Procesy i techniki produkcyjne wykłady

Procesy i techniki produkcyjne.

18.02.2014 r.

Klasyfikacja i technologia pojęć z obróbki cieplnej.

Obróbka cieplna- proces technologiczny, którego celem jest zmiana własności mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów w stanie stałym przede wszystkim przez wywołanie ziaren strukturalnych, zawsze w wyniku działania temperatury i czasu, a ponadto bardzo często środowiska oraz rzadziej pola magnetycznego lub odkształcenia plastycznego.

Obróbkę cieplna wykonuje się z reguły po ostatecznym nadaniu kształtu obrabianym elementom.

Wyjątkiem jest obróbka międzyoperacyjna, która służy do poprawy technologiczności stosowanych materiałów np. skrawalności przez wyżarzanie zmiękczające, odkształcalności przez wyżarzanie rekrystalizujące, spawalności przez wyżarzanie odprężające, stosowane również w innych przypadkach w celu obniżenia poziomu naprężeń wewnętrznych.

Rodzaje obróbki cieplnej:

1. Podział ze względu na zasięg obróbki cieplnej:

2. Podział ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury i własności metali i stopów:

Obróbka cieplna zwykła- proces technologiczny, w wyniku którego uzyskuje się zmiany własności metali i stopów będące funkcja temperatury i czasu.

Obróbka cieplno- chemiczna- proces technologiczny, którego celem jest uzyskanie zmian własności warstwy wierzchniej metali i stopów, w wyniku działania:

Obróbka cieplno- plastyczna- proces technologiczny, którego celem jest uzyskanie głównie zmian mechanicznych własności metali i stopów w wyniku działania:

Proces technologiczny obróbki cieplnej- podstawowa część procesu technologicznego, podczas której następuje zmiana własności fizycznych, chemicznych i innych obrabianego cieplnie wsadu.

Wsad- materiał, część lub przedmioty obrabiane cieplnie.

Operacja obróbki cieplnej- część procesu technologicznego obróbki cieplnej wykonywana na jednym stanowisku obróbki cieplnej przez jednego lub kilku pracowników na jednym wsadzie np.:

Zabieg obróbki cieplnej- część operacji obróbki cieplnej realizowana za pomocą tych samych środków technologicznych przy niezmiennych parametrach obróbki cieplnej. Do najważniejszych zabiegów obróbki cieplnej należą:

Temperatura, T

nagrzewanie wygrzewanie chłodzenie

τn τw τch Czas, τ

25.02.2014 r.

Grzanie i chłodzenie.

Podstawowe parametry zabiegu grzania to:

Powyższe parametry obróbki cieplnej tj. temperatura i czas nagrzewania, wiąże szybkość nagrzewania określana jako pochodna temperatury po czasie.

Całkowity czas grzania τ określa się z zależności:

τ = τ1 +τ2+τ3

Gdzie:

τ1 – czas nagrzewania do 500 °C

τ2 – czas nagrzewania do temp. operacji

τ2 – ½ τ1

τ3 – czas nagrzewania wsadu przeznaczony na wyrównanie temperatury wsadu

τ3 – ½ τ1

stąd: τ=2τ1

Przy obliczaniu czasu nagrzewania musimy uwzględnić sposób załadunku wsadu.

Czynniki mające wpływ na szybkość nagrzewania:

Związane ze wsadem:

Związane z układem grzewczym:

Możliwe przebiegi wsadu:

Dobór odpowiedniej szybkości nagrzewania odbywa się indywidualnie dla każdego wsadu zależnie od składu chemicznego, który narzuca stosowanie współczynnika przewodnictwa cieplnego λ.

Wartość współczynnika λ niektórych materiałów metalowych w temperaturze pokojowej (tabela)

Metody realizacji grzania:

Proces grzania realizowany jest w następujących ośrodkach grzejnych:

Zabieg chłodzenia- polega na obniżeniu temperatury wsadu z temperatury docelowej do temperatury otoczenia lub do innej temperatury określonej warunkami technologicznymi.

Zabieg chłodzenia służy:

Zabieg chłodzenia może być realizowany na dwa sposoby:

Zjawiska fizyczne towarzyszące przepływowi ciepła od ciała o wyższej temperaturze do ośrodka przyjmującego ciepło zachodzące wskutek:

Ośrodki chłodzące

Ogólny podział ośrodków chłodzących ze względu na ich stan skupienia:

Ośrodki chłodzące:

W operacjach OC zabiegi chłodzenia wsadu realizuje się z różnymi szybkościami

Stosuje się szybkości chłodzenia od bardzo małych wynoszących kilka stopni na godzinę do bardzo dużych, przeszło tysiąc stopni na sekundę.

Szybkość chodzenia jest zależna od:

Szybkość chłodzenia w różnych ośrodkach (tabela)

Np. Woda o temperaturze pokojowej chłodzi materiał o 600 °C/s

W celu zwiększenia prędkości chłodzenia pomiędzy wsadem, a ośrodkiem stosuje się wymuszony ruch:

Możliwe jest stosowanie obu sposobów jednocześnie

Zakres technologii obróbki cieplnej zwykłej- wyżarzanie.

Wyżarzanie polega na nagrzaniu wsadu do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temp. i zazwyczaj powolnym chłodzeniu z szybkością pozwalającą na otrzymanie struktury w stanie równowagi lub zbliżonej do tego stanu.

Temperatura – najważniejszy parametr wyżarzania

Główne cele operacji wyżarzania:

04.03.2014 r.

Temperatura wyżarzania:

Zakres temperatur wyżarzania jest bardzo szeroki (od 400 do 1250 oC) i dzieli się na:

Wyżarzanie ujednorodniające (ujednorodnianie, homogenizowanie)- polega na wyżarzaniu wsadu do temperatury niższej niż temperatura solidus (zwykle od 50-200 oC), długotrwałym wygrzaniu tej temperaturze i powolnym chłodzeniu do temperatury krytycznej.

Cel wyżarzania ujednorodniającego- zmniejszenie mikronie jednorodności składu chemicznego.

Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie)- polega na nagrzaniu wsadu do stanu austenitycznego, tzn. zwykle do temperatury 30-50 oC, powyżej AC3 lub Acm krótkotrwałym wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu.

Studzenie po wygrzewaniu może odbywać się:

Cele normalizowania:

Wyżarzanie sferoidyzujące (sferoidyzowanie)- polega na nagrzaniu wsadu do temperatury bliskiej AC1, długotrwałym wygrzaniu w tej temperaturze i następnym chłodzeniu.

Cele wyżarzania sferoidyzującego- zmiana postaci cementu z płytkowego na kulkowy i w wyniku tego uzyskanie:

Wyżarzanie rekrystalizujące (rekrystalizowanie)- stosuje się często jako międzyoperacyjne podczas walcowania lub ciągnienia metali na zimno, powodując zmniejszenie twardości i wytrzymałości oraz zwiększenie ciągłości metalu, co umożliwia dalszą obróbkę plastyczną na zimno. Polega na nagrzaniu wsadu (ze stali utwardzanej plastycznie na zimno) do temperatury rekrystalizacji lub 150-250 oC powyżej (lecz niższej niż AC1), wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu.

Cel wyżarzania rekrystalizującego- usunięcie skutków zgniotu, a przez to:

Wyżarzanie odprężające (odprężanie)- polega na nagrzaniu wsadu do temperatury poniżej AC1, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu (zwykle z piecem).

Cel wyżarzania odprężającego- zmniejszenie odprężeń własnych bez wyraźnych zmian struktury i własności uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki.

Zastosowanie wyżarzania odprężającego.

Wyżarzanie odprężające stosowane jest do:

Hartowanie- operacja obróbki cieplnej prowadząca do uzyskania struktury o dużej twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie.

Parametry technologiczne to:

Nagrzewanie do temperatury austenityzacji:

szybkość nagrzewania naprężenia cieplne

Temperatura austenityzowania:

Temperatura i czas austenityzowania- ograniczone są pożądane ilości węgla i ewentualnie pierwiastków stopowych w roztworze stałym oraz zjawiskiem rozrostu ziarna austenitu. Czas austenityzowania stali w praktyce wynosi zwykle około 30% czasu nagrzewania.

Szybkość chłodzenia- przy martenzytycznym hartowaniu objętościowym nie powinna być mniejsza od tzw. krytycznej szybkości chłodzenia Vk nie tylko na powierzchni lecz również w rdzeniu. Orientacyjnie przyjmuje się, że dla stali niestopowych Vk zawiera się w przedziale od 1000 do 100 oCs-1, a dla stali…….

Rodzaje hartowania:

a. ze względu na uzyskaną strukturę:

b. ze względu na sposób nagrzewania:

c. ze względu na zasięg:

d. ze względu na sposób chłodzenia:

11.03.2014 r.

Hartowanie martenzytyczne zwykłe- polega na chłodzeniu z temperatury austenityzowania w sposób ciągły z szybkością większą od szybkości krytycznej do temperatury niższej od temperatury Ms. Uzyskujemy strukturę martenzytu z austenitem szczątkowym oraz innymi fazami np. węglikami. Stale zahartowane na martenzyt charakteryzują się dużą twardością 60-65 HRC, wysoką wytrzymałością oraz niska plastycznością i dużą kruchością.

Hartowanie martenzytyczne stopniowe- chłodzenie z temperatury austenityzowania to:

W wyniku hartowania w podawanych warunkach uzyskuje się strukturę jak po hartowaniu zwykłym przy znacznie mniejszych naprężeniach i odkształceniach plastycznych.

Hartowanie bainityczne z przemianą izotermiczną- chłodzenie z temperatury austenityzowania jest wielozabiegowe i polega na :

Zapewnia uzyskanie struktury bainitycznej przy znacznym ograniczeniu naprężeń cieplnych i strukturalnych oraz zmniejszeniu możliwości powstania pęknięć. Po hartowaniu izotermicznym na ogół nie stosuje się odpuszczania.

Hartowanie powierzchniowe- polega na szybkim nagrzaniu warstwy wierzchniej przedmiotu do temperatury o 50 oC wyższej od temperatury austenityzowania i następnie chłodzeniu tej warstwy z szybkością większą od krytycznej. Uzyskujemy twardą, odporna na ścieranie warstwę powierzchniową przy niezmiennych właściwościach rdzenia.

Ze względu na duże szybkości nagrzewania i krótkie czasy wygrzewania temperatura austenityzacji przy hartowaniu powierzchniowym powinna być znacznie wyższa niż w przypadku nagrzewania do hartowania objętościowego. Wymagana grubość warstwy zahartowanej zależy od wymiarów i warunków pracy przedmiotu.

Zalety hartowania powierzchniowego:

Hartowanie indukcyjne- polega na nagrzewaniu obrabianego przedmiotu prądem elektrycznym indukcyjnym w tym przedmiocie przez zmienne pole magnetyczne wytwarzane przez wzbudnik sąsiadujący z nagrzewanym materiałem.

Hartowanie płomieniowe- polega na nagrzaniu powierzchni obrabianej cieplnie palnikiem o dużej wydajności cieplnej, a następnie chłodzeniu strumieniem wody.

Hartowność stali- zdolność stali do hartowania w głąb materiału na strukturę martenzytyczną.

Odpuszczanie- operacja obróbki cieplnej stosowana po hartowaniu martenzytycznym. Składa się z następujących zabiegów:

Parametry wpływające na efekt odpuszczania:

Rodzaje odpuszczania:

18.03.2014 r.

Utwardzanie wydzieleniowe- polega na utwardzaniu stopu dyspersyjnymi cząstkami fazy wtórnej wydzielanej z przesyconego roztworu stałego. Utwardzanie spowodowane jest zablokowaniem ruchu dyslokacji przez drobne wydzielenia faz wtórnych.

Stosowane jest dla stali o strukturze austenitycznej, a także innych stopów nie wykazujących przemian alotropowych, lecz charakteryzujących się zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w roztworze stałym.

Proces ten stanowią połączone operacje technologiczne przesycenia i starzenia.

Przesycenie- jest operacją obróbki cieplnej składającej się z zabiegów:

Starzenie- jest operacja obróbki cieplnej następującej po operacji przesycenia. Zabieg starzenia to:

Obróbka cieplno- plastyczna- proces technologiczny, którego celem jest uzyskanie głównie zmian mechanicznych własności metali i stopów w wyniku działania:

Zastosowanie OCP:

Klasyfikacja OCP:

Obróbka cieplno- plastyczna wysokotemperaturowa stali- polega na nagrzaniu do temperatury powyżej Ac3, wygrzaniu oraz odkształceniu plastycznym w tej temperaturze i następnym chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej i przemianie zgniecionego austenitu na martenzyt lub bainit.

Obróbka cieplno- plastyczna niskotemperaturowa stali- polega na nagrzaniu do temperatury powyżej Ac3, przechłodzeniu austenitu do temperatury jego względnej trwałości poniżej temperatury rekrystalizacji, odkształceniu plastycznym w tej temperaturze i następnym oziębieniu.

Obróbka cieplno- plastyczna z przemiana izotermiczną stali- polega na nagrzaniu do temperatury nieco powyżej Ac3, schłodzeniu do temperatury przemiany izotermicznej na drobny perlit i zgniocie podczas tej przemiany z następnym chłodzeniem.

Cechy charakterystyczne obróbki cieplno- plastycznej:

25.03.2014 r.

Spajanie.

Łączenia trwałe:

Do procesów technologicznych łączenia trwałego zaliczamy:

Spawanie stanowi proces łączenia ciał stałych siłami międzyatomowymi i międzycząsteczkowymi.

W celu uzyskania trwałych połączeń należy zbliżyć atomy lub cząsteczki powierzchniowe na odległość parametru sieci krystalicznej tj. około 4*10-10 m.

W przypadku stanu ciekłego zbliżenie takie nie stanowi problemu. Zapewniają je ruchliwość atomów i cząsteczek cieczy oraz własności zwilżania powierzchni.

Spawanie może być realizowane w różnych pozycjach:

We wszystkich metodach spawania podstawowym problemem jest odizolowanie ciekłego metalu od powietrza. Tlen utlenia pierwiastki stopowe oraz może powodować powstawanie pancerzy gazowych oraz obniża własności mechaniczne. Azot może powodować starzenie złączy oraz obniża własności mechaniczne złączy.

Strefa złącza spawanego:

  1. spoiny,

  2. strefy wpływu ciepła (SWC),

  3. materiału rodzimego (spawanego).

Metody spawania:

  1. gazowe,

  2. elektrodami otulonymi,

  3. łukiem krytym,

  4. w osłonie gazów ochronnych (TIG, MIG, MAG),

  5. plazmowe,

  6. żużlowe,

  7. elektronowe,

  8. laserowe,

  9. hybrydowe.

Spawanie gazowe lub spawanie gazowo- tlenowe jest metodą, w której trwałe połączenie materiałów uzyskuje sie przez stopienie brzegów wskutek oddziaływania ciepła wydzielającego się w płomieniu powstającym przez spalanie gazu palnego z tlenem. Proces ten może być prowadzony z lub bez używa spoiwa. Jako gazu palnego w zdecydowanej większości przypadków spawania używa się acetylenu. Jest również możliwość stosowania innych gazów palnych, np. wodoru lub mieszanki propan- butan. Zamienniki acetylenu w praktyce przemysłowej stosowane są rzadko.

Zalety spawania gazowego:

Wady spawania gazowego:

Spawanie gazowe może być stosowane do łączenia wielu materiałów, ale przede wszystkim:

Maksymalna grubość elementów łączonych za pomocą jednościegowego spawania gazowego, w przypadku stali wynosi około 15 mm, chociaż z praktyki przemysłowej wynika, że grubość łączonych elementów zazwyczaj nie przekracza 6 do 8 mm. Najczęściej za pomocą spawania gazowego łączy się materiały o grubości 1,5 do 5 mm.

Podstawowe obszary zastosowań spawania:

Wyposażenie stanowiska do spawania gazowego:

Spawanie elektrodami otulonymi- jest metodą ręcznego spawania elektrycznego z zastosowaniem jako materiału dodatkowego elektrod otulonych.

Otulina to jednolita sprasowana na rdzeniu masa będąca mieszaniną składników mineralnych, ograniczonych, metali stopowych- w dużym stopniu decydujących o właściwościach spoiny lub napoiny: w otulinie znajdują się następujące składniki:

Rodzaje otulin elektrod:

Zastosowanie:

Zakres najczęściej stosowanych parametrów technologicznych:

Elektrody otulone stosowane do spawania mogą mieć otuliny zasadowe, kwaśne i rutylowe, celulozowe lub kombinowane np. rutylowo- zasadowe.

Zalety metody:

Wady metody:

01.04.2014 r.

Spawanie łukiem krytym (SAW)- to metoda spawania elektrycznego, w której łuk elektryczny jarzy się pod topnikiem, który stanowi osłonę ciekłego metalu przed pomiarem.

Zastosowanie:

Parametry:

Topniki do spawania łukiem krytym- zadania jakie spełniają topniki są takie same jak zadania spełniane przez otuliny elektrod z wydatkiem tworzenia osłony gazowej. Topniki tworzone są jako aglomerowane (np. OK., FLUX 10,61:22% CaF2, 40% CaO + MgO, 18% SiO2 + TiO2, 16% Al2O3 + MnO), topione lub mieszane, o charakterze zasadowym (B>1), kwaśnym (B<1) lub neutralnym (B~1).

B= (CaO + MgO + CaF2 + 0,5 MnO + 0,5FeO): (SiO2 + 0,5 TiO2 + 0,5 ZrO2)

Topniki kwaśne (40% MnO o 40% SiO2) stosowane są do spawania stali niestopowych, a zasadowe do spawania stali stopowych.

Zalety metody:

Wady metody:

Spawanie w osłonie gazów ochronnych (MIG, MAG, TIG)- jest metodą spawania, w której łuk wraz z miejscem spawania są osłonięte strumieniem gazu ochronnego.

Stosowane akronimy:

Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (TIG, GTAW)- w metodzie TIG do osłony łuku elektrycznego stosowane są gazy obojętne argon lub hel oraz mieszanki tych gazów.

Zastosowanie:

Zakres najczęściej stosowanych parametrów technologicznych:

Zalety metody:

Wady metody:

Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów ochronnych (MIG, MAG, GMAW).

Zastosowanie:

Zastosowanie najczęściej stosowanych parametrów technologicznych:

Zalety metody:

Wady metody:

Spawanie plazmowe- jest procesem łączenia metali przez stopienie brzegów elementów łączonych i materiału dodatkowego ciepłem łuku plazmowego. Plazmę łuku spawalniczego stanowi gaz nagrzany do stanu, w którym jest co najmniej częściowo zjonizowany i dzięki temu zdolny do przewodzenia prądu elektrycznego. Jako gaz plazmo rodny stosowany jest argon, hel oraz mieszanki argon + hel lub argon + wodór.

Zastosowanie:

Zastosowanie najczęściej stosowanych parametrów technologicznych:

Zalety metody:

Wady metody:

08.04.2014 r.

Spawanie żużlowe- jest to spawanie elektryczne, w którym brzegi łączonych parametrów oraz elektrod skupione są w warstwie cienkiego żużla. Proces topienia się elektrody oraz brzegów łączonych elementów odbywa się w wyniku przepływu prądu przez kąpiel żużlową, której odporność umożliwia wydzielanie się odpowiedniej ilości ciepła, głównie w obszarze przyległym do elektrody. Metoda stosowana jest do spawania elementów o dużych grubościach (od około 20 mm do ponad 3000 mm) w pozycji pionowej.

Zastosowanie:

Zalety:

Wady:

Spawanie laserowe- jest najnowocześniejsza metodą łączenia metali i stopów. Polega na stapianiu obszaru styku łączonych elementów ciepłem skoncentrowanej wiązki światła koherentnego o bardzo dużej gęstości mocy.

Promieniowanie laserowe stanowi fotony poruszające się z prędkością światła.

Laser- wzmocnienie światła za pomocą wymuszonej emisji promieniowania.

Promieniowanie to podlega prawom optyki i może być transmitowane przez zwierciadła i soczewki optyczne.

W spawaniu stosowane są lasery:

Zastosowanie:

Stwarza to możliwość stosunkowo łatwej technicznie koncentracji promieniowania laserowego w precyzyjnie zlokalizowanym mikroobrazie i uzyskaniu olbrzymiej gęstości i mocy.

Parametry technologiczne laserów stosowanych w spawalnictwie:

Lasery na ciele stałym- elementem czynnym są pręty Nd: YAG- materiał krytyczny, gradient itrowo- aluminiowy o wzorze chemicznym Y3Al5O12, z domieszką jonów neodymu Nd3+. Materiał ten emituje promieniowanie niewidzialne w obszarze bliskim podczerwieni o długości fali 1,06 μm. Pręty Nd: YAG cechuje niski próg wzbudzenia i przez to łatwość uzyskania efektu laserowego.

Laser molekularne CO2- ośrodkiem czynnym laserów gazowych jest mieszanka gazowa CO2+N2+He w rurze wyładowniczej wypełnionej mieszanką gazową pod ciśnieniem od kilku do kilkudziesięciu Kpa. W rurze tej zachodzą wyładowania elektryczne zasilone z generatora wysokiego napięcia. Lasery gazowe mają moc 400 do 100 W.

Lasery diodowe- zbudowane są z wielu pojedynczych elementów diodowych z GaAs zestawionych w pręty diodowe o przekroju 0,600 * 0,115 mm i długości 11 mm, umieszczonych w pakietach, w korpusie miedzianym intensywnie chłodzonym wodą.

Parametry spawania laserowego:

Pod względem zastosowania lasera do spawania ważnymi parametrami emitowanego promieniowania są:

Spawanie elektronowe- ciepło powstanie w wyniku zmiany energii elektrycznej elektronu na energię cieplną w miejscu ich uderzenia w powierzchnie spawaną.

Do podstawowych parametrów spawania elektronowego zaliczamy:

Zalety metody:

Wady metody:

Zastosowanie:

Spawanie hybrydowe- jest to spawanie jednocześnie dwoma metodami najczęściej laser + MAG. Przy zastosowaniu tych metod dokładność przygotowania brzegów elementów oraz ich zastosowania są zbliżone do warunków występujących przy spawaniu łukowym.

Łuk:

Laser:

Proces hybrydowy:

Zgrzewanie metali.

Metody zgrzewania oporowego:

Zgrzewanie punktowe --- > z laboratorium schemat

Zastosowanie:

Zakresy najczęściej stosowanych parametrów technologicznych:

15.04.2014 r.

Zgrzewanie garbowe- odmiana zgrzewania punktowego, tyle tylko, ze z góry określone są miejsca zgrzewu (są one wytłoczone).

Zgrzewanie liniowe- elektrody mają kształt krążków dociskowych do powierzchni zgrzewanych, do których płynie prąd o dużym natężeniu (kilka tysięcy amper). Ciepło topiące metal w obszarze zgrzeiny powstaje prawa Joule’a- Leuza Q=I2Rt.

Można zgrzewać:

Parametry:

Zalety:

Wady:

Zgrzewanie oporowo doczołowe:

W tej metodzie wyróżnia się:

Max twardość szyny- 370HV

Zastosowanie:

Parametry:

Zalety:

Wady:

Zgrzewanie indukcyjne- w metodzie tej aby uzyskać połączenia materiału wykorzystuje się docisk oraz ciepło wydziela się wskutek działania prądów indukcyjnych w obszarze łączenia zmiennych, polem elektromagnetycznym, wywołanych prądów wysokiej częstotliwości (1 -500 kHz).

Zastosowanie:

Może być nagrzana do temperatury plastyczności lub do temperatury topnienia.

Zgrzewanie termitowe- w metodzie tej ciepło topiące elementy łączone, powstaje w wyniku reakcji chemicznej:

3Fe3O4+8Al4Al2O3+9Fe+Q-ciepło się wydziela, nagrzewa do temperatury 2500OC

Zastosowanie:

Zgrzewanie w stanie stałym:

Zgniatanie tarciowe- jest metodą, w której dla uzyskania połączenia materiałów wykorzystuje się ciepło wydzielone w czasie tarcia powierzchni łączonych przez docisk.

Zastosowanie:

Parametry:

Zalety:

Wady:

Zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału zgrzeiny FSW- do łączenia doczołowego blach, płyt, jest stosowana metoda zgrzewania doczołowego tzw. FSV. Proces zgrzewania odbywa się z wykorzystaniem nie zużywającego się narzędzia pneumatycznego materiałów łączących elementy wzdłuż linii ich styku.

Zgrzewanie ultradźwiękowe- jest metodą, w której ciepło powstaje w wyniku drgań ultradźwiękowych i działania docisku. Odkształcenia materiału z dużymi częstotliwościami wywołuje ciepło.

Zalety:

Zastosowanie:

Zgrzewanie dyfuzyjne- łączenie elementów odbywa się w próżni lub atmosferze ochronnej z wykorzystaniem docisku i nagrzania elementów łączących- stosowana jest do łączenia elementów, których nie można łączyć innymi metodami lub gdy metody te nie zapewniają wymaganej jakości ze względu na wysoka cenę.

Zastosowanie:

29.04.2014 r.

Zgrzewanie wybuchowe- energia niezbędna jest do powstania połączenia, powstaje w wyniku odpalenia materiału wybuchowych.

Zastosowanie:

Zgrzewanie zgniotowe- energia odkształcenia materiału realizowana jest na prasach.

Zastosowanie:

Lutowanie- polega na łączeniu metali za pomocą roztopionego metalu dodatkowego, nazywanego lutem, którego skład chemiczny jest inny niż w materiałach łączonych.

Wykonanie połączenia polega na wprowadzeniu do szczeliny spoiwa (lut) o niższej temperaturze topnienia niż temperatura topnienia łączonych metali, nagrzewaniu złącza i wypełnieniu szczeliny roztopionym lutem.

W każdym procesie lutowania spełniona jest zależność:

Ts< Ti≤ Tp< Tm

gdzie:

Ts- temperatura topnienia lutu (likwidus),

Ti- temperatura lutowania,

Tp- temperatura nagrzewania łączonych części,

Tm- temperatura topnienia metalu (solidus).

W procesie powstawania złącza lutowanego zachodzą zjawiska adhezyjne i dyfuzyjne.

Dyfuzja zależy od temperatury, czasu lutowania i czystości powierzchni.

Zjawisko adhezyjne obejmują kontakt fizyczny i chemiczny miedzy materiałem lutowanym i lutowaniem, w którym ważną rolę decyduje o jakości połączenia:

Zwilżalność- określona jest kątem pomiędzy lutem a materiałem lutowanym.

Im kąt ten jest bliższy zeru, tym korzystniejsze są warunki lutowania. Zwilżenie można poprawić poprzez stosowanie aktywnych topników (odtleniających powierzchnię) i właściwych parametrów lutowania.

W lutach na osnowie cyny dodatki ołowiu, antymonu lub sód poprawiają rozpływność, a miedź, kadm, mangan, cynk, aluminium pogarszają ją.

Gdy kąt zwilżenia ϕ zawarty jest w granicach od 0o do 90o to ciecz zwilża ciało stałe.

Skala oceny zjawiska zwilżalności:

Rozpływność lutu to powierzchniowe rozpościeranie lutu i jest związane z zwilżalnością.

Włoskowatość jest to zdolność do wypełniania szczeliny przez lut.

W zależności od źródła ciepła stosowanego przy lutowaniu rozróżnia się lutowanie:

W zależności od temperatury topnienia lutu rozróżnia się:

Lutowanie miękkie.

Wyróżniamy luty na osnowie:

Największe zastosowanie maja luty cynowo- ołowiowe zamierające 2-63% Sn. Najlepsze właściwości lutownicze i najniższą temperaturę topnienia (183oC) ma lut Sn- PP o składzie eutektycznym zawierającym 63% Sn np. S- Pb58Sn40Sb2 T= 185- 231oC.

Topniki do lutowania miękkiego- maja za zadanie rozpuszczać lub osuwać tlenki i korzystnie wpływać na rozpuszczanie się lutu. Rozróżniamy topniki:

Ze względu na główny składnik wyróżnia się topniki:

Oprócz osnowy topniki mają jeszcze zawierać dodatki zwiększające aktywność topnika (aktywatory) oraz składniki celem uzyskania odpowiednich postaci topnika.

Topniki do lutowania twardego:

Luty twarde:

Spawalność jest to miara zdolności materiału do tworzenia złączy za pomocą spawania, które spełniałyby stawiane im wymagania:

Wyróżnia się spawalność:

Spawalność technologiczna- związana jest z następującymi czynnikami:

Przykładem problemów wchodzących w zakres spawalności technologicznej są: właściwy dobór warunków i parametrów spawania, problem spawania metali.

Spawalność metalurgiczna obejmuje takie czynniki jak:

Problemami wchodzącymi w zakres spawalności metalurgicznej są:

Spawalności konstrukcyjne- wiąże w sobie wszystkie czynniki dotyczące przystosowania się materiału do naprężeń, które w nim powstają w wyniku operacji spawania (w czasie i po spawaniu) oraz w eksploatacji. Zależy ona od:

Spawalność konstrukcyjna obejmuje więc wszystkie problemy związane z przemieszczaniem się materiału w czasie spawania do odkształceń wywołanych naprężeniami spawalniczymi i naprężeniami wynikającymi z oddziaływania konstrukcji na złącze, a zatem wpływ naprężeń na skłonności do pęknięć (zimnych, gorących, lamenarnych, relaksacyjnych) oraz problemy związane z tworzeniem się i rozprzestrzenianiem pęknięć spowodowanych działaniem.

Wrażliwość na spajanie wyrażone jest przez podatność na:

  1. Pękanie w procesie spawania:

  1. Pękanie eksploatacyjne:

06.05.2014 r.

Pęknięcia gorące- tworzą się w spoinach i strefie wpływu ciepła, podczas krystalizacji ciekłego metalu, powstają powyżej 1200oC. Podatne do tego rodzaju pęknięcia są stale o strukturze austenitycznej.

Sposoby przeciwdziałania:

Pękanie zimne- tworzą się w trakcie procesu spawania, poniżej 300oC lub po jego zakończeniu, po czasie nawet kilkudziesięciu godzin.

Warunki, aby powstały pęknięcia:

Sposoby przeciwdziałania:

Pęknięcia lamenarne- powstają w materiale spawanym i strefie wpływu ciepła pod warunkiem naprężeń spawalniczych prostopadłych do powierzchni blachy w wyniku niskiej plastyczności w tym kierunku spowodowanych obecnością wtrąceń niemetalicznych.

Sposoby przeciwdziałania:

Pęknięcie wydłużeniowe- występują zwykle w strefie wpływu ciepła lub spoinie grubościennych złączy spawanych. Przebiegają po granicach ziarn, na których wydzieliły się węgliki w czasie obróbki cieplnej po spalaniu lub długotrwałej eksploatacji w wysokiej temperaturach.

Pęknięcia kruche- występują w trakcie eksploatacji konstrukcji spawanych. Wyróżnia się następujące pęknięcia:

Tworzą się w spoinie lub w strefie ciepła.

Czynniki sprzyjające:

Sposoby przeciwdziałania:

Metody określania spawalności:

  1. Metody teoretyczno obliczeniowe- wyłącznie dla stali niestopowych

  1. na podstawie równoważnika węgla:

Ce= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15+Si/2+P/2 [%]

Ogólnie dla stali konstrukcyjnych jeżeli Ce<0,45 % to zabiegi dodatkowe przy spawaniu nie są wymagane.

  1. na podstawie wielkości utworzenia SWC.

HV min- 1200 Ce – 260

HV max- 1200 Ce – 200

Dla stali konstrukcyjnych niestopowych, twardość powinna wynosić < 350 HV10

  1. na podstawie analizy wykresu CTPc i CTPcS.

Pozwala na określenie krytycznej szybkości chłodzenia temperatury wstępnego podgrzewania oraz struktury SWC i spoiny.

  1. Laboratoryjne próby skłonności do pękania w czasie i po spawaniu.

Dotyczy to pękania:

  1. Próby określające odporność stali na pękanie kruche.

Dotyczy kruchości metalu w wyniku zachodzących przemian strukturalnych lub w wyniku starzenia.

Stale niestopowe konstrukcyjne:

Stale niestopowe o Ce>0,45% na dobrze spawalne i można je spawać wszystkimi metodami. Są odporne na obciążenia zmienne.

Stale niestopowe produkowane są jako stale:

Stale stopowe:

Wysokostopowe stale odporne na korozję:

13.05.2014 r.

Spawanie stali austenitycznych- charakteryzują się dobrą spawalnością. Niewłaściwe spawanie może powodować naste pijące problemy:

Eliminacja trudności:

Dwufazowe stale austenityczno- ferrytyczne (duplex) cechują się:

Struktura stali duplex złożona jest z austenitu i ferrytu (powyżej 30%). Wadą tych stali jest skłonność do wydzielenia kruchych faz w podwyższonych temperaturach (kruchość 475oC, faza sigma). Wydzielenia faz powodują spadek odporności korozyjnej i udarności złączy spawanych.

Należy tak dobierać materiał dodatkowy do spawania aby w stopiwie zawartość austenitu zawierała się w granicach 30-60% (najkorzystniejszy zespół właściwości mechanicznych).

Staliwa.

Spawalność staliw jest podobna do spawalności stali o tym samym składzie chemicznym.

Dodatkowym problemem jest fakt, że odlewy staliwne charakteryzują się gorszą jakością (segregacja składu chemicznego, wady odlewnicze, złożona konstrukcja itp.) i w związku z tym przy opracowaniu technologii spawania i wykonaniu złączy ściśle przestrzegać.

Większość rodzajów typów żeliw jest trudno spawalna, a żeliwo białe i niektóre gatunki żeliw stopowych są niespawalne.

Podstawowa trudność wynika z wysokiej zawartości węgla (2,5-4%), które sprawia, że są one oprócz gatunków żeliw sferoidalnych i ciągliwych (o osnowie ferrytycznej) kruche i skłonne do pękania. Obecność martenzytu i węglików (cementu) w SWC i spoinie jest trudna do uniknięcia. Powoduje to przy działaniu natężeń spawalniczych pękanie tych złączy.

Żeliwa spawa się:

Spawanie na zimno- można wykonywać elektrodami niklowymi, temperatura międzyściekowa nie powinna przekroczyć 180oC, aby nie dopuścić do nadmiernego wymieszania się spoiwa z żeliwem.

Spawanie na gorąco- realizuje się przy temperaturze odlewu 600-700oC. Spawa łukowo z elektrodami dającymi stopiwo o strukturze żeliwa szarego lub składzie zbliżonym do spawanego żeliwa z udziałem topnika „żel- gaz”. Po spawaniu odlew należy chłodzić bardzo wolno.

Spawalność aluminium i jego stopów:

Problemy występujące przy spawaniu aluminium:

Stopy aluminium spawa się metodami TIG, MIG, plazmą. Dobrze spawane są stopy aluminium- mangan, aluminium- magnez, aluminium- krzem. Trudno spawalnymi są stopy typu Al- Zn-Mg i durale Al.- Cu.

Spawalność miedzi i jej stopów:

Problemy spawania miedzią:

Spawanie mosiądzu jest utrudnione przez skłonność do porowatości spoiny, parowanie cynku ze spoiny i tworzenie trującego tlenku ZnO. Spawany metodami TiG i MiG gazowo.

20.05.2014 r.

Metody cięcia:

  1. Cięcie termiczne:

  1. gazowe (tlenem),

  2. plazmowe,

  3. laserowe,

  4. łukowe.

  1. Strumieniem wody,

  2. Ciecie metodami termicznymi:

  1. piłami,

  2. ścierniami,

  3. na gilotynach.

Cięcie termiczne gazowe- cięcie tlenem polega na nagrzaniu płomieniem acetylenowo- tlenowo metali w obszarze cięcia do temperatury ok. 1250oC, w której to temperaturze strumie doprowadza metal do stanu ciekłego oraz powoduje jego utlenienie. Energia kinetyczna strumienia tlenu powoduje wyrzucenie ze szczeliny cięcia produktów reakcji utlenienia i ciekłego metalu. Metoda ta stosowana jest wyłącznie do stali niestopowych.

Cięcie termiczne plazmowe- polega na stapianiu i wyrzucaniu metalu ze szczeliny cięcia silnie skoncentrowanym plazmowym łukiem elektrycznym znajdującym się pomiędzy elektroda wolframową, a ciętym przedmiotem. Plazmowy łuk elektryczny jest silnie zjonizowanym gazem o dużej energii kinetycznej przemieszczającym się od dyszy do szczeliny cięcia z prędkością bliską prędkości dźwięku (340 m/s, 1255km/h).

Cięcie termiczne laserowe- jest procesem, w którym ciepło wiązki promienia laserowego powoduje miejscowe stopienie i częściowe odparowanie ciętego materiału. Do usuwania ciekłego materiału ze szczeliny ciecia w przypadku stali niestopowych stosowany jest tlen, a w przypadku stali stopowych i metali nieżelaznych najczęściej azot.

Cięcie termiczne łukowe- jest procesem, w którym ciepło łuku jarzącego się między elektrodą, a ciętymi przedmiotami stopiwa i/ lub wypala metal z szczeliny ciecia. Do cięcia stosowane są elektrody topliwe i nietopliwe. Wytapianie szczelin cięcia odbywa się w temperaturze ok. 500oC, a metal z tej szczeliny jest usuwany ciśnieniem łuku lub ciśnieniem gazu dodatkowo doprowadzonego do szczeliny cięcia.

Podstawowymi metodami do ciecia łukowego są:

Ciecie strumieniem wody- jest procesem cięcia na zimno (poniżej 100oC) zapewniają dobrą jakość powierzchni ciętych oraz brak odkształceń i strefy wpływu ciepła (występujących przy cieciu termicznym). Polega na działaniu koherentnej strugi wody (bez lub z dodatkami ścierniwa) o dużym ciśnieniu i bardzo dużej prędkości dźwięku. Strumień wody usuwa materiał ze szczeliny ciecia w wyniku erozji i zmęczenia ścierającego oraz dodatkowo mikroobróbki skrawaniem w przypadku zastosowania proszków ściernych. Wady: wysoki hałas, mała trwałość drogich dysz, stosowanie specjalistycznych wyłożeń wanien dla wyhamowania strugi.

Zastosowanie:

Obróbka ubytkowa.

Obróbka ubytkowa- polega na usuwaniu przez narzędzie ostrzem określonego naddatku materiału, celem uzyskania wymaganych wymiarów i kształtu.

W niektórych przypadkach obróbka skrawaniem pozwala na kształtowanie określonych fizycznych i mechanicznych własności warstwy wierzchniej przedmiotu.

Do obróbki ubytkowej zaliczamy:

Klasyfikacja obróbki ubytkowej:

  1. Obróbka za pomocą skrawania:

  1. Obróbka wirowa:

  1. Obróbka ścierna:

  1. Obróbka za pomocą erodowania:

  1. obróbka elektroerozyjna,

  2. obróbka elektrochemiczna,

  3. obróbka strumieniowa.

Obróbka ubytkowa- charakterystyka:

  1. Klasa dokładności wykonania, która podaje wielkość tolerancji dla określonego wymiaru (znormalizowane wartości w zakresie > 0 do 20000 mm).

  2. Chropowatość powierzchni:

  1. parametr podstawowy Ra- średnie arytmetyczne, odchylenie od linii średniej:


$$\mathbf{R}_{\mathbf{a}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{l}_{\mathbf{e}}}\int_{\mathbf{A}}^{\mathbf{B}}\left| \mathbf{y} \right|\mathbf{d}_{\mathbf{x}}\left\lbrack \mathbf{\text{μm}} \right\rbrack$$

le- odcinek elementarny

  1. parametr pomocniczy Rz- wysokość chropowatości obliczona wg 10 punktów profilu:


$$\mathbf{R}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{5}}\left\lbrack \left( \mathbf{R}_{\mathbf{1}}\mathbf{+ \ldots +}\mathbf{R}_{\mathbf{5}} \right)\mathbf{-}\left( \mathbf{R}_{\mathbf{6}}\mathbf{+ \ldots +}\mathbf{R}_{\mathbf{10}} \right) \right\rbrack\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{\text{μm}} \right\rbrack$$

Ciecze skrawająco chłodzące:

Obróbka skrawaniem- realizowana jest bez lub z zastosowaniem cieczy chłodząco- smarujących, które:

Stosowane są ciecze:

03.06.2014 r.

Toczenie- jest stosowane do obróbki przedmiotów osiowych. Ruch główny wykonuje narzędzie.

Prace wykonywane na tokarkach:

Parametry technologiczne toczenia:

  1. Prędkość skrawania:


$$\mathbf{V}_{\mathbf{s}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{\pi*D*n}}{\mathbf{1000}}\mathbf{\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{\min}}\mathbf{\rbrack}$$

D- średnica elementu toczonego [mm],

n- liczba obrotów elementu na minutę [min-1].

  1. Głębokość warstwy skrawanej [mm].

  2. Posuw [min/obrót], [mm/ min], wzdłużny, poprzeczny.

Frezowanie- ruch podstawowy wykonuje narzędzie [frez].

Wyróżniamy dwie odmiany frezowania:

Frezowanie walcowe może być współbieżne i przeciwbieżne.

Zastosowanie:

Parametry technologiczne frezowania:

  1. Prędkość skrawania:


$$\mathbf{V}_{\mathbf{F}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{\pi*D*n}}{\mathbf{1000}}\mathbf{\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{\min}}\mathbf{\rbrack}$$

D- średnica freza [mm],

n- liczba obrotów freza [min-1].

  1. Głębokość warstwy skrawanej [mm].

  2. Posuw [min/obrót freza], [mm/ min], [mm/ ostrze freza].

Struganie- rodzaj obróbki ubytkowej, w którym ruch główny może wykonywać zarówno narzędzie jak i przedmiot.

Zastosowanie:

Wady strugania:

Parametry technologiczne strugania:

  1. Prędkość skrawania:


$$\mathbf{V}_{\mathbf{F}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{L*n*(1 + k)}}{\mathbf{1000}}\mathbf{\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{\min}}\mathbf{\rbrack}$$

L- długość ruchu narzędzia [mm],

n- liczba cykli ruchu głównego [min-1].

k= Vr / Vj

k= 0,7- 0,9- struganie poprzeczna,

k= 0,4- 0,7- struganie wzdłużne

  1. Głębokość warstwy skrawanej [mm].

  2. Posuw [min/2x skok], [mm/ min],

Wiercenie i rozwiercanie.

Wiercenie- sposób obróbki skrawaniem polegającym na wykonaniu otworów jedno- lub dwuostrzowych narzędziami nazywanymi wiertłami.

Otwory po wierceniu cechuje wysoka niedokładność pomiarów i kształtów.

Nadanie dokładnych wymiarów i kształtów nazywa się rozwiercenie.

Przeciąganie- polega na wykonaniu obróbki zgrubnej, średnio dokładnej i dokładnej jednym narzędziem.

Obróbka ścierna.

Obróbką ścierną nazywa się takie sposoby obróbki skrawaniem, w których proces obróbkowy dokonywany jest za pomocą narzędzi ściernych lub luźnego ścierniwa tj. narzędzi o nie znaczniej ściśle określonej liczbie i kształcie ostrzy skrawających, które zmieniają warstwę skrawaną na wióry.

Podział obróbki ściernej:

  1. Spojonym ścierniwem:

  1. Luźnym ścierniwem:

Zastosowanie:

Parametry technologiczne szlifowania:

  1. Prędkość skrawania:


$$\mathbf{V}_{\mathbf{s}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{\pi*D*n}}{\mathbf{1000*60}}\mathbf{\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$$

D- średnica ścierna [mm],

n- liczba obrotów ściernych na minutę [min-1].

  1. Głębokość warstwy skrawanej [mm].

  2. Prędkość obrotowa i obwodowa przedmiotu obrabianego.

  3. Posuw [min/obrót], [mm/ min], wzdłużny, poprzeczny.

Materiały ścierne:

  1. Naturalne:

  1. Sztuczne:

Diament- 15 w skali Mohsa. W temperaturze 800oC przemienia się w grafit, W temperaturze około 720oC nie nadaje się do stali stopu żelaza, w kontakcie z żelazem węgiel przechodzi do żelaza tworząc roztwór stały. Idealny dla metali nieżelaznych.

Szmergiel- używany jest w postaci luźnego ścierniwa. Jest skała składającą się z korundu, magnetytu, cementytu, skaleni i kwarcu.

Spoiwo- jest składnikiem wiążącym materiał ścierny i ułatwiającym nadanie kształtu narzędzi:

Obróbka erozyjna.

Klasyfikacja:

  1. Obróbka elektroerozyjna:

  1. Obróbka elektrochemiczna:

  1. Obróbka strumieniowo- erozyjna:

Obróbka elektroerozyjna- polega na usuwaniu naddatku materiału serią wyładowań elektrycznych. Obróbka wykonywana jest w cieczach dieelektrycznych, najczęściej jest to nafta.

Obróbka elektroiskrowa- materiał obrabiany jest anodą, czas wyładowań 10-6do 10-4s.

Obróbka elektroimpulsowa- materiał obrabiany jest katodą, czas wyładowań 10-4do 10-2s.

Zastosowanie obróbki elektroerozyjnej:

Obróbka elektromagnetyczna- w metodzie tej ubywanie naddatku materiału realizowane jest przez roztwarzanie chemiczne w warunkach elektrolizy.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wykłady procesy i techniki produkcyjne
Procesy i techniki produkcyjne
Procesy i techniki produkcyjne
procesy kolo, Uczelnia, sem III, procesy i techniki produkcyjne
5. Procesy i techniki produkcyjne, studia AGH, ZiIP, Inżynier, Egzamin inżynierski
Projekt procesy i techniki produkcyjne odlewnictwo politechnika śląska
Procesy i techniki produkcyjne 3 sprawozdania
Protokół PQ, Walidacja przemysł, Kwalifikacja i walidacja urzadzen procesow produkcyjnych, Wykład 2
Rachunkowość wykłady, Rachunkowość rolnicza: system ewidencji gospodarczej ujmujący w liczbach proce
proces produkcji- wykłady (6 str), Zarządzanie(1)
Procesy produkcyjne wykłady
Zarzadzanie produktem, wyklad 5
Metody i techniki?dań społecznych wykład
materiały prosecy i techniki produkcyjne laborki sem v
Technika komputerowa w obrocie towarowym TECHNIKA KOMPUTEROWA wykłady
janus, procesy i techniki wytwa Nieznany

więcej podobnych podstron