Technologia Materiałów Konstrukcyjnych (wykład)

UWAGA!!! Uzupełnienia pojawiają się, tak jak poprawki, także wewnątrz całego opracowania. Nie są to tylko dodatkowe tematy dopisywane „na końcu”.

Wstęp.

Technologia-(techn.-wytwarzanie, logos-nauka) nauka o wytwarzaniu, metodach i sposobach wytwarzania, o wyposażeniu pracowni i pracownika służącemu wytworzeniu danego produktu.

Potrzeba- projektowanie- konstrukcja- wytwarzanie (technologia)

Proces-pewien zbiór czynności (zbiór operacji) mający cel i przebiegający w czasie. System dynamiczny przebiegający w funkcji czasu i mający do wykonania cel lub zadanie.

Operacja-czynność wykonywana na jednym stanowisku, przez jednego pracownika i na jednym kawałku materiału.

System-pewien zbiór obiektów (nieuporządkowany) mający pewne relacje i cel.

System dynamiczny-system, w którym pewne relacje się zmieniają.

Technologia odnosi się do wielu rodzajów obiektów:

• Konstrukcja-obmyślony kształt, wymiary, wytrzymałość i to, z czego się składa, materiały. Efektem konstrukcji jest dokumentacja konstrukcyjna.

• Technologia-jak zrobić, jakie maszyny i materiały wykorzystać, oraz metody obróbki

Proces produkcyjny-wszystkie działania wykonywane by zrobić wyrób:

• Proces technologiczny-zbiór operacji w trakcie, których następuje zmiana kształtu, właściwości, wymiarów materiału, a także montaż części. Jest to najważniejszy proces, zależy on od skali realizacji produkcji, w każdym przypadku jest inny:

• Produkcja jednostkowa-droga produkcja manufakturowa, rzadko stosowana.

• Produkcja seryjna-produkcja seriami, na dużą skalę, zakład dobrze wyposażony (np. prze pół roku produkowany jest wyrób A, a przez pół B).

• Produkcja masowa-produkowany jest jeden wyrób przez bardzo długi czas.

• Proces pomocniczy (logistyczny)-utrzymanie w stanie sprawności budynków, maszyn, a także zaopatrzenie

Większość procesów jest zmechanizowana i człowiek pełni głównie funkcję operatora.

Proces usługowy-wszystko, co dotyczy człowieka w procesie produkcyjnym.

Projektowanie procesu technologicznego.

Projekt-opis rzeczywistości nieistniejącej. Składa się on z informacji usystematyzowanej na użytek wykonania konkretnego przedmiotu.

Dokumentacja technologiczna-służy do zapisu projektu technologicznego. Składa się ona z:

• Karty technologicznej-zawiera ona wszystkie informacje dotyczące produktu np. wałka z wykonanym rowkiem, wymagającego hartowania pod łożyska:

Nr operacji	Treść operacji	Stanowisko	Czas wykonania	Pracownik (grupa zaszeregowania)
1	Cięcie	Piłą mechaniczna	10 min	III
2	Toczenie	Tokarka uniwersalna	150 min	V
3	Frezowanie	Frezarka uniwersalna	15 min	V
4	Hartowanie	Stanowisko obróbki cieplnej	15 min	VI
5	Szlifowanie	Szlifierka do wałków	20 min	VII

• Karty instrukcyjnej-sporządzana jest dla każdej operacji i zawiera informację jak wykonać poszczególne czynności.

1. Metale.

Właściwości i budowa metali.

Metale mają budowę krystaliczną. Łatwo tworzą jony dodatnie (kationy), posiadają wysoką wytrzymałość i są plastyczne. Metale, a także ich stopy dobrze przewodzą prąd i ciepło. Oprócz rtęci metale są w temperaturze pokojowej ciałami stałymi. Najczęściej używanym materiałem konstrukcyjnym jest stal. Stal, czyli stop żelaza z węglem, zawiera ok. 1,8%-2% węgla. Poza stalą najczęściej stosuje się stopy aluminium i miedzi.

Ciała mogą przyjmować postać:

• Krystaliczną np. metale

• Amorficzną (bezpostaciową) np. szkło, woda, powietrze

Ciało o budowie krystalicznej składa się z tzw. komórek elementarnych. Komórka elementarna jest najmniejszym składnikiem ciał krystalicznych.

Istnieje kilka rodzajów komórek elementarnych np.:

• Komórka elementarna prosta (stopień upakowania 1)




• Komórka elementarna przestrzennie centrowana (stopień upakowania 2)




(żelazo , chrom, wolfram, molibden, tantal)

• Komórka elementarna ściennie centrowana (stopień upakowania 4)




(żelazo γ, aluminium, miedź, złoto, iryd, platyna)

Zjawiska zachodzące przy ogrzewaniu i chłodzeniu metali.

Alotropia (polimorfia)- zjawisko polegające na zmianie rodzaju komórki elementarnej w funkcji temperatury np. żelazo i jego dwie odmiany alotropowe




Zmiana stanu ciała krystalicznego podczas zmiany temperatury:




Zmiana stanu ciała amorficznego podczas zmiany temperatury:




Quasiizotropia i tekstura metali.

Ciało izotropowe- ciało mające jednakową wytrzymałość na zmiany w każdym kierunku np. plastelina, powietrze, woda. Przeciwieństwem ciała izotropowego jest ciało a-izotropowe lub anizotropowe

Quasiizotropia- ciała prawie izotropowe np. płyty wiórowe. Komórki elementarne ciał krystalicznych składają się na ziarna, co powoduje, że też są quasiizotropowe.




Tekstura metali- ukształtowanie ziaren. Ma to na celu wzmocnienie wytrzymałości poprzez odpowiednie „uporządkowanie” ziaren w metalu. Im ziarna mają strukturę bardziej zbliżoną do idealnej struktury krystalicznej i mniej mają wtrąceń obcych pierwiastków, oraz błędów odlewniczych tym bardziej są wytrzymałe i mają strukturę zbliżoną do ciała izotropowego. Metale odlewane w stanie nieważkości mają prawie idealną strukturę izotropową. Ulepszanie przeprowadza się na gorąco lub zimno poprzez obróbkę plastyczną. Ulepszanie „na zimno” zaburza strukturę krystaliczną podnosząc właściwości wytrzymałościowe. Nosi ona nazwę zgniotu.

Obróbka plastyczna i umocnienie metali.




2. Metaloznawstwo.

Metaloznawstwo-nauka o budowie, własnościach i metodach badań metalurgicznych materiałów konstrukcyjnych. Zadaniem tej dziedziny wiedzy technicznej jest określenie wpływu zmiany warunków zewnętrznych na budowę materiału oraz ustalenie zależności między składem i budową materiału, a jego właściwościami.

Metale-materiały, które w stanie stałym charakteryzują się następującymi właściwościami:

• Fizyczne-dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne (10²⁰), połysk metaliczny, nieprzezroczystość, stan stały w temperaturze otoczenia (z wyjątkiem rtęci), wzrost oporu elektrycznego wraz ze wzrostem temperatury




• Chemiczne-tendencja do oddawania elektronów (tworzą kationy), tworzą tlenki metali, reagując z wodą tworzą zasady

• Mechaniczne:

• Technologiczne:

Właściwości odlewnicze-oceniane są na podstawie jednorodności składu chemicznego w całej masie odlewu, skurczu podczas stygnięcia, lejności (zdolności do wypełniania formy). Lejność zależy od płynności materiały w temperaturze zalewania formy. Jej miarą jest odległość, na jaką płynie metal w znormalizowanej formie ustawianej poziomo i mającej kształt pręta lub spirali. Skurcz ma wpływ na powstawanie w gotowym przedmiocie naprężeń mogących powodować pęknięcia lub odkształcenia. Do celów odlewniczych nadają się szczególnie stopy o małej różnicy temperatury początku i końca krzepnięcia, gdyż wówczas segregacja składników nie jest zbyt duża

Skrawalność-jest to podatność do obróbki skrawaniem. Metale charakteryzujące się dobrą skrawalnością mają małą wytrzymałość mechaniczną. Skrawalność ocenia się na podstawie trwałości ostrza, oporów skrawania, gładkości powierzchni obrabianej i postaci wióra.

Ścieralność-podatność materiału do zużywania się w skutek tarcia ślizgowego. Miarą ścieralności jest zmniejszenie masy badanej próbki spowodowane tarciem twardej tarczy o badany materiał.

