Inżynieria wytwarzania Wykład S. Mołodecki
Obróbka cieplna – (proces technologiczny umożliwiający podczas grzania lub chłodzenia otrzymanie własności). Nie zmieniamy kształtów (troszeczkę) . Poddają się obróbce cieplnej: stopy żelaza(żelazo-węgiel), stopy miedzi, stopy aluminium, stopy magnezu, stopy cynku.
I Umożliwia zmiany własności mechanicznych tj.: Wytrzymanie na rozciąganie, wydłużanie przeciążanie, twardość, udarność. (własności nie zmieniają się proporcjonalnie)
II grupa poprawa technologicznych własności: skrawalność, toczność.
III grupa własności fizycznych: przewodnictwo elektryczne czy magnetyczne, skutek uboczny to poprawa odporności na korozje cieplną.
Obróbka cieplno – chemiczna - umożliwia uzyskanie większej odporności na ścieranie, zwiększenie trwałości, zwiększenie odporności na korozję.
Aby obróbka cieplna dała dobre wyniki należy: ( 3 zasady)
- zastosowanie odpowiedniej obróbki (rodzaj) np. odpuszczanie
- zastosowanie odpowiednich parametrów obróbki (prawidłowa temperatura, czas)
- zastosowanie właściwej technologii obróbki cieplnej.
Grzanie – zespół czynności powodujący podwyższenie i utrzymanie wsadu przez pewien czas kosztem energii elektrycznej. Wszystko w piecu dąży do wyrównania temperatury wsadu z otoczeniem.
- przewodzenie, przepływ w obrębie jednego ciała;
- unoszenie, cząsteczki zderzają się dając energie – ciepło;
- promieniowanie, przenoszenie ciepła w postaci fal elektryczno-magnetycznych. Chropowatość powierzchni poprawia promieniowanie.
Grzanie może być całkowite ( wszystko wygrzane do tej samej temperatury ) powierzchniowe (nagrzanie tylko pewnej części)
Grzanie: ciągłe( stałe podnoszenie temperatury), stopniowe(stopniowe podnoszenie temperatury) 2 podział grzania
Grzanie może występować w piecach z określoną atmosferą albo w piecach płomieniowych, III wersja to piece elektryczne.
Ze względu na czas pracy piece dzielimy na:
Okresowe
Ciągłe
Specjalne
Szczególny przypadek do piece specjalne:
Z atmosferą dyfuzyjną ( nawęglanie może być z ogrzewaniem)
W kąpielach dyfuzyjnych ( zadaniem jest utrzymać temperaturę stałą, równomiernie i krótki czas obróbki)
Przyrządy do pomiaru i regulacji temperatury:
Metoda stykowa – musi dojść do zetknięcia się ciała w środowisku badanym. Musi dość do wyrównania temperatur.
Metoda bezstykowa – odwrotność od stykowej metody. Porównanie przedmiotu na tle przedmiotu, którego temperatura sprawdzana jest pirometrem optycznym (-200, 1400’C)
Pirometry – umożliwiają pomiar temperatury bezstykowej na odległość, za pomocą obserwacji przedmiotu blaszki( coś na zasadzie nadzoru). Regulacja jasności (temperatura) blaszki i porównujemy ja z pomocą obserwacji z pewnej odległości.
Termoelektryczny pomiar ( termometr)
Ogniwo termoelektryczne składa się z dwóch materiałów stali. Regulowanie temperatury powinno następować w sposób ciągły.
Chłodzenie – zespół czynności, które prowadzą do obniżenia temperatury przedmiotu do temperatury wymaganej w dalszej obróbce.
Szybko – oziębianie
Powoli – studzenie
Poniżej 0’ – wymrażanie
Środki chłodzące:
-Ciecze – kąpiele hartownicze
- gazy – powietrze, studzenie, komory grzewcze. Studzenie bardziej niż oziębianie
- ciała stałe – materiały sypkie, płyty metalowe, mimo temperatury otoczenia przewodność jest duża i zybko oziębia materiał.
