza, im wyższa jest jakość radiogramu. Metoda charakteryzuje się uniwersalnością przy stosunkowo wysokich kosztach.

1. Dobór metody spawania, konstrukcje spawane.