Właściwości plastyczne-bada się je na podstawie prób zginania, nawijania drutu, kucia i tłoczności, mających wykazać podatność materiału do trwałych odkształceń niezbędnych do nadania właściwych kształtów przedmiotów

• Wytrzymałościowe-podstawowym i głównym sposobem określania tych właściwości jest statyczna próba rozciągania (próba zrywania).




P- obciążenie, siła

L- wydłużenie

P_sp- punkt sprężystości

P_m- punkt maksymalnej wartości siły

P_e- punkt plastyczności

P_z- punkt zerwania

SIŁA MAKSYMALNA / PRZEKRÓJ POPRZECZNY = NAPRĘŻENIE

P/A=

R_m = P_m/A₀

R_e = P_e/A

R_z = P_z/A

Względne wydłużenie procentowe A=(L_u-L₀)/L₀

Przewężenie procentowe Z=(A₀-A_u)/A₀

(L_u -długość po zerwaniu, A_u- powierzchnia przekroju poprzecznego po zerwaniu)

Pełzanie- wydłużenie materiału pod niezmiennym obciążeniem w miarę upływu czasu. Stosunek wydłużenia do czasu jego powstawania nazywamy prędkością pełzania.




AB- początkowy okres pełzania, podczas którego następuje znaczne odkształcenie próbki w krótkim czasie

BC- powolny i równomierny okres pełzania (odkształcenia trwałe)

CD- coraz szybszy i ciągły przyrost długości prowadzący do zerwania próbki

Wytrzymałość zmęczeniowa-, jeżeli na materiał działają siły zmieniające swą wartość okresowo w czasie to mogą w nim powstać pęknięcia, mimo że wartość siły jest znacznie mniejsza maksymalna wartość powodująca dopuszczalne naprężenia.

Udarność- odporność na uderzenia zależna od próbki i kształtu badanego materiału, rodzaju materiału, temperatury i sposobu obciążenia. Udarność ocenia się na młotach udarnościowych (np. CHARPY).

Właściwości cieplne- pojemność cieplna (ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury o 1⁰C), pojemność cieplna przypadająca na jednostkę masy nazywa się ciepłem właściwym (J/kg K), rozszerzalność temperaturowa (zmiana wymiarów wraz ze zmianą temperatury), przewodność cieplna (ilość ciepła przepływająca w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni)

Właściwości elektryczne- Przewodnik do 1, półprzewodnik od 1 do 10¹⁰, izolator powyżej 10¹⁰

Właściwości magnetyczne- w zależności od zachowania się w polu magnetycznym wyróżniamy:

• Diamagnetyki- ustawiają się w polu magnetycznym prostopadle do kierunku linii sił pola (cynk, miedź, bizmut)

• Paramagnetyki- ustawiają się równolegle do linii sił pola (chrom, aluminium, mangan)

• Ferromagnetyki- umieszczone w polu magnetycznym wraz ze wzrostem natężenia pola ulegają namagnesowaniu i po usunięciu pola wykazują właściwości magnetyczne (żelazo w temperaturze otoczenia, nikiel, kobalt)

Odmiany technicznego żelaza:

• Chemicznie czyste- otrzymywane drogą reakcji chemicznych zawierające domieszek do 0,007%

• Elektrolityczne- otrzymywane drogą elektrolizy zawiera do 0,02% domieszek

• Karbonylkowe- otrzymane poprzez rozkład karbonylku żelaza

• Armco- otrzymywane metodą hutniczą, zawiera od 0,1% do 0,2% domieszek

Właściwości mechaniczne czystego żelaza:

R_m-180-280 MPa

R_e-90-200 MPa

A-30%-50% (wydłużenie)

Z-70%-80% (przewężenie)

K_uz-180-280 J/cm² (udarność)

HB- 45-80

Krzywa chłodzenie czystego żelaza




Stal- stop żelaza z węglem zawierający do 2,11% węgla. Stal jest obrobiona plastycznie

Staliwo- stal nieobrobiona plastycznie

Żeliwo-stop żelaza z węglem o zawartości węgla od 2,11% do 6,67%

Wpływ składników stopowych na właściwości mechaniczne stali:

• Węgiel- wzrost zawartości powoduje zmniejszenie właściwości plastycznych, wydłużenia, udarności i przewężenia. Zwiększa się wytrzymałość mechaniczna i twardość, pogarsza spawalność stali

• Mangan- poprawia spawalność i zgrzewalność stali. Podwyższa wytrzymałość.

• Krzem- podnosi wytrzymałość stali, zwłaszcza granicę sprężystości, pogarsza spawalność i zgrzewalność. Stal jest krucha, ale ma wysoką udarność

• Miedź- poprawia odporność na korozję

• Siarka- składnik zwiększający kruchość. Podczas przeróbki plastycznej na gorąco w temp. Powyżej 985⁰C następuje nadpalenie otoczek siarczkowych (siarka nie rozpuszcza się w stali), co prowadzi do powstania pęknięć i naderwań. Zjawisko to nosi nazwę kruchości na gorąco

Podział stali:

• W zależności od składu chemicznego:

• Stale węglowe- podstawowym ich składnikiem jest (poza żelazem) węgiel, a pozostałe składniki są wynikiem procesu wytapiania np.:

• Mangan do 0,8%

• Krzem do 0,4%

• Fosfor i Siarka do 0,05%

• Stale stopowe- są to stale węglowe zawierające dodatki stopowe np.:

• Nikiel 8%-10% (kwasoodporne, nierdzewne, do hartowania)

• Chrom 12%-20% (również kwasoodporne i nierdzewne)0)

• Mangan 10%-15%

• Wolfram 8%-20% (wpływa na zużycie ścierne)

• Krzem do 2,6%

• W zależności od zastosowania

• Stale konstrukcyjne:

• Stale konstrukcyjne wyższej jakości (uspokojone-krzepnące powoli)

• Stale węglowe konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia zwykłej jakości

• Stale niskostopowe o podwyższonej jakości (o strukturze perlityczno-ferrytycznej)

• Stale do nawęglania (niska zawartość węgla)

• Stale do azotowania (zawierają aluminium)

• Stale sprężynowe (zawierają krzem)

• Stale automatowe (zwiększona zawartość siarki i fosforu powoduje kruchy wiór podczas obróbki)

• Stale łożyskowe do ulepszania cieplnego

• Stale narzędziowe

• Stale węglowe od 0,5%-1,3% węgla. Mają mało domieszek szkodliwych. Pracują do temperatury 180⁰C, nadają się do hartowania

• Stale stopowe:

1. Do pracy na zimno (150-200⁰C)

2. Do pracy na gorąco (zawierają większą ilość dodatków stopowych. Przeznaczone na formy odlewnicze. Pracują do 400⁰C)

3. Stale szybkotnące (zawierają duże ilości wanadu, wolframu, chromu, molibdenu; do 600⁰C)

• Stale specjalne

Podział żeliwa:

• Szare-zawiera węgiel w postaci grafitu. Twarde i dobrze obrabialne.

• Białe-zawiera węgiel w postaci cementytu (zaw. Węgla powyżej 4,3%)

3. Podstawowe układy krystalograficzne.

4. Wady struktury krystalicznej.

5. Dyslokacje.

6. Przebieg procesu krystalizacji.

7. Metale nieżelazne i ich stopy.

Metale nieżelazne i ich stopy dzielimy na:

• Lekkie (np. aluminium, magnez, tytan)

• Ciężkie (np. ołów, miedź, cyna, cynk)

Aluminium i jego stopy.

Aluminium-bardzo lekki i plastyczny metal, dobrze przewodzi prąd i ciepło, jest odporny na działanie powietrza atmosferycznego, wody, kwasów organicznych i związków azotu. Nieodporne na działanie ługu czyli zasad i kwasów beztlenowych. Aluminium nie zmienia udarności ze zmianą obciążenia temperaturowego. Gęstość 2,7g/cm³ (woda ma gęstość niecały 1 g/cm³). Aluminium jest, więc 2,7 razy cięższe od wody. Produkowane są 2 rodzaje aluminium:

• Hutnicze-zawiera od 99%-99,8% glinu

• Rafinowane-zawiera 99,95%-99,99% glinu (pozostałe domieszki to żelazo i krzem)

Stopy aluminium dzielimy na:

• Do obróbki (przykłady):

• PA1-aluman (Al Mn)-odporny na korozję i dobrze spawalny

• PA2-ftydronalium (Al Mg2)-odporny na działanie wody morskiej, wysoka plastyczność i spawalność.

• PA4-antikorodal (Al Mg Si Mn)-duża odporność na korozję, spawalny i plastyczny

• PA10-avial (Al Si Mg Cu)-bardzo wysoka wytrzymałość i mniejsza odporność na korozję

• Duraluminium (dural)-wytrzymały i odporny na korozję

• Odlewnicze:

• Siluminy (Al Si)-krystalizują w temperaturze 577⁰C. Stosuje się je np. na głowice silników i tłoki cylindrowe.

• Al Mg- krystalizują w temp. 451⁰C, cechuje je bardzo dobra odporność na korozję

• Al Cu- krystalizują w temp. 548⁰C, przeznaczane np. na galanterię stołową.

Magnez i jego stopy.

Magnez-lekki, ciągliwy srebrzystobiały metal. Gęstość 1,75g/cm³. Temperatura topnienia 648,8⁰C. Występują 2 odmiany: Mg 99,9% i Mg 99,95% (domieszki Fe i Si).

Stopy magnezu dzielimy:

• Odlewnicze:

• GA4-nie jest obrabiany cieplnie, ma dużą skrawalność i odporność na korozję. Przeznaczony np. na korpusy pomp, armaturę.

• GA8-dobre właściwości odlewnicze i wysoka wytrzymałość, przeznaczony na konstrukcje obciążone

• GRE3-wykazuje dobre właściwości odlewnicze i szczelność, dobra skrawalność i spawalność. Temperatura pracy do 250⁰C. Przeznaczony na sprężarki, skrzynie biegów

• Do obróbki:

• Z aluminium

GA3- (MgAl3ZnMn) plastyczny od 230-420⁰C, spawalny

GA6- (MgAl6ZnMn) plastyczny w zakresie temperatur 230-400⁰C, skłonny do korozji naprężeniowej, stosowany na wyjątkowo obciążone konstrukcje (lotnictwo, kolej)

• Bez aluminium

GM2- (MgMn2) plastyczny 260-450⁰C, dobrze spawalny i odporny na korozję

GZ3- (MgZn3) plastyczny w 300⁰C, odporny na korozję, spawalny i skrawalny, stosowany na bardzo obciążone konstrukcje

Tytan i jego stopy.

Tytan-błyszczący, srebrzystobiały metal o gęstości 4,5 g/cm³. Temperatura krystalizacji wtórnej 882⁰C (z układu heksagonalnego w regularny). Jest bardzo wytrzymały i odporny na korozję. Stosowany głównie jako składnik stopów zwiększający wytrzymałość np. gwoździe tytanowe używane w chirurgii kostnej (tytan nie reaguje z tkanką mięśniową i kostną).

Stopy tytanu:

• Ti6Al4W- Rm= 960MPa, A=9% (A-wydłużenie, Rm-wytrzymałość na rozciąganie)

• WT3-1-Rm=1000MPa, A=10%-13%

Miedź i jej stopy.

Miedź-kowalny, ciągliwy, czerwonobrązowy metal, o gęstości 8,94g/cm³. Dobrze przewodzi prąd i ciepło, jest plastyczna, stosowana na przewody elektryczne, rury instalacyjne, blachy.

Stopy miedzi:

• Mosiądz- stop miedzi z cynkiem (do 50% Zn), stosowany na aparaturę chemiczną, skraplacze, wymienniki ciepła, łożyska.

• MA58, MO58B, MK58-wysoka odporność na korozję, dobre właściwości odlewnicze

• MA58-1, MO58B-1-dobrze skrawalne, dobre właściwości trybologiczne

• Brąz- stop miedzi z cyną.

• Brąz cynowy-(do 8% cyny) B2, B4, B6, B443 (na elementy ślizgowe)

• Brąz aluminiowy-(do 11%Al) bardzo dobre właściwości wytrzymałościowe

• Brąz krzemowy-(3,5% Si) twardy i wytrzymały

• Brąz berylowy-(do 2% Be)

Nikiel i jego stopy.

Nikiel-gęstość 8,908g/cm³, twardy, kowalny, srebrzystobiały, ciągliwy i ferromagnetyczny metal. Występuje w układzie regularnym. Odporny na działanie kwasów i zasad, ale nieodporny na działanie siarki.

Stopy niklu:

• Do obróbki:

• Alumel- duża żaroodporność, wysokie właściwości mechaniczne

• Chromel- właściwości podobne jak alumel

• Nichrom-właściwości podobne jak alumel

• Chromo-nikiel- stopy o dużej żaroodporności i wytrzymałości mechanicznej. Rm=600-850MPa, A=25%-45% (stosowany np. na grzejniki)

• Odlewnicze:

• Stop Monela (NM30)-do produkcji monet (pięciocentówki w USA zawierają 25% niklu)

• Stop Roneya-na części pomp, rolki łożyskowe, gniazda zaworów

Kobalt i jego stopy.

Kobalt-twardy, ciągliwy, niebieskoszary metal. Gęstość 8,9g/cm³. Wykazuje silne właściwości magnetyczne. Jedna czwarta światowej produkcji kobaltu jest zużywana do produkcji stopu alniko.

Stopy kobaltu:

• Alniko- stosowany do wyrobu magnesów stałych

• H53-odporny na utlenianie, wysoka wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach. W temperaturze 820⁰C Rm=420MPa, A=16%

• Stellity-niemagnetyczne, krystalizują w układzie regularnym. Twardość ok. 650HB, gęstość 9g/cm³.

Cynk i jego stopy

Cynk-Gęstość 7,1g/cm³, temperatura topnienia 4,19⁰C. Krystalizuje w układzie heksagonalnym

Stopy cynku:

• Z40-(ZnAl4) przeznaczony na odlewy ciśnieniowe o dużej dokładności wymiarowej. Rm=300MPa, A=10%, HB 60-80

• Z82, Z102, Z284-dobrze skrawalne, stosowane na matryce, odporne na ścieranie

Cyna i jej stopy.

Cyna-srebrzysty, bardzo miękki, kowalny i ciągliwy metal. Gęstość 5,75g/cm³ (szara), 7,31g/cm³ (biała). Cyna jest materiałem stosowanym np. do pokrywania puszek z konserwami by uchronić je przed korozją, na stopy lutów. Jest nietoksyczna, nie ulega korozji. Występują dwa rodzaje cyny:

• Biała o sieci tetragonalnej

• Szara o sieci regularnej

Stopy cyny.

Stopy cyny przeznaczone są głównie na luty.

Ołów i jego stopy.

Ołów-gęstość 11,35g/cm³. Bardzo miękki, kowalny i ciągliwy, niebiesko-biały, błyszczący metal. Temperatura topnienia 327,502⁰C.

Stopy ołowiu.

Np. stopy Ł16, Ł10AS zwane babbitami, są to stopy łożyskowe (ołowiowo -antymonowo -cynowe).

8.Proces hartowania.

9.Proces odpuszczania.

10.Proces wyżarzania.

11.Proces azotowania.

12.Proces nawęglania.

13.Proces węgloazotowania.

14.Krystalografia (badanie materiału).

Do racjonalnego stosowania materiałów konstrukcyjnych niezbędna jest znajomość ich właściwości, struktury, oraz wykrycie wad wewnętrznych. Dokonać tego można za pomocą następujących badań:

• Badania rentgenograficzne dyfrakcyjne (opierają się na odległościach międzyatomowych).

• Badania metalograficzne mikroskopowe (za pomocą mikroskopu). Polegają na identyfikacji pod mikroskopem optycznym lub elektronowym struktury materiału na specjalnie przygotowanym szlifie (zgładzie metalograficznym). Przebieg obserwacji:

• Pobranie próbki metalograficznej.

• Wykonanie szlifu (szlifowanie i polerowanie).

• Obserwacja próbki niewytrawionej.

• Trawienie próbki

• Obserwacja próbki wytrawionej.

Budowa mikroskopu metalograficznego.




• Badania metalograficzne makroskopowe (pod niewielkim powiększeniem).

• Badania nieniszczące:

• Radiograficzne-opierają się na przenikaniu przez materię krótkich fal elektromagnetycznych (promieniowanie Rentgena i promieniowanie γ). Uzyskiwany obraz należy od intensywności załamania fal, która jest wypadkową następujących czynników: długości fali, grubości przedmiotu, liczby atomowej i gęstości.

• Ultradźwiękowe-metoda opiera się na falach mechanicznych (w metalu np. o częstotliwości 18000Hz). Wyróżnia się metodę echa (nadajnik i odbiornik fal znajdują się po tej samej stronie badanego przedmiotu) i metoda cienia (odbiornik i nadajnik po 2 przeciwnych stronach przedmiotu).

• Magnetyczne-mogą być stosowane tylko do ferromagnetyków. Jeżeli badany przedmiot umieszczony w polu magnetycznym posiada pęknięcie, to wokół pęknięcia następuje zaburzenie linii sił pola magnetycznego, które możemy oglądać posypując przedmiot proszkiem magnetycznym lub zawiesiną proszku w nafcie lub oleju.

• Badania w podwyższonych temperaturach.

• Badania mechaniczne.

• Badania korozyjne.

• Badania fizyczne.

• Badania składu chemicznego.

• Badania twardości metalu

Twardość-jest miarą odporności materiału na lokalne odkształcenia trwałe, powstające na powierzchni badanego przedmiotu wskutek wciskania w niego wgłębnika. Do badania twardości służy przyrząd twardościomierz. Twardość dzieli się na:

• Makro twardość-twardość całego przedmiotu.

• Mikro twardość-twardość poszczególnych składników.

Metody mierzenia twardości:

• Statyczne:

• Brinella- wgłębnikiem są kulki stalowe, hartowane, o znormalizowanych średnicach (2,5mm, 5mm, 10mm).Twardość określa stosunek siły wciskającej do pola trwałego odcisku, które tworzy się na powierzchni w postaci czaszy. HB=P/A [kg/mm²].

Zalety:

• Możliwość uzależnienia twardości Brinella dla materiałów ciągliwych od wytrzymałości na rozciąganie.

• Możliwość stosowania do pomiarów materiałów o strukturze niejednorodnej.

Wady:

• Trudność w pomiarze materiałów twardych, niepłaskich, drobnych, cienkich warstw utwardzonych

• Stosowanie mikroskopu

• Uszkodzenie powierzchni

• Rockwella-określenie twardości zostało oparte na pomiarach głębokości odcisku, uzyskiwanego za pomocą wgłębnika i ustalonego nacisku. Do badań materiałów o różnych zakresach twardości przyjęto 5 wgłębników (stożek diamentowy o kącie 120⁰ z wierzchołkiem zaokrąglonym o promieniu 0,2mm lub kulki o średnicy ½', ¼', 1/8', 1/16'), oraz 3 naciski (P1-60kg, P2-100kg, P3-150kg). Poprzez zestawienie 5 wgłębników i 3 nacisków powstało 15 skal Rockwella, z których każda oznaczana jest wielką literą.

HR =k-(h/0,002), gdzie h- głębokość, a k- współczynnik (dla stożka=100, dla kulki=130) np.

Skala C- stożek diamentowy i obciążenie 150kg.

20<HRC<67 (np. dla stali ulepszonych cieplnie)

Skala B- kulka 1/16' i obciążenie 100kg.

35<HRB<100 (np. dla stali nieulepszonych cieplnie)

Zalety:

• Małe odciski.

• Możliwość pomiaru wyrobów twardych i utwardzonych warstw.

• Szybkość pomiaru.

Wady:

• Trudności w pomiarze przedmiotów bardzo cienkich, cienkich warstw nawęglonych i azotowanych.

• Vickersa- polega na wciskaniu w materiał regularnego ostrosłupa czworokątnego diamentowego o kącie dwuściennym między przeciwległymi ścianami pod obciążeniem P.

HV=P/A [kg/mm²]

Zalety:

• Duża porównywalność z metodą Brinella (do 300 jednostek HB=HV, powyżej HB=0,95HV).

• Możliwość uzależnienia HV od Rm.

• Możliwość stosowania metody do materiałów miękkich i twardych.

• Małe głębokości odcisków.

• Dokładne odciski.

Wady:

• Trudności w pomiarze materiałów niejednorodnych (żeliwo).

• Wpływ chropowatości na wyniki.

• Dynamiczne:

• Pomiar twardości przy pomocy młotka POLDI

• Metoda Shore'a

15.Spawalnictwo

Spawanie-łączenie metali za pomocą procesów spawalniczych odbywa się przy użyciu ciepła. Wskutek doprowadzenia ciepła następuje całkowite, lub częściowe nadtopienie spawanych elementów.

Zgrzewanie-temperatura doprowadza do plastyczności materiału (nie stopienia).

Spaw-cześć łącząca; składa się ze stopionego materiału (spoiny). W zależności od tego, jakie przedmioty łączymy spoinę można uzyskać przez stopienie rodzimego materiału lub spoiwa.

Rodzaje złączy spawalniczych:

a) Czołowe:

• Krawędziowe-stosuję się, gdy g<2mm, oraz W=g>1mm




• Czołowa I-stosuje się, gdy g=1mm-6mm




• Czołowa I dwustronna-g=6mm-12mm




• Czołowa V-g>6mm, S=2mm-3mm, =60⁰




• Czołowa V dwustronna- g>12mm, S=2-3mm, =60⁰




b) Zakładkowe.




c) Teowe.




d) Kątowe.




e) Krzyżowe.




f) Nakładkowe:

• Jednostronne- g₁>g₂




• Dwustronne.




Spawanie łukowe-proces łączenia jednakowych lub różnych metali przy użyciu łuku elektrycznego jako źródła ciepła, doprowadzającego spoiwo i części łączone do stanu ciekłego. Źródło prądu połączone jest jednym, przewodem z elektrodą, a drugim przewodem z przedmiotem spawanym. Obwód zamyka się po powstaniu (zajarzeniu się) łuku elektrycznego między elektrodą i przedmiotem. Do spawania łukowego używa się prądu stałego lub przemiennego (rzadziej). Spawarki prądu stałego mogą być prostownikowe lub przetwornikowe. Prostownikowa składa się z transformatora trójfazowego i selenowych lub krzemowych elementów prostowniczych, a przetwornikowa (wirowa) z silnika trójfazowego zasilanego z sieci i prądnicy prądu stałego.

Łuk elektryczny-silne wyładowanie elektryczne w ośrodku gazowym, któremu towarzyszy wydzielanie się dużej ilości ciepła.

Elektroda-służy do zajarzenia i podtrzymywania łuku elektrycznego, elektrycznego ponadto stanowi spoiwo. Z topiącej się otuliny elektrody wydzielają się gazy chroniące roztopiony metal przed powietrzem, oraz żużel pokrywający metal z zewnątrz spełniający również funkcję ochronną.

W zależności od składu chemicznego elektrody dzielimy na:

• A (kwaśne)- zawierają w otulinie tlenki Fe, Mn i Si. Są przydatne przy spawaniu stali niskowęglowych

• B (zasadowe)- zawierają związki zasadowe Ca i Mg. Służą np. do spawania grubych blach (płyt)

• C (celulozowe)- zawierają dużo związków celulozy. Dobre do spawania naściennego

• O (utleniające)- podobne właściwości do kwaśnych. Używane by uzyskać ładny wygląd spoiny

• R (rutylowe)- Zawierają TiO₂. Do spawania w trudnych warunkach i pozycjach.

Warunki techniczne spawania łukowego:

• Średnica elektrody- należy zwrócić uwagę na grubość przedmiotów spawanych i rodzaj materiału

• Natężenie prądu-zależy od grubości elektrody i jej gatunku (ok. 35A-45A na 1mm średnicy elektrody)

• Biegunowość- najczęściej elektroda łączona jest z biegunem ujemnym

• Położenie i ruchy wykonywane elektrodą podczas spawania- zależą od rodzaju spoiny, pozycji spawania i elektrody, odległość elektrody od przedmiotu ok. 10mm-15mm, np. wykonanie spawu pachwinowego 2 blach:




g₁>g₂, gdy <

g₁=g₂, gdy =

(spawamy w kierunku grubszego materiału)

Spawanie łukiem krytym-zwiększa wydajność procesu i jego jakość w wyniku obciążenia elektrody (drutu elektrodowego) większym prądem niż przy spawaniu z elektrodą w otulinie. Spawanie łukiem krytym może być półautomatyczne lub automatyczne (automatycznie wysuwany jest drut i przesuwany).

Spawanie elektrodą nietopliwą (TIG)- łuk jarzy się między elektrodą nietopliwą (wolframową), a przedmiotem spawanym w osłonie argonu, który chroni metal przed dostępem powietrza. Stosowane do stali kwasoodpornej i aluminium (elementów o małych grubościach).

Spawanie elektrodą topliwą (MIG, MAG)-łuk jarzy się między drutem elektrodowym topliwym, a przedmiotem w osłonie gazu.

Szybkość topnienia elektrody:

• W=l/t [mm/s] (długość stopionej elektrody/czas spawania)

• W=0,06 ( d² γ)/4 (γ-ciężar właściwy elektrody na cm³)

Współczynnik topnienia-określa ile gramów elektrody stopi się w jednostce czasu przy prądzie spawania o natężeniu 1A)

• V=G/It [g/Ah] (G- ciężar spoiwa, I-natężenie, t- czas w godzinach)

Współczynnik napawania-określa ile gramów stopionej elektrody dostaje się do spoiny w jednostce czasu przy prądzie spawania 1A)

• e=G_s/It [g/Ah] (G_s- to ciężar STOPIWA, czyli stopionej elektrody)

Współczynnik uzysku-wyraża zależność między spoiwem i stopiwem. Określa, jaką ilość spoiwa trzeba zużyć na uzyskanie stopiwa.

• u=G_s/G

Współczynnik strat ()-określa wielkość strat towarzyszących procesowi spawania

• =1-u

• =(G-G_s)/ G

Pozostałe wzory do obliczenia różnych wielkości:

• G_s=γ F v t (F- pozorny poprzeczny przekrój spoiwa, γ-ciężar właściwy elektrody na cm³, v-prędkość spawania, t-czas)

• F=ge+(g-s) tg/2 + 2/3 bc




C-Ilość energii przypadająca na 1 kg spoiny

• C=E₁/G_s (E₁-energia pobrana podczas właściwego spawania)

• E₁=E-E₂ (wyznaczenie energii spawania, gdzie E to energia pobierana podczas pracy spawarki, a E₂ to energia pobierana przez spawarkę podczas jej pracy luzem)

• E₂=[S(t-t_g)]/G_s (S-moc pobierana podczas pracy luzem, t_g-czas jarzenia się łuku)

• E=n₁/c (n₁-całkowita liczba obrotów licznika w czasie t, c-stała licznikowa)

Spawanie gazowe-polega na łączeniu metali za pomocą ciepła płomienia uzyskanego przez spalanie gazu palnego w bogatej atmosferze tlenu. Najczęściej stosowany jest acetylen z tlenem.

Rodzaje palników:

• Niskiego ciśnienia-tlen zasysa acetylen z wytwornicy (już niestosowane, lub bardzo rzadko).

• Wysokiego ciśnienia-tlen i acetylen są pod wysokim ciśnieniem w butlach.

Podział palników ze względu na zastosowanie:

• Do cięcia-ma dodatkowy zawór tlenu.

• Do spawania.

Wydajność palnika-określa się ilością acetylenu spalonego w ciągu jednej godziny. Im większa wydajność tym wyższa temperatura (można ciąć i spawać grubsze przedmioty).

Budowa płomienia acetylenowego-płomień składa się z jądra (niebieskie i okrągłe), stożka (jasnożółty-pomarańczowy), kita (czerwona ze słabym dymem). Jeżeli jest nadmiar acetylenu, to nie widać jądra, jest długa kita i dym. Jest to płomień nawęglający, niepożądany, gdyż powoduje nawęglanie stali i spoiny, co skutkuje wzrostem twardości i kruchości materiału w obrębie spawu. Stosowany do aluminium i jego stopów. Nadmiar tlenu powoduję zaostrzenie się jądra i skrócenie kity. Stosowany jest do spawania mosiądzu. Płomień utleniający w stali niskowęglowej powoduję osłabienie spoiny, a wytworzone gazy czynią ją porowatą.

Ruchy wykonywane podczas spawania gazowego-podczas spawania wykonuje się ruchy okrężne lub zakreśla się półksiężyce drutem spawalniczym nachylonym pod kątem 45⁰. Palnik prowadzi się za drutem prostoliniowo tak, aby pod nim znajdował się otwór. Przy spawaniu „w prawo” zakreślamy półksiężyce, płomień ogrzewa spoinę powodując częściowe wyżarzanie materiału. Spawanie naścienne gazowo nie jest polecane.

16. Nitowanie, klejenie, lutowanie.

Nitowanie-łączenie różnych przedmiotów za pomocą nitów. Każdy nit składa się przed zanitowaniem z łba i trzonu (szyjki). W wyniku nitowania pojawia się trzeci element tzw. zakuwka lub łeb zamykający. Nity tworzą połączenie nierozłączne.

Połączenia nitowe dzielimy na:

• Mocne-stosowane w konstrukcjach

• Szczelne-stosowane w niewielkich zbiornikach otwartych

• Mocno-szczelne- stosowane w kotłach i zbiornikach ciśnieniowych

Rodzaje nitów:

• Metalowe (pełne, rurkowe, otwarte, drążone, wybuchowe)

• Z tworzyw sztucznych

Specyfikacja nitów:

• Małe (zamykane na zimno; średnica 2mm-9mm)

• Duże (zamykane na gorąco, stosowane w kotłach, konstrukcjach mostów itp.; średnica od 10mm, potem wymiar zwiększany jest, co 3mm)

Rodzaje nitów ze względu na łeb:

• Z łbem soczewkowym




• Z łbem płaskim (długość części potrzebnej na zakuwkę ok. 0,8-1,2 średnicy nita)




• Z łbem kulistym (długość części potrzebnej na zakuwkę ok. 1,25-1,5 średnicy nita)




Rodzaje połączeń nitowych:

• Zakładkowe ze szwem dwurzędowym




• Nakładkowe jednostronne




• Nakładkowe dwustronne




Ważnymi parametrami są długość nitu, odległość szwów i ich ilość.

Średnica nitu-dobiera się ją w zależności od łącznej grubości elementów. Dla nitów zamykanych na gorąco (kotły ii zbiorniki ciśnieniowe) stosujemy wzór:

d_n= g + 0,7 - 0,1i_n

d_n- średnica nitu

g- grubość elementów

i_n- liczba nitów w szwie przechodząca przez nakładki)

Długość nitów:

I=g+l₀

g- grubość elementu

l₀- długość części trzonu potrzebna do utworzenia zakuwki (dobierana z tablic)

Lutowanie-proces łączenia części metalowych za pomocą stopionego metalu, lub stopu zwanego lutem, który wprowadzony w szczelinę między elementami łączy je po zastygnięciu. Lutowanie nie nadtapia łączonych części.

Podział lutowania w zależności od temperatury:

• Miękkie-temperatura pracy do 450⁰C, stosowana w elektronice, do lutowania stosuje się słabe lutownice transformatorowe. Lutem jest głównie cyna.

• Twarde-temperatura pracy powyżej 450⁰C, do lutowania służy palnik gazowy taki sam jak do spawania gazowego, lutem jest głównie mosiądz.

Rozróżnia się topniki:

• Czynne (korodujące)-chlorek cynku, chlorek amonu, chlorek potasu, kwas solny

• Bierne (niekorodujące)-kalafonia, roztwór kalafonii w alkoholu (do lutowania miękkiego), boraks.

Klejenie.

Na wytrzymałość połączenia klejonego składają się głównie siły kohezji (spójności), czyli wzajemnego przyciągania się cząstek substancji wskutek działania sił międzycząsteczkowych, i adhezji, czyli siły przyciągania różnych ciał doprowadzonych do zetknięcia się z sobą.

Najpopularniejsze kleje w technologii to kleje epoksydowe. Składają się z żywicy epoksydowej i utwardzacza. Mogą występować jako mieszanina tych składników (zaletą są dobrane proporcje, wadą trwałość kleju po pierwszym użyciu), lub w dwóch oddzielnych pojemnikach do wymieszania (zaletą trwałość, bo nie trzeba wykorzystać kleju w krótkim czasie, wadą brak precyzyjnych proporcji)

Zasady przy klejeniu łat na uszkodzenia otwarte:

• Kształt otworu klejonego nie może posiadać kantów by nie występowało miejscowe spiętrzenie naprężeń

• Przygotowana powierzchnia wokół otworu powinna być większa od łaty

• Łata powinna być kształtem zbliżona do otworu i mieć naroża łukowe

• Krawędzie łaty nie mogą być postrzępione

• Powierzchnia łaty powinna być płaska i gładka

• Łata cała musi być nasycona klejem

• Docisk łaty do powierzchni uzyskuje się przez uderzenia młotkiem drewnianym.

17.Postaci materiałów konstrukcyjnych.

Wyroby hutnicze-produkty hutnicze; z rudy, koksu i topników robi się surówkę, potem obrabia się to plastycznie.

Postaci wyrobów:

• Kształtowniki (kształt przekroju poprzecznego)

• Kątowniki (gięte mają zaokrąglone krawędzie):

• Równoramienne (walcowane, gięte, zimnogięte) są dość wytrzymałe

• Nierównoramienne (produkowane ze względu na wytrzymałość)

• Ceowniki (walcowane i gięte)

• Teowniki (tylko walcowane)

• Dwuteowniki (odporne na zginanie)

• Profile zamknięte (wytrzymałe na zginanie i skręcanie)

• Rury (ze szwem lub bez szwu)

• Pręty (przekrój okrągły, kwadratowy, sześciokątny, płaskowniki (bednarka))

• Blachy

• Półfabrykaty i półwyroby

• Wyrób hutniczy jako część maszyny (rury, pręty)

• Wyrób hutniczy jako półfabrykat (blachy tłoczone, obróbka plastyczna)

Obróbka:

• Nadawanie kształtu materiałowi (obróbka ręczna i mechaniczna)

• Łączenie (spawanie, nitowanie, klejenie, zgrzewanie, lutowanie)

• Zmiana właściwości (hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie)

Dokładność obróbki-stopień zgodności z wzorem:




• Dokładność wymiarowa

• Dokładność kształtu

• Dokładność położenia

• Bicie

• Błędy powierzchni

18. Tworzywa Sztuczne.

Tworzywa sztuczne-(polimery) na początku były używane jako zastępniki, były bardzo słabej jakości (np. bakelit). Są to materiały wielocząsteczkowe otrzymywane głównie z ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla poprzez polikondensację, poliaddycję itp.

Podział tworzyw sztucznych ze względu na właściwości:

• Wydłużenie sprężyste:

• Elastomery (odkształcenie ponad 100%)

• Plastomery

• Sposób utwardzania:

• Termoplasty (podgrzane do ponad 100⁰C dają się odkształcać, można je przerabiać i utylizować)

• Poliamidy-temperatura topnienia ok. 180⁰C-250⁰C, gęstość 1,14g/cm³, odporne na tłuszcze, zasady, kwasy, sole niestężone. W Polsce noszą nazwę tornamidu (przeznaczony na części maszyn), oraz polam (odzież i opakowania).

• Polimetakrylan metylu- plexiglas, przezroczyste, elastyczne szkło

• Polichlorek winylu-występują dwie odmiany:

• Winidur-twardy, przeznaczony jednokrotnego rury i zbiorniki.

• Igielit-miękki, np. na izolacje przewodów elektrycznych, folie.

• Policzterofluoroetylen-zwany teflonem, temperatura topnienia 327⁰C, gęstość 2,2g/cm³, dobre właściwości mechaniczne do ok. 200⁰C, niepalne, bardzo mały współczynnik tarcia ślizgowego.

• Poliuretany-mogą być stosowane jako termoplasty, jako elastomery lub plastomery (stosowane np. na odbojniki).

• Polistyren- w postaci spienionej znany jako styropian, bardzo mała gęstość ok. 0,015g/cm³.

• Duroplasty (jednokrotnego utwardzenia):

• Termoutwardzalne-raz podgrzane nie ulegają ponownym odkształceniom pod wpływem temperatury:

• Fenoplasty-wszystkie duroplasty są stosowane bardzo rzadko (np. na klocki hamulcowe) z powodu problemu z utylizacją (bakelit).

• Chemoutwardzalne-tworzywa dwuczęściowe, (np. kleje dwuskładnikowe):

• Żywice epoksydowe-produkowane w postaci żywicy i utwardzacza, które po zmieszaniu reagują ze sobą tworząc ciało stałe. Głównie są to kleje, charakteryzują się dużą adhezją (przyczepnością), małą nasiąkliwością, odporne na oleje, ropę i jej pochodne.

• Żywice poliestrowe- stosowane np. na zbiorniki do opryskiwaczy.

Guma-produkt wulkanizacji kauczuku naturalnego lub syntetycznego (elastomer). Kauczuk syntetyczny powstaje poprzez polimeryzację związków organicznych.

Kauczuki:

• Butadienowe-przeznaczone na opony, elastyczny, odporny na starzenie i ścieranie, dobre właściwości mechaniczne.

• Butadienowo-styrenowy- używany również na opony oraz w przemyśle obuwniczym.

• Butylowe.

• Akrylowe.

• Silikonowe.

Dodatki do gumy:

• Zmiękczające (np. na bieżniki w oponach).

• Napełniacze (krzemionki, tkaniny, podnoszą wytrzymałość i odporność na ścieranie).

• Barwniki

Właściwości tworzyw sztucznych:

• Dobre mechaniczne, ale gorsze od stali

• Mała masa (ok. 1g/cm³, gdy czyste żelazo, główny składnik stali ma okk7,8g/cm³)

• Słaba przewodność cieplna i elektryczna

• Możliwość barwienia

• Odporność na korozję (tworzywa sztuczne korodują bardzo wolno, ale w całej strukturze, przez co ciężko je zutylizować)

• Są drogie

Tworzywa sztuczne można formować w dowolny sposób, prasować w formie, wtryskiwać w formę (gdyż mała masa uniemożliwia tradycyjne odlewanie), są spawalne, zgrzewalne, obrabialne.

Szkło i ceramika-szkło jest dość powszechnie stosowane w technologii, w przeciwieństwie do ceramiki, której udział jest znikomy.

19. Obróbka plastyczna

Odkształcenie plastyczne takie jak np. zginanie lub kucie (swobodne-na kowadle, i matrycowe) używane jest w produkcji półfabrykatów. Obróbka może się dobywać na zimno lub gorąca. Na zimno wymaga dużych nakładów siły, a na gorąco temperatury (800-900⁰C). Stal obrabiana na gorąco jest jasnoczerwona i można ją swobodnie kształtować przy niskim nakładzie siły. Inne rodzaje to walcowanie (między dwoma walcami), ciągnienie (można dzięki temu uzyskać np. pręty o dokładnej średnicy), odlewanie (żeliwo, staliwo, siluminy, brąz, mosiądz) odśrodkowe, odlewanie ciśnieniowe.

20. Podstawy obróbki skrawaniem

Obróbka-nadawanie kształtu:

• Obróbka kształtowa-nadawanie kształtu

• Bezodpadowa (bezubytkowa)-podczas kształtowania nie ma odpadów, jest lepszym rozwiązaniem, gdyż jest większa oszczędność materiału (produkcja półfabrykatów, obróbka plastyczna)

• Odpadowa (ubytkowa)- ma duży udział w produkcji maszyn

• Obróbka cieplna-zmiana właściwości

Materiały stosowane na ostrza:

• Stale węglowe-mały udział tej stali, musi ona być zahartowana, pracuje do 200⁰C

• Stale stopowe szybkotnące-zawierają np. 18% wolframu, kobaltu do 10%, pracują w temperaturze do 600⁰C, są stosunkowo plastyczne, nie pękają (stosowane na piły, rozwiertaki)

• Węgliki spiekane-w wysokiej temperaturze związki chemiczne węgla, kobaltu i wolframu dobrane w odpowiednich proporcjach są ściskane i powstaje bardzo wytrzymały materiał, pracujący do 1000⁰C (WIDIA)

• Ceramika-początkowo bazowały na związkach aluminium, teraz są bardzo różne. Są to ostrza specjalistyczne.

Wiór-podczas obrabiania stali skrawaniem dochodzi do powstania wióru. Może on być ciągliwy (niepożądane) dla stali niskowęglowej, lub kruchy dla żeliwa i stali automatowej (wykonanej specjalnie do obrabiania skrawaniem).

Narostek- w wyniku tarcia powstaje ciepło, które prowadzi do plastyczności materiału i przyklejania się go do ostrza. Można temu przeciwdziałać stosując odpowiednie ostrza, i ciecze chłodzące.

Podział obróbki ze względu na dokładność:

• Zgrubna

• Średnia

• Dokładna

• Bardzo dokładna

Proces skrawania:

• Obróbka wstępna-przygotowanie do obróbki

• Obróbka wykańczająca- np. szlifowanie

21. Obróbka ręczna skrawaniem

Obróbka ręczna wchodzi w zakres prac ślusarskich ma na celu nadanie przedmiotowi żądanego kształtu, wymiarów, oraz poprawę jakości powierzchni często wcześniej obrobionej mechanicznie.

Podstawowe prace ślusarskie:

• Trasowanie- jest to wyznaczanie linii lub/i punktów na przedmiocie. Wszystkie czynności traserskie powinno się wykonywać na płycie traserskiej. Przed przystąpieniem do trasowania należy oczyścić przedmiot i pomalować go, aby polepszyła się widoczność kreślonych linii lub punktów. Do malowania odlewów lub dużych przedmiotów nieobrobionych stosuje się kredę z dodatkiem oleju lnianego rozpuszczone w wodzie. Obrabiane przedmioty stalowe lub żeliwne maluje się roztworem wodnym siarczanu miedzi. Miedź pokrywa powierzchnię cienką warstwą. Do trasowania używa się przyrządów takich jak:

1. Rysik (służy do kreślenia linii wg liniału lub wzornika)

2. Znacznik (poziomy lub pionowy)

3. Cyrkle

4. Punktak (wyznaczanie miejsc-punktów)

5. Liniał traserski

6. Kątowniki (pionowe i poziome)

7. Pryzma traserska (służy za podstawę podczas trasowania niektórych elementów walcowych)

8. Imadło

• Ścinanie-do ścinania służą przecinaki i wycinaki. Przedmiot umieszcza się w imadle i uderza w odpowiednim miejscu usuwając materiał.

• Przecinanie-przedmiot umieszczony na płaskiej powierzchni imadła lub płyty zostaje przecięty poprzez silne uderzenie młotem w umieszczony w punkcie przecięcia przecinak

• Prostowanie-prostuje się przedmioty, które uległy skrzywieniu w poprzednich procesach technologicznych. Można prostować materiały uprzednio przerobione plastycznie, hartowane lub odlewane. Prostować można ręcznie uderzając młotkiem w przedmiot układając go wypukłością ku górze, lub na prasie. Przedmioty zahartowane prostuje się układając je wypukłością do dołu i uderzając lekko rąbem młotka powodując niewielkie odkształcenia.

• Gięcie-ma na celu nadanie przedmiotowi pożądanego kształtu poprzez gięcie go. Do gięcia używa się najczęściej imadła, młotka i klocków zaciskowych, oraz wszelkiego rodzaju giętarek i walcarek (do blach). Podczas gięcia konieczne jest wzięcie pod uwagę długości łuków powstających w miejscu gięcia, aby odpowiednio dobrać długość materiału.

• Cięcie- cięcie odbywa się za pomocą piłki ręcznej, piły mechanicznej (taśmowej, tarczowej, lub już nieużywanej piły ramowej wykonującej ruch posuwisto-zwrotny), nożyc ręcznych lub dźwigniowych. Przedmiot powinien być tak umieszczony w imadle, aby miejsce cięcia było blisko szczęk imadła.

W skład piłki ręcznej wchodzi rama, rękojeść, uchwyty brzeszczotu i brzeszczot. Brzeszczot ma zęby z dodatnim (frezowane lub szlifowane) lub ujemnym (nacinane) kątem natarcia.

• Piłowanie- do piłowania używamy pilników. Podstawowym parametrem pilnika jest jego podziałka (liczba nacięć przypadająca na 1 cm długości części roboczej pilnika) w zależności, od której pilniki klasyfikujemy:

0-zdzierak

1-równiak

2-półgładzik

3-gładzik

4-podwójny gładzik

5-jedwabnik

Kierunki nacięć na pilniku:

1. Jednorzędowe jednokierunkowe

2. Wielorzędowe jednokierunkowe

3. Jednorzędowe dwukierunkowe

4. Wielorzędowe dwukierunkowe

5. Łukowe

6. Daszkowe

Podział pilników ze względu na ich przekrój poprzeczny:

1. Płaski

2. Kwadratowy

3. Trójkątny

4. Okrągły

5. Półokrągły

6. Soczewkowy

Podział pilników ze względu na długość (od największego):

1. Zdzieraki

2. Ślusarskie (100mm-400mm)

3. Kluczykowe

4. Igiełkowe

Sposoby piłowania:

1. Zgrubne- podłużna oś pilnika i kierunek ruchu są skośne w stosunku do szczęk imadła o 30⁰-40⁰. Skok pilnika duży.

2. Wykańczające- kierunek ruchu prostopadły do szczęk imadła. Skok mały.

• Wiercenie- wykonywanie otworu w pełnym wymiarze, w pełnym materiale za pomocą wiertarki.

Budowa wiertła- na wiertło składają się część uchwytna i robocza połączone szyjką. Wiertła do wiertarek mechanicznych, stacjonarnych posiadają płetwę, lub zakończone są walcem. Część robocza to krawędzie skrawające, powierzchnia przyłożenia, rowek wzdłuż powierzchni i łysinka. Ruchem roboczym jest ruch obrotowy, a ruch posuwisty jest ruchem pomocniczym.

Przyczyny łamania wierteł:

1. Błędy w materiale

2. Wychodzenie wiertła na powierzchnię skośną do otworu

3. Wiercenie otworów wzdłuż ścianki materiału

4. Wypełnienie się rowków (otwór dłuższy niż wiertło)

• Gwintowanie- narzynanie gwintu na/w materiale. Kiedyś używano 3 gwintowników na jeden wymiar otworu, a teraz stosuje się 2. Gwintowniki występują zawsze w komplecie (2 szt. na jeden wymiar otworu). Do gwintowania wałków (rur) służą narzynki. Uchwyt narzynki nazywa się pokrętką.

• Powiercanie- powiększanie istniejącego otworu.

• Pogłębianie- pogłębianie otworu za pomocą pogłębiaczy

• Rozwiercanie- powiększanie średnicy otworu za pomocą rozwiertaków, mające na celu uzyskanie otworu o dokładnym wymiarze i gładkiej powierzchni.

Średnica otworu rozwiercanego	Średnica wiertła	Średnica rozwiertaka zdzieraka	Średnica rozwiertaka wykańczającego
3	2,8	-	3
5	4,8	-	5
10	9	9,8	10
20	18,5	19,75	20
40	38	39,5	40

• Skrobanie-polega na zbieraniu z powierzchni cienkich warstw materiału za pomocą skrobaka, aby nadać jej odpowiednią płaskość lub walcowatość. Zwykle skrobaniu poddaje się elementy, które się po sobie przesuwają

Stanowisko robocze ślusarza powinno zawierać przede wszystkim ciężki stół obity blachą lub tworzywem, z krawędzią zabezpieczającą przed spadaniem przedmiotów.

22. Mechaniczna obróbka metali.

Toczenie.

Toczenie-obrabianie materiału za pomocą tokarki.

Podział tokarek:

• Kłowe

• Tarczowe

• Karuzelowe

• Wielonożowe

• Rewolwerowe

• Półautomaty i automaty tokarskie:

• Specjalizowane:

• Do robót dokładnych i kosztownych

• Obcinaki

• Specjalne- np. do zestawu kół wagonowych, do wałków rozrządów)

Prace wykonywane na tokarkach:

• Toczenie poprzeczne

• Wiercenie i rozwiercanie

• Roztaczanie otworów

• Toczenie stożków

• Wykonywanie gwintów

Parametry skrawania:

• Technologiczne-warunki powstawania wióra

• Szybkość skrawania-zależna od rodzaju obrotów V= d n/1000

• Powstanie narostu

• Głębokość frezowania

• Posuw-im mniejszy tym materiał gładszy (mm/obrót)

Budowa tokarki uniwersalnej:




1. Podstawa (wykonana z żeliwa szarego)

2. Wanna na wióry

3. Łoże tokarki

4. Wrzeciennik

5. Konik

6. Skrzynka posuwów

7. Wałek i śruba pociągowa

8. Płyta zamkowa suportu

9. Sanie wzdłużne suportu

10. Sanie poprzeczne suportu

11. Górne sanie suportu

12. Imak nożowy

13. Obrotnica

Budowa konika:

• Korpus

• Tuleja konika

• Kieł tokarski

• Śruba i nakrętka konika

• Pokrętła

• Uchwyt zacisku

• Czteroszczękowy (korpus, szczęki i śruba umożliwiająca ich przesuwanie)

• Samocentrujący (trójszczękowy)

• Śruba do unieruchomienia konika

• Tarcza zabierakowa (z trzpieniem lub podłużnymi otworami na zabieraki hakowe)

Noże tokarskie:

• Prosty




• Wygięty




• Odsadzony (w prawo, w lewo, do środka)




Przykłady noży:

• Zaokrąglony wygięty w lewo

• Zdzierak prosty prawy

• Zdzierak zaokrąglony wygięty prawy

• Zdzierak wygięty prawy

• Zaokrąglony posty

• Gładzik spiczasty

• Bocian wygięty lewy

• Wykańczak prostoliniowy

• Przecinak obustronnie odsadzony

Rodzaje wytaczaków:

• Prostoliniowy

• Hakowy prostoliniowy

• Spiczasty

Frezowanie.

Frezowanie-jeden z rodzajów obróbki skrawaniem płaszczyzn, powierzchni kształtowych, rowków prostych, śrubowych, gwintów, do nacinania zębów. Do frezowania używa się narzędzia wieloostrzowego- freza.

Podział frezarek:

• Pionowe

• Poziome

• Narzędziowe (mają wrzeciono pionowe i poziome, służą do dokładnych prac)

• Konsolowe (konsola umożliwia przesuwanie stołu w górę i w dół-lżejsze typy)

• Bez konsolowe (ruch wykonuje tylko narzędzie z wrzeciennikiem- ciężkie frezarki)

• Bramowe (do ciężkich elementów, stół przesuwa się tylko wzdłuż)

• Szczególnego przeznaczenia (np. do kół zębatych, grawerki, kopiarki)

• Specjalne (do produkcji masowej)

Budowa frezarki wspornikowej poziomej:

• Kadłub (żeliwo szare)

• Podstawa

• Wspornik

• Sanie stołu

• Stół

• Belka

• Podtrzymka

• Wrzeciono

• Śruba podnoszenia i opuszczania wspornika

• Osłona napędu

We frezarce pionowej wrzeciono jest ustawione pionowo.

Wrzeciono frezarki poziomej z trzpieniem i osadzonym frezem walcowym:

Nakrętka	Podtrzymka	Trzpień	Frez	Powierzchnia zabierakowa (sprzęgło zabierakowe)	Uchwyt stożkowy trzpienia	Śruba ściągająca trzpień
		Tuleja prowadząca					Pierścień dystansowy

Podzielnica:

• Wrzeciono podzielnicy

• Koło ślimakowe 40-zębowe

• Ślimak 1-zwojowy

• Uchwyt trójszczękowy

• Tarcza podziałowe ze wskazówkami

• Korba

Zasada podziału zębów koła zębatego (dzielenie zwyczajne)-dzielimy obwód koła na 32 części (koło ma mieć 32 zęby), wówczas wybieramy dla dokonania podziału tarcze o liczbie otworów dzielącej się przez 4, co daje n=⁴⁰/₃₂ i na nacięcie wykonujemy 1¼ obrotu.

Zasada podziału zębów koła zębatego (dzielenie różnicowe)-dokonujemy go, gdy w komplecie okręgów podziałowych nie ma liczby otworów odpowiadających mianownikowi ułamka. Dobieramy liczbę z₁ zbliżoną do wartości z, dla której można dokonać podziału, a różnica jest wyrównywana obrotem tarczy podziałowej, gdy z₁>z tarcza powinna obracać się zgodnie z kierunkiem obrotu korbki, dla z₁<z w kierunku przeciwnym.

Rodzaje frezów:

• Walcowy (frezowanie czołowe)

• Głowica frezarska (frezowanie powierzchni kątowych)

• Frez kątowy nasadzony

• Kątowy trzpieniowy

• Palcowy (jedno lub dwu stronny; frezowanie rowków)

• Piłkowy (tarczowy nasadzony)

• Modułowy (do kół zębatych)

Frezowanie gwintów-wykonuje się na frezarce uniwersalnej, co umożliwia jej specjalna konstrukcja.

Frezowanie rowków-(prostych, trapezowych, teowych) do tego celu używa się podzielnicy, która nadaje ciągły ruch obrotowy, sprzężony z wzdłużnym. Frezowanie rowków może być:

• Przelotowe

• Nieprzelotowe

• Jednostronnie przelotowe

Nacinanie kół zębatych-używa się głównie frezów krążkowych lub trzpieniowych, stosowana głównie tam, gdzie nie jest wymagana duża dokładność.

Wiercenie

Wiercenie-polega na wykonaniu otworu w materiale za pomocą wiertła.

Wiercenie może być wykonane na:

• Wiertarkach

• Tokarkach

• Wytaczarkach

• Automatach

Podczas procesu wiercenia występują dwa rodzaje ruchów:

• Obrotowy-roboczy

• Posuwisty-pomocniczy

Parametry wiercenia:

• Głębokość skrawania (g = D/2, g = (D-d)/2, gdzie D-średnica końcowa, d-średnica początkowa).

• Posuw- przy wierceniu podaje się na 1 obrót wiertła (p), lub na 1 ostrze (p_z). Dla wierteł 2 ostrzowych wynosi p_z = p/2

• Szerokość warstwy skrawanej (b = p/2sin, b = (D-d)/2sin, gdzie kąty wierzchołkowe mogą wynosić:118⁰, 130⁰, 140⁰)

Wiertarki:

• Ogólnego przeznaczenia:

• Stołowe

• Stojakowe (kadłubowe)

• Promieniowe (słupowe)

• Wielowrzecionowe

• Specjalizowane:

• Współrzędnościowe

• Wiertarko-frezarki

Budowa wiertarki stołowej:

• Stół wiertarski

• Kolumna

• Silnik

• Napęd posuwu

• Osłona napędu

• Wrzeciono

• Uchwyt wiertarski

• Dźwignia posuwu ręcznego

Budowa wiertarki stojakowej kadłubowej:

• Stół

• Śruba do podnoszenia stołu

• Kadłub

• Wrzeciennik

• Wrzeciono

• Silnik

• Mechanizm napędu wrzeciona

Budowa wiertarki promieniowej słupowej:

• Podstawa

• Słup

• Stół

• Stół pomocniczy

• Wrzeciennik z silnikiem

• Ramię (regulacja posuwów i obrotów)

• Silnik przesuwające ramię (góra-dół)

Prace wykonywane na wiertarkach:

• Wiercenie (wstępne, wykańczające)

• Rozwiercanie

• Pogłębianie (walcowe, stożkowe)

• Gwintowanie

Szlifowanie

Szlifowanie-zalicza się je do obróbki skrawaniem, ale zachodzi w odmiennych warunkach. W głównej mierze odnosi się do kształtu ostrzy ściernicy, które zależą od przypadkowego kształtu ziaren materiału ściernego ściernicy, oraz ich ustawienia w materiale spoiwa.

Podział szlifierek:

• Ogólnego przeznaczenia (otwory, wałki, płaszczyzny)

• Specjalizowane

• Specjalne

Prace wykonywane na szlifierkach:

• Szlifowanie płaszczyzn

• Szlifowanie wałków

• Szlifowanie otworów

• Szlifowanie kształtowe

Budowa tarczy ściernej (ściernicy)-jest to mieszanina korundu lub elektro-korundu, lepiszcza, utwardzacza i zbrojenia w niektórych przypadkach (tarcze do cięcia)

Podział tarczy ściernych:

• Tarczowe (płaska, płaska z jednostronnym (dwustronnym) wybraniem, do cięcia)

• Kształtowe (garnkowa, garnkowa zbieżna, stożkowa, talerzowa, dwustronnie stożkowa, tarcza z obrzeżami, pierścieniowa)

• Trzpieniowe (tarczowa płaska, walcowa, walcowa stożkowa, stożkowa ścięta, kulista)

Podstawowe parametry ściernic:

• Twardość:

• Bardzo miękkie (E, F, G)

• Miękkie (H, I, J, K)

• Średnie (L, M, N, O)

• Twarde (P, Q, R, S)

• Bardzo twarde (T-Z)

• Ziarnistość

• Struktura:

• Zwarta (0, 1, 2, 3, 4)

• Średnia (5-8)

• Otwarta (9-12)

Mocowanie ściernicy powinno odbywać się za pośrednictwem podkładek miękkiego materiału dociskanych dwoma tarczami na tulei redukcyjnej.

9

WWW.TRIL.HK.PL

---