Najpierw jest promieniowanie i unoszenie, potem stosujemy konkretną metodę z trzech działów możliwych ciecze, gazy ciała stałe.
zastosowanie właściwej technologii obróbki cieplnej.
Znana tak dawno jak wytwarzana broń palna
1894 – pierwsze podstawy stali przeznaczenia do badań
Wyżarzanie – jest operacją cieplną polegającą na nagrzaniu elementu stalowego (lub szkła) do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu w tej temperaturze jakiś czas, a następnie powolnym schłodzeniu. Ma głównie ono na celu doprowadzenie stali do równowagi termodynamicznej w stosunku do stanu wyjściowego, który jest znacznie odchylony od stanu równowagowego. Wyżarzanie przeprowadza się w różnych celach, w zależności od temperatury w jakiej jest prowadzone. Rodzaje może mieć różne. Ujednorodniające poniżej linii GSE 1100’-1200’. Normalizujące ok 800’ Odprężające od 400’C.
Ujednorodniające 1100-1200’C po to aby były lepsze własności fizyczne.
Normalizujące aby mieć drobno-ziarnistą strukturę, lepsze wytrzymałości. Zwykle przed inna obróbką.
Hartowanie – nagrzanie do temperatury austenityzacji, a potem szybkie chłodzenie. Może być pomierzenie (nie dużej objętości) i na wskroś. 750-850’C . Nie można przekroczyć GSE.
Odpuszczenie – nagrzanie się do temperatury ok. 500’C, a potem łagodnie się chłodzi. Po hartowaniu niskim 150-250 ‘C znikają odprężenia hartownicze – do sprężyn. Średnim 250 – 500’C duża wytrzymałość ale twardości trochę ubywa. Wysokie 500-600’C usunięcie odprężeń pohartowniczych i duża wydajność.
Hartowanie + odpuszczanie = odpuszczanie cieple.
Przesycenie i starzenie.
Obróbka ciepło-chemiczna:
Nawęglanie – wzbogacanie warstw nawierzchni w węgiel. Wzbogaca się od 0.5-2mm.Twardośc, odporne na ścieranie, oraz ochrona przed korozją. Temp 600-800’C/
Azotowanie – nasycanie materiału azotem, trwa w zależności od grubości warstw. Temp 500-600’C
Cyjanowanie – temperatura pomiędzy 550-900’C przy czym czas wynosi od 1-2h. Może być cyjanowanie kąpielowe – bardzo cienka warstwa i krótko trwa, oraz jest tani.
Nakładanie powłok – powiększa wymiar, ochrona korozyjna, oraz estetyka/
Powłoki galwaniczne – trwałość lecz nie ścierność, mają ładnie wyglądać i być odporne na korozję.
Metodą elektrolityczną bądź przez platynowanie czyli walcowanie.
Obróbka walu: Najpierw odpowiednio dobrana surówka. Fragmenty wykorzystywane w krasach dokładnie 0.6-0.12; Ra=0.6-0.8um.
Czopy – pod łożyska klasa 6.5 – bardzo dokładna
Bicie – nie powinno przekraczać 9- 30 um.
Surówka – ze stali: 40, 45 stale stopowe z niklu.
Często z materiału walcowanego wykorzystuje się surówkę. W drugiej kolejności z odkuwki, a bardzo duże wały są odlewane. Naddatek na odkuwkę wału zawsze proporcjonalnie do średnicy. Dla wałów stopniowych (oblicza się osobno każdy stopień) w odlewanych oblicza się naddatek na największy stopień, gdzie czopy są małe naddatki.
Typowy proces obróbki (polega na) przedstawia się:
Cięcie
Prostowanie surówki, polegają wały, których długość jest większa niż 10x średnicy;
Wykonuje się operacje:
Planowanie końców
Nakiełkowanie, ustawienie bazy
Toczenie zgrubne
Toczenie ostateczne
Toczenie kształtowe
Szlifowanie zgrubne powierzchni do dalszej obróbki
Prostowanie wałka L-D<10
Obróbka powierzchni kształtowych:
Frezowanie
Obróbka wielowypustów
Gwintowanie otworów
Frezowanie pod kliny.
Prostowanie:
Obróbka cieplna jeśli jest potrzebna
Prostowanie
Szlifowanie ostateczne
Hartowanie
Ulepszanie cieplne
Obróbka wykańczająca
Prostowanie usuwa zmiany kształtu , które powstają podczas.
Szlifowanie styczne – obróbka wykańczająca powierzchnie dokładną
Szczególny przypadek toczenia wału to toczenie kopiowe.
Czujnik urządzenia – gotowego albo wzornika powierzchni i czujnik reaguje na kształt wzorca. Przenoszenie z czujnika na narzędzia następuje przez narzędzia. Istnieje możliwość błędu. Wał jest wykonywany z dokładnością 0,01 mm.
Szlifowanie wału – odbywa się w szlifierkach płowych kłowe z posuwem ściernicy lub stołu. Różne rodzaje ściernic w zależności od wielkości produkcji.
Szlifowanie bezkłowe – (tarcza ścierająca i podtrzymujące) podtrzymujące przez dziwkę.
Obróbka tarcz i tulei
Różnica wysokości od średnicy zewnętrznej:
- tarczę wyższą
- tuleje niższą 0,5 + 2,5
Do wytwarzania są odlewy. Ale do małych tarcz to pręty walcowane, czasem stosować odkuwki, ponieważ stosuje się je do długich serii.
Robione na jednym zamocowaniu, nie można odwracać ponieważ nie można umieszczać w kłach
Jeśli nie to w pierwszej kolejności obrania się powierzchnię zewnętrzne i przyjmuje się
Otwór wytacza się a później resztę elementów , nadlew gdy otwór jest mały.
W zależności od sposobu rozpoczęcia inaczej
otwory wiercimy, a potem wytłaczamy
Robione otwory na tokarkach lub … Mogą być przy małych średnicach robione przeciągaczem. Szlifowanie otworów może być z zastosowaniem ściernicy. Inna szlifierka do otworów inna do zewnętrznych czynności.
Odmianą wałów prostych są wały wykorbione, karby maja położone elementy mimośrodowe. Wykonywane w postaci odlewu i potem obróbka, a rzadziej składane z kilku mniejszych elementów z tarcz i krótkich wałków, pasowania ciasne, bardzo ciasne.
Obróbka kół zębatych
Element występujący głównie w przekładniach
Rodzaje kół zębatych:
Walcowe – powierzchnie zewnętrzne tworzą walec
Stożkowe – musza być odpowiednio wykonane wg parametrów
Kombinacje
Wieńce naciągane jako wewnętrzna część otworu
Wykonane wg odpowiednich parametrów, Najważniejszym elementem wymiaru jest moduł koła zębatego. ( śr podział/ilość zębów)
Wytwarzane z materiałów prętowych (proste kształty)
Górna granica pręta to 150 mm i jest cięta na talerze od 150-500 mm. Stosuje się odkuwki.
Otoczka koła zębatego – jeszcze nie wykonane koło zębate. Dla kół powyżej 500mm stosuje się odlewy. Odlewy wykonuje się z półfabrykatu z ulepszaniem cieplnym niezależnie z jakich wymiarów jest.
Etapy związane z obrabianiem koła zębatego:
I ciąg operacji związany z nadawaniem właściwego kształtu i wymiarów półfabrykatowych
II nacinanie zębów i operacje wykańczające
Metody nacinania zębów:
Kształtowa – kształt wrębu odwzorowany jest kształtem narzędzia Nacina się na frezarkach modułowych, krążkowych. Frezowanie dowolne w pionie lub w poziomie. Można także stosować dłutowanie bądź struganie używając noży o odpowiednim kształcie. Bardzo mało wydajne. Duże czasy pomocnicze, mało dokładna metoda, przybliża tylko kształt. Dobre do produkcji jednostkowej lub seryjnej dla kół o małej dokładności.
Kopiowa – po teoretycznym, wzorcowym kształcie zęba, po której przesuwa się xxxxxxx nóż wycina koło z koła obrabianego. Stosowana na dłutownicach lub strugarkach do kół walcowych rzadko do kół stożkowych często do kół nie wymagających dużej dokładności.
Obwiedniowa – zarys zęba otrzymuje się jako obwiednie (krzywa) odpowiednich położeń kolejnych krawędzi tnących. Oprócz ruchu głównego skrawającego wykonuje ruch toczny związany z ruchem obrabianego koła (urządzenie wykonuje)
Wielopunktowa metoda – dokładniejsza od kształtowej. W zależności od ilości punktów obranych do cięcia i punktów kontrolnych – jest bardzo dokładna.
Metoda dłutowania zębów:
Metoda I – frezowanie obwiedniowe - Frezowanie obwiedniowe jest modyfikacja metody Maaga. Dzięki temu, że ruch postępowo-zwrotny zastąpiono ruchem obrotowym freza, jest to jedna z najbardziej stabilnych dynamicznie metod obróbki uzębień.
Metoda II – Magga - Po nacięciu jednej, dwóch lub trzech podziałek następuje podział, który jest związany z przerwaniem cyklu obróbki i rozłączeniem łańcucha kinematycznego odtaczania. W metodzie Maaga po zakończeniu obróbki określonej liczby podziałek suwak narzędziowy jest zatrzymywany w krańcowym (górnym lub dolnym) położeniu i koło obrabiane wraz ze stołem przemieszcza się do pozycji, w której następuje początek cyklu bez obrotu. Po skasowaniu luzów cykl się powtarza.
Metoda III – Fellowsa - W trakcie nacinania uzębienia narzędzie w kształcie koła tworzy z kołem obrabianym przekładnię technologiczną. Człony tej przekładni wykonują ruch (posuw) obrotowy, a ich średnice toczne współpracują ze sobą bez poślizgu.
Po wykonaniu poszczególnych wszystkich części korpusu koła zębate, tarcze itp. może nastą pić montaż.
Montaż – to złożenie wszystkich części w całość.
Części składowe to:
Składanie części (mogą być operacje obróbkowe)
Montaż zwykle wykonywany jest w tym samym zakładzie gdzie były wykonywane wszystkie części (montaż próbny), potem następuje rozebranie na części, przewiezienie na miejsce i ponowny montaż ostateczny wszystkich części.
Montaż zajmuje sporo czasu. Skracanie czasu pracochłonności poszczególnych czasów jest:
I – montaż zespołów i podzespołów
II – montaż całej maszyny – montaż główny i do tego wchodzą czynności transportowe.
Żeby dokonać montażu muszą być połączenia:
Rozłączne
Nierozłączne
Stałe
Ruchome połączenia
Stałe - niezmiennie połączenie
ruchome – gwint i śruba – oddzielnie mechanizmy współpracują razem w parze, musi być luz dodatni.
Proces montażowy - składa się z operacji montażowych. Mogą być one jedno lub wielozabiegowe.
W czasie montażu części składające się na maszynę tworzą łańcuchy wymiarowe, czyli zastawianie wymiarów tolerowanych. Dają w efekcie inne położenie, wymiar w innym położeniu, wymiar zamykający. Ostatni element wymaga kompensacji np. poprzez regulacje technologiczną (naddatek na obróbkę)
Typowe prace montażowe:
I – mycie – starannie oczyszczanie roztworami do 60-80 ‘
II – części obmyte łączy się. Używa się kluczy o regularnej sile. Zwykły klucz nic nam nie grozi z małymi siłami, lecz przy dużej sile może grozić przekręceniu.
Odpowiednia kolejność przykręcenia:
Przy połączeniach klinowych i wypustowych to najczęściej jest to wbijanie klina.
Wciskowe wałek, otwory łączone winny być gdy stosuje się prasę 2 do 5 mm/s
Przy większych wymiarach stosuje się większe.
Do dużych, średnich stosuje się nagrzanie jednej części a schłodzenia drugiej.
W nitowanych- formowanie główki dla >16 mm na zimno, a powyżej na gorąco 1000 do 500
Spawanie, lutowanie
Luty miękkie od 50 do 200 nanometrów
Połączenie klejowe- łączenia metali za pomocą kleju 150+ 200 mają większą trwałość, stosowane gdy duże naprężenia.
do 5 nm Ra chropowatość
luz od 50 do 100 nm porównywalny z lutowaniem
Po wykonaniu tych części następuje znakowanie części i zespołów. Wybijanie cyfr itp. Miejsca winny być łatwo dostępne, widoczne.
Po złożeniu wszystkich elementów następuje wyważenie części i zespołów. Wyrównanie momentów mas.
Najprostsza metoda „wymaczania” to szlifowanie nadmiaru materiału i sprawdza się czy środek ciężkości jest ten sam.
Po sprawdzeniu próby sprawdzenie spełniło się wymaganie. Winny być prowadzone w warunkach zbliżonych do normalnych bądź wyższych.
Po tym wszystkim kolejnym etapem jest zabezpieczenie przed korozją.
Ochrona przed korozją:
Nałożenie powłoki trwałej na powierzchnię metalową
Nałożenie powłoki nietrwałej
Wytworzenie na powierzchni warstwy ochronnej (azottłowanie, cyjanowanie itp.)
Głównym wynikiem cyjanowania, azotowania jest zmiana właściwości.
Ubocznym skutkiem jest niska odporność na korozję.
Materiały :
- farby, lakiery- malowanie
- metal (chrom)
Malowanie to główny cel zabezpieczeń przed korozją. W celu należy stosować odpowiednie warunki już na początku.
Np. odlewy- znaczną część nieobrobioną należy zabezpieczyć przed rdzą. Przenikaniem pyłów czy smarów – przed walcowaniem.
Blachy, prostowniki odpowiednio konserwowane przed malowaniem.
Odtłuścić, oczyścić
Powierzchnie maszyny, kosztem p…
Gruntowanie pędzlem, a nie przez natrysk czasem stosuje się szpachlowanie (przed wyrównaniem, malowaniem).
Typowy proces malowania:
- gruntowanie pędzlem (może być)
- suszenie ok. 12 h.
- szpachlowanie (do wyrównania powierzchni)
- suszenie (określenie gdzie szpachlowanie schło 12 h)
-szlifowanie po stwardnięciu masy
- malowanie warstwą podkładową
-malowanie lakierami właściwymi –kilka razy. Warstwy lakieru nakłada się rzędu 150 nm, każda warstwa 0.25
Ręcznie pędzlem:
- duże zużycie lakieru
- czasochłonne
- czasem dla jednostki, mało seryjna
By przyspieszyć przy malowaniu przez zamaczanie:
Mało dokładne
Drogie
Gruba warstwa i są ubytki
Metoda nie ekonomiczna z powodu strat, powstają nacieki i zacieki. Nacieki na krawędzi a zacieki na płaskiej części. Kolor jeden dłużej schnie.
Metoda natryskowa – ręcznie i pistolet pneumatyczny między siatką, a przed hydrauliczną rozpryskowe. Elektrostatyczną przedmiot umieszcza się na izolowanym wózku podłączonym do bieguna dodatniego, a bieguna ujemnego do siatki drucianej. Wytwarza się prąd stały. Powoduje drobinki farny, dokładna warstwa.
Projektowanie procesu technologicznego – montażu. Przedostatni etap procesu technologicznego.
Opracowanie technologii montażu obejmuje:
Ustalenie optymalnej kolejności montażu (odpowiednie ze względu na wszystkie czynniki i koszty)
Ustalenie sposobów montażu, zespołów i podzespołów
Ustalenie odpowiedniego przyrządzenia (uchwycić, chwycić, skręcić, wbić)
Opracowanie konstrukcyjne specjalnego oprzyrządowania
Dobranie metod i środków wykonania każdej operacji
Ustalenie miejsca i środków do kontroli mechanicznej
Ustalenie czasu na każdą operację
Automatyzacja montażu
Część bazowa od której zaczynamy montaż nie powinna być zwolniona aż do końca montażu
Zalety należy możliwie ograniczyć zmianę położenia montowanego zespołu.
Nie należy dążyć do zautomatyzowania wszystkich operacji ( niech człowiek tylko w trzech kierunkach ręcznie umie robić)