Strojírenské technologie I

Transcript

1 Strojírenské technologie I Obor: STROJÍRENSTVÍ Ing. Daniel Kučerka, PhD., ING-PAED IGIP doc. Ing. Soňa Rusnáková, PhD., ING-PAED IGIP 2013 České Budějovice 1

2 Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07/2.2.00/ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 1. vydání ISBN Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, 2013 Vydala: Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, Okružní 10, České Budějovice Za obsahovou a jazykovou správnost odpovídají autoři a garanti příslušných předmětů. 2

3 OBSAH 1 Úvod do strojárských technológií Základné rozdelenie technlógií Príprava a organizácia výroby Polotovary a predvýrobky Zlievarenstvo Materiály na odliatky a metalurgická príprava ich tavenín Formy a modely Tavenie liatin Zlievarenské formovacie materiály Zváranie Základné pojmy u tavného zvárania podľa ČSN Vznik zvarového spoja Druhy a tvary zvarových spojov Zváranie elektrickým oblúkom Zváranie elektrickým oblúkom v ochranných atmosférach Tvárnenie Rozdelenie technologických procesov tvárnenia Zákony tvárnenia Spôsoby tvárnenia Druhy používaných polotovarov Tepelné spracovanie kovových materiálov Žíhanie Kalenie a popúšťanie Chemicko-tepelné spracovanie Cementovanie Nitridovanie Ďalšie spôsoby chemicko-tepelného spracovania Tepelno-mechanické spracovanie Delenie materiálu Konvenčné delece materiálu Nekonvenčné delenie materiálu

4 4.3 Rezanie kovov kyslíkom Tvárnenie za studena Objemové tvárnenie za studena Ubíjanie a nabíjanie za studena Valcovanie Ťahanie drôtov a profilov Kalibrovanie Volné kovanie Zápustkové kovanie Plošné tvárnenie Strihanie Ohýbanie Ťahanie Tlačenie Teorie třískového obrábění Teorie tvorby třísky Technologické podmínky strojního obrábění Rozdělení obráběcích strojů Základní subsystémy obáběciho stroje Technologické parametre obráběcího stroja Geometrie řezného nástroje Třískové obrábění Soustružení Soustruh a jeho hlavní části Základní typy soustružnických nožů a plochy s nimi vyrobitelné Upínání obrobků při soustružení Frézování Nástroje používané při frézování Upínání fréz a obrobků Frézovací stroje (frézky) Broušení Nástroje používané při broušení Upínaní nástrojů a obrobků

5 7.3.3 Klasifikace brousících strojů Práce na brouskach Vrtání, vyhrubování, vystružování a zahlubování Nástroje Stroje Automatiácia Plastikářství Termoplasty Elastoméry Reaktoplasty Spracovateľské inžinierstvo polymérov Vytlačovanie Lisovanie a pretláčanie Vstrekovanie Konštrukčné prevedenie vstrekovacích lisov Odlievanie, namáčanie, žiarové a fluidné nanášanie Kompozitní materiály Definice kompozitních materiálů Polymerní kompozitní materiály Vlastnosti polymerních kompozitních materiálů Výhody polymerních kompozitních materiálů Nevýhody polymerních kompozitních materiálů Automobilový průmysl Letecký a kosmický průmysl Lodní doprava Železniční doprava Formy pro výrobu kompozitních materiálů Aktuální stav výroby forem pro kompozitní materiály Postup a realizace výroby formy Formy Materiály forem Formy ze sklolaminátů Modely

6 9.5 Darcyho zákon pro kompozitní materiály Požadavky na materiály pro železniční průmysl Materiálové požadavky Povrchové úpravy Schéma získavania koróznych údajov Druhy korózie z hľadiska vnútorného vzhľadu Druhy korózie z hľadiska vnútorného mechanizmu Biologická korózia Antikorózna ochrana kovových technických materiálov Ochranné povlaky a vrstvy z kovov Ochranné povlaky a vrstvy z nekovov Antikorózna ochrana nekovových technických materiálov Technológia montáže a oprav Základy montážnych prác Montážne pracoviská Robotická montáž Automatické montážne systémy Kontinuálne stroje Spájacie zariadenia Opravy techniky, strojov a zariadení Technologické postupy Technologické postupy s podporou počítače CAD/CAM

7 1. Úvod do strojárských ských technológií KLÍČOVÉ POJMY Historia, technológia, strojárska technológia, príprava a orgoanizácia výroby CÍLE KAPITOLY Po preštudovaní kapitoly študent bude: - mať krátku informáciu o vývoji strojárenstva - vedieť rozdelenie technlógii a miesto strojárskej technológie - mať základné vedomosti o príprave výroby - mať základné vedomosti o organizačních štruktúrach podniku ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 4 VÝKLAD História pracovných nástrojov sa začala datovať asi před dvomamilionmi rokov. Predmety si človek začal upravovať na použitie podla vlastnej potreby. Zozačiatku to boli hrubo opracované kamene a postupne vyvíjal ďalšie nástroje. Z kameňa sa začali vyrábať dláta, nože, sekery apod. Ďalším obrábacím nástrojom bol vrták. V roku 1250 sa používal soustruh na šlapanie. Od šlapadla viedlo lano so slučkou okolo obrobku k závesnej pružnej žrdi pôsobiace jako pružina. Tím mal sústružník stružník uvolněné ruky na prácu i s nožom. Jednoduchá brúska sa objavila v roku Jej pohon bol so šlapadlom a klukou s ojnicou. Neskôr sa objavil, prví rezací stroj na železo (1565) a následne vŕtačka (1684) 7

8 na vodní pohon. Dále se jednotlivé stroje zdokonalovali napr. kovový sústruh so suportom, který umožňoval rezať i závity, se objevil po roce V roku 1818 bol zostrojený S. Morthom prvý nákres frézovacího stroja (obr. 1.1). Obr. 1.1 Parkhunsonova kresba frézovacího stroje Zdroj: Vasilko, 1991 Uskutočnenie technického rozvoja a koncepcií, jako je aj výroba nových strojov, prístrojov, zariadení je závislé od ľudí a použitia správnych technických a konštrukčných materiálov. Vývoj materiálov si vyžaduje aj vývoj technológií a spracovania materiálov. Strojárska technológia sa zaoberá širokou škálou rôznych výrobných technológií, procesov a postupov. Strojárska technológia, konštrukcia strojov a zariadení a náuka o materiálech tvoria základné piliere strojárenstva. Každý spracovaný materiál si vyžaduje svoje špecifické technologické postupy. Tieto postupy môžu byť velmi podobné napr.: obrábanie kovov, nekovov, plastov apod. Líšia sa v nastavení podmienok obrábania a v použitých nástrojích. V súčasnosti medzi základné technologie opracovania konštrukčných materiálov radíme zlievanie, tvárnenie, trieskové obrábanie, tepelné spracovanie, tepelné úpravy a spájanie. V posledních rokoch sa pridal nový odbor nanotechnológie. Tento odbor sa zaoberá rozmermi 10-9 m. Aplikácie těchto technológií sú vužitelné napr. v automobilovom priemysle. Pri výrobe interiéru zabezpečujú ochranu povrchu před poškodením. Povrchy sú odolné voči poveternostným podmienkam a ľahko umývateľné. Ďalej sa využívajú pri aplikácii náterov automobilov. Tieto odolávajú opotrebeniu, poveternostným podmienkam a korózii (obr. 1.2). 8

9 Obr. 1.2 Uplatnenienáteru na automobiloch Základné poznatky zo strojárskej technológie a technologie vôbec sú nevyhnutné pre Vašu odbornú prax. Všetko to čo poznáme ve škole, vo výrobnej praxi a ostatních komplexních činnostiach v živote zaraďujeme do myslených alebo cieľavedomých učení do grafických logických systémov a základných pojmov. Pri sledovaní vývoja pracovných nástrojov od univerzálnych strojov cez špeciálne stroje a nástroje až po stroje riadené výpočtovou technikou môžeme vidieť rychlost rozvoja vedy a techniky. Predmet strojárska technológia I je úvodný predmet, ktorý zabezpečuje úvodný výklad technológii používaných v strojárenstve. Podrobnejšie zoznámenie so strojárskymi technológiami bude v ďalších odborných predmetoch zabezpečujúcich Katedrou strojírenství na VŠTE v Českých Budějoviciach. 1.1 Základné rozdelenietechnlógií Technológia skúma vlastnosti, výrobu a spracovanie technických materiálov na výrobky. Využíva rôzne metódy a prostriedky. Na obr. 1.3 je ukážka delenia technológie výroby a spracovani kovov a zliatin. 9

10 Technológia Metalurgia (Hutníctvo) Strojárskate chnológia Ťažkámeta lurgia Strojárska metalurgia Montáž Povrchové úpravy Obrábanie Tepelné spracovanie Zváranie a spájkovanie Tvárnenie Odlievanie Hutnícka výroba polovýrobkov Prášková metalurgia Metalurgia neželezných kovov Metalurgia železných Obr. 1.3 Rozdelenietechnológie Metalurgia sa zaobírá spracovaním surovín na materiál a jeho vlastnosťami. Túto časť technologie delíme na ťažkú metalurgiu a strojársku metalurgia. Ťažká metalurgia sa zaoberá výrobou železných a neželezných kovov z rudy, práškových kovov a spracovaním vyrobených kovov na polotovary (plechy, tačový materiál, drôt apod.). Strojárska metalurgia sa vyznačuje výrobou polotovarov odlievaním, tvárnením, tepelným spracovaním (změnami vnútornejštruktúry materiálu jako sú kalenie, žíhanie, popúšťanie), a nerozoberateľným spájaním materiálu (zváranie, spájkovanie). Strojárska technológia rieši technológiu obrábania, montáže a povrchových úprav. Obrábaním sa oddeľuje väčšia alebo mennšia trieska z obrábaného polotovaru. Týmto získava súčiastka požadovaný rozmer, tvar a kvalitu povrchu. Technológiou povrchových úprav dosahujeme zmenu vzhľadu výrobku alebo vlastností povrchov. Nanášaním inej látky na povrch súčiastky najmä pri ochrane proti korozii alebo meníme 10

11 zloženie povchovej vrstvy. Montážou získáváme zostavením jednotlivých súčiastok a dielov montážnu zostavu (celok), ktorý vyhovuje technickým podmienkam. 1.2 Príprava a organizácia výroby Výrobný proces je súhrnom činností, operácií a postupov, ktoré menia zloženie vstupných materiálov na konečný (finálny) výrobok. Výrobný proces môžeme charakterizovať ako úhrn vrtkých konštrukčných technologických a netechnologických operací vo výrobnom systéme realizujúci výrobný proces (obr. 1.4). Požadavek zákazníka Konstrukční příprava Konstruktér Technologická Technolog Zásobování, plánování Zásobovač, plánovač Zákazník Odbyt Výzkum, vývoj Zpětná Úkol vazba Technické zpracování myšlenky, požadavků aj.: výpočty, výkresy, sestavení detailů, úvaha o způsobu výroby, volba vhodného materiálu, polotovaru, Technické zpracování konstrukčních návrhů: Navržených výrobních postupů, výhodných strojů, nástrojů, měřidel, pomůcek aj. Zajištění materiálů polotovarů, nových strojů, nářadí, měřidel aj., zajištění investic, pracovních sil apod. Servisní služba Záruční opravy (garance), služby zákazníkům Zkušenosti Výrobek Zkušebna Zkušení a kontrola hotových výrobků Výroba Dělník, provozní technik Montáž Sestavování jednotlivých součástí ve skupiny a dále v celky Dílny Zpracování polotvarů na jednolité součásti: obráběním (soustružení, vrtání aj.), lisováním, tvářením, svařováním, tepelným zpracováním, povrchovou úpravou aj. Obr. 1.4 Schéma výrobného procesu Výrobný proces delíme na predvýrobnú, výrobnú a odbytovú etapu. 11

12 Predvýrobná etapa je časový úsek pred vlastnou výrobou nového výrobku. Sem patrí konštrukčná príprava (spracovanie technických výpočtou, projektovej a konštrukčnej dokumentácie), technologická príprava (návrh výroného postupu, prístrojov, náradia a výroba modelov), zásobovanie (zabezpečenie predpísaných matereiálov, polotovarov, náradia, hutného a spojovacieho materiálu, atď) a zohľadnenie požiaviek zákazníka. Výrobná etapa zahŕňa činnost súvisiacu s výrobou (zhotovením výrobku). Sled operácií, ktoré sú vykonávané na dosiahnutie cieľa, sa nazýva výrobný postup. Pred spustením sériovej výroby sazostrojí prototyp (overenie funkcií) a následne sa spustí overovacia séria, ktorá preverí celú predvýrobnú etapu (správnosť meradiel, náradia, prístrojov, funkčnost jednotlivých prvkov apod.). Posplnení těchto podmienok nasleduje vlastná výroba, ktorámá tri fázy. Prvej fáze (predzhotovujúca) výroba polotovarov, odliatkov apod., druhá fáza (zhotovujúca) výroba súčiastok podľa výkresov a postupov a tretia fáza (dokončovacia) zostavenie podskupín, skupín a celkov. Poslednou etapou je odbytová etapa, ktorá uzatvára výrobný proces. Táto etapa rieši balenie, vychystávanie, odosielanie hotového výrobku a prip. garančné skúšky. Výrobný proces a jeho etapy sa odvíjajú v rôznych organizačných štruktúrach podniku. Organizačné struktury môžu byť členené do líniových štábných organizačných štruktúr, divíznych štrutúr apod. V líniovej štábnej organizačnej štruktúre je na čele generálny riaditeľ, ktorý má svojich námestníkov, štáb, riaditeľov jednotlivých závodov so svojím štábom, prevádzkami a dielňami. V divíznej organizačnej štruktúre je na čele generálny riaditeľ, ktorý má svojin námestníkov, štáb, riaditeľov jednotlivých divízií so svojím štábom. Štáb generálního riaditeľa zahŕňa výskumnú a vývojovú zložku, obchodnú zložku, výrobnú zložku a zložku podpory pre organizovanie a riadenie chodu podniku. 12

13 STUDIJNÍ MATERIÁLY OTÁZKY A ÚKOLY ADAMKA, J. a kol., Základy strojárskej technologie.. Bratislava: Alfa. 172 s. ISBN HLUCHÝ, M., Strojárska technológia I.. Praha: SNTL. VÁCHAL, J., M. VOCHOZKA a kol., Podnikové řízení.. Praha: Grada publishing, a.s.. ISBN VASILKO, K. a G. BOKUČAVA, Technológia automatizovanej strojárskej výroby. Bratislava: Alfa. 275 s. ISBN Vymenujte základné technologie opracovania konštrukčných materiálov. 2. Vysvetlite čím sa zaobírá technológia a ako ju delíme? 3. Vysvetlite pojem výrobný proces a jako ho môžeme charakterizovať. 4. Vysvetlite organizačné štruktúry podniku a ich členenie. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. V súčasnosti medzi základné technologie opracovania konštrukčných materiálov radíme zlievanie, tvárnenie, tryskové obrábanie, tepelné spracovanie, tepelné úpravy a spájanie. 2. Technológia skúma vlastnosti, výrobu a spracovanie technických materiálov na výrobky. Využíva rôzne metódy a prostriedky. Na obr. 1.1 je ukážka delenia technológie výroby a spracovania kovov a zliatin. 13

14 3. Výrobný proces je súhrnom činností, operácií a postupov, ktoré menia zloženie vstupných materiálov na konečný (finálny) výrobok. Výrobný proces môžeme charakterizovať ako úhrn vrtkých konštrukčných technologických a netechnologických operací vo výrobnom systéme realizujúci výrobný proces (obr. 1.2). 4. Výrobný proces a jeho etapy sa odvíjajú v rôznych organizačných štruktúrach podniku. Organizačné struktury môžu byť členené do líniových štábných organizačných štruktúr, divíznych štruktúr apod. V líniovej štábnej organizačnej štruktúre je na čele generálny riaditeľ, ktorý má svojich námestníkov, štáb, riaditeľov jednotlivých závodov so svojím štábom, prevádzkami a dielňami. V divíznej organizačnej štruktúre je na čele generálny riaditeľ, ktorý má svojich námestníkov, štáb, riaditeľov jednotlivých divízií so svojím štábom. 14

15 2. Polotovary a predvýrobky KLÍČOVÉ POJMY Zlivanie, tvárnenie, zváranie, polotovar, odliatok, zvar, forma, model CÍLE KAPITOLY Po preštudovaní tejto kapitoly bude študent: - vedieť delece e strojárskej metalurgia - základné úlohy zlievarenstva jako jednej z beztrieskových operách - vedieť základné pojmy zvárania, tvorbu zarového spoja, zváranie elektrickým oblúkom a poznať možné spôsoby zvárania v ochranej atmoschére - vedieť základnú filozofiu tvárnenia a poznať spôsoby tvárnenia 6 ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY VÝKLAD Strojárenská technológia zahŕňa velké množství výrobných metód. Vzhľadom k tomu je možné tuto technológiu deliť podľa rôznych kritérií. rií. Častým znakom delenia je proces spracovania, kterého hlavnou výrobnou úlohou je odstraňovanie vrstiev materiálu. Potom je možné deliť technológiu na trieskovú a beztrieskovú. eskovú. 15

16 Strojárska metalurgia jej společným znakom je změna štruktúry a vlastností materiálu, ku kterým dochádza behom jeho spracovania. Svojim princípom sa líšia jednotlivé metódy strojárskej metalurgie a často sa členia na: zlievarenstvo tvárnenie zváranie, spájkovanie, tepelné delenie, lepenie apod. tepelné spracovanie (kap. 3) Technické materiály sa vyrábajú v hutiach. Hovoríme o hutnej prvovýrobe. Tu výrobný proces nekončí, ale surový materiál sa ďalej spracováva na polotovar a ten pokračuje k ďalšiemu obrábaniu na výrobok. Každý nedokončený výrobok je z hľadiska už vykonaných operách pre daný úsek výrobkom, ale prenasledujúce plánované operácie je len polotovarom. Polotovary sú normalizované a nenormalizované. Normalizované polotovary sú uvádené v ČSN. Keďže polotovar ešte nezodpovedá konečnému výrobku je potrebné ho vo výrobe obrobiť. K normalizovaným radíme trubky, tyče, dráty, plechy apod. Určitou nevýhodou normalizovaných polotovarov je, že sa vyrábajú v rozmeroch stanovených normami. Polotovar sa z technologického hľadiska volí tak, aby bolo jeho obrobenie čo najlacnejšie. Toto je závislé od veľkosti prídavku na obrábanie a počtu obráběných plôch. Zároveň je dôležitý aj geometrický tvar súčiastky a jeho zložitosť (jednoduchosť). Veľkosť prídavku na obrábanie je priámo úmerná s výrobnými nákladmi a produktivitou práce. Prídavky rozoznávame technologické a prídavky na obrábanie (obr. 2.1). Obr. 2.1 Polotovar druhy prídavkov (Hluchý, 1984) 1- prídavok na obrábanie, 2- technologický prídavok (bude obrobený), 3- technologický prídavok (nebude obrobený), DR deliaca rovina 16

17 Technologické prídavky umožňujú výrobu polotovaru. Tento prídavok sa môže niekedy odobrať spoločne až s prídavkom na obrábanie. Prídavok na obrobenie musí byť taký veľký, aby bolo možné z neho vytvorit súčiastku požadovaných a predpísaných rozmerov a geometrických tvarov. Prídavok na obrobenieje taká vrstva materiálu, ktorá sa musí odobrať z polotovaru tak, aby súčiastka dosahovala presnosť rozmeru predpísaného výkresom. 2.1 Základy metalurgie Strojárska technológia a matalurgia sa často prelínajú (obr. 1.3) a tvorí prepojovací prvok medzi oboma technológiami. Strojárska metalurgia sa zaoberá výrobou polotovrov odlievaním, tvárnením, nerozoberateľným spájaním (záraním a pájkovaním) a zmenami vnútornej štruktúry materiálu tj. tepelným spracovaním (žíhaním, kalením, popúšťaním apod.). Při spracovaní železných rúd nezískáme čistý kov, ale materiál technicky (surové železo). Podľa spôsobu vylúčenia uhlíku delíme surové železo na šedé (uhlík je prevažne vylúčený v grafite) a biele (uhlík je vylúčený jako karbid železa Fe 3 C). Surové železo nie je vhodné na výrobu súčiastok a pretozlievarne z neho vyrábajú odliatky, alebo oceliarne oceľ. Špeciálne surové železo (ferozliatiny) sa používavajú ako prísady pri výrobe ocelí. Oceľ vyrobená zkujnením sa v oceliarskej peci (martinska pec, elektrická pec atď.) sa odleje do kokil. Tu oceľ zhutnie na ingoty a tie sa ďalej spracovávajú tvárnením na hotový tovar (tyče, dráty, koľajnice atď.) alebo na polotovary, ktoré sa ďalej opracovávajú. 2.2 Zlievarenstvo Zlievarenstvo je jedna z beztrieskových technológii, výrobné odvetvie, kedy sa zhotovujú výrobky (odliatky) liatím. Roztavený kov, resp. zliatiny kovu alebo iny tavný materiál vlejú do dutiny zlievarenskej formy, ktorá ma tvar a velkost budúceho odliatku. 17

18 Pracovný postup spočíva v tom že roztavený kov je odliaty do zlievarenskej formy a príme tvar dutiny formy. Súčasne odliaty kov v dutine tuhne. Zo širšieho metalurgického pohľadu rozlišujeme: zlievarenstvo hutnických odliatkov zlievarenstvo tvarových odliatkov Zlievarenstvom hutnických odliatkov (ingotov) sa získavajú len hutné polotovary, ktoré je nutné následne tvarovať. Zlievarenstvo hutnických odliatkov Zlievarenstvo hutnických odliatkov je vykonávané v oceliarňach. Základom tvorby hutnických polotovarov je hutné odlievanie, ktoré je založené na odlievaní taveniny ocelí do kokil (kovové formy). Pracovná dutina kokil má tvar napr. zrezaného kužeľa nebo ihlanu. Všetky odliatky sa nazývajú ingoty (obr 2.2). Ich tvar je daný tvarom kokily. a) uklidněna ocel, b) neuklidněna ocel Obr. 2.2 Schéma ingotu Zdoj: Nová a kol., 2006 Podľa procesu tvárnenia sú ingoty určené pre válcovne anebo kováčne. Ocele zozlievarne odchádzajú horúce ingoty v kokilách do stripovacej haly. Tu sú kokily špeciálnymi žeriavami sťahované z ingotov. Ty sú dopravované do haly hlbinných pecí a predohrievajú sa na teplotu 1200 C. Ingoty sú za tepla valcované na niekoľko prievalov. Vývalky valcované z ocele je možné deliť na (Nová a kol., 2006): 18

19 profily jednoduchých geometrických tvarov kruhové, štvorcové, obdĺžnikové, I- profily, U-profily, atd.; plechy hrúbky 0,15-4 mm šírky 3000 mm, 4-60 mm šírky 3500 mm; mm šírky 4500 mm; trubky kruhového, obdĺžnikového, oválneho prierezu; valcovanie profilu získané zvláštním spôsobom valcovania. Týmto spôsobom sa vyrába napr. koľajnice. Príklady hutnických valcovaných polotovarov je obr Obr. 2.3 Schéma hutnických valcovanýchpolotovarov Zdoj: Nová a kol., pásováoceľ, 2 - kruhová oceľ, 3 - čtvercová oceľ, 4 - rovnoramenný uholník, 5 - uholník rovnoramenný, 6, 7 - I profil, 8 - U profil, 9 - kolejnice, 10 - Z profil, 11 - T profil, 12 - električková koľajnica Výroba odliatkov je náročná tímová práca, pri ktorej sa podieľa veľké množstvo pracovníkov rôznych profesií (technológ, chemik, formár, metalurg, zlievač, atd.) Cieľom ich spoločnej práce je ekonomicky výhodná výroba odliatkov požadovaných tvarov, vlastnosti, štruktúry, rozmerov Materiály na odliatky a metalurgická príprava ich tavenín Súčasné trendy výroby odliatkov sú nasmerované k výrobe súčiastok so zvýšenou presnosťou, kvalitnejším povrchom, homogénnou štruktúrou, a tým aj rovnomerným mechanickým vlastnostiam pri minimálnej energetickej náročnosti ich výroby. Trendom pre budúcnosť sú tenkostenné odliatky. Domáce a zahraničné normy uvádzajú široký 19

20 sortiment materiálov na báze farebných kovov, železa a špeciálnych zliatin. Tieto sú schopné pokryť skoro všetky požiadavky na technologických, mechanických a fyzikálnych vlastností. Základom sú väčšinou polykomponentné zliatiny, do ktorých sú pridávané legovacie prvky. Na legovanie sa používajú okrem kovov aj nekovy (P, C, Si apod.). Je možné použiť aj plyny (N v niektorých antikorových oceliach). Základný kov zliatiny s najdôležitejšími prvkami, legujúcimi prvkami, určujú primárne najdôležitejšie úžitkové a zlievarenské vlastnosti materiálu a spôsob tuhnutia je daný rovnovážnym fázovým diagramom daného systému.je na obr Obr. 2.4 Závislosť technologických vlastností zliatiny od zloženia Zdroj: Murgaš a kol., 2002 Meradlom vnútorného trenia kvapalín je viskozita. Viskozita roztavených a dodatočne prehriatych kovov je blízka viskozite vody. S klesajúcou teplotou viskozita rastie. Kinematická viskozita je vyjadrená pohybom taveniny vo forme, ktorý závisí aj od zotrvačných síl. Kinematická viskozita ν [m 2.s -1 ] je daná vzťahom ν Zbiehavosť je technologická vlastnosť taveniny, ktorá je výslednicou komplexu fyzikálnych vlastností (napr. hustota, povrchové napätie, entalpia, tepelná vodivosť apod.) a je prevrátenou hodnotou tekutosti. 20

21 2.2.2 Formy a modely Zlievárenská forma je nástroj, který tvaruje tekutý kov do tvaru odliatku. Tavenina vteká do foriem vlastnou tiažou, odstredivou silou alebo tlakom (obr. 2.5). Formy potrebné pri výrobe odliatkov delíme na trvalé formy a netrvalé formy. Jednorazové (netrvalé) formy sa zničia pri vybratí odliatku z nich. Vyrábajú sa väčšinou z kremičitého piesku so spojivom. V jednorazovej forme je možné vyrobiť iba jeden odliatok. Trvalé formy vyrábajú sa so železných liatych materiálov alebo z ocelí liatím, obrábaním alebo ich kombináciou. Liatie do foriem Liatie do trvalých foriem Liatie do netrvalých foriem Gravitačné liatie Liatie pôsobením tlaku Liatie pôsobením odstredivej S trvalým modelom S jednorázový m modelom Liatie do kokil kontinuálneliati e Tlakové liatie Odstredivé liatie Gravitač né liatie Gravitač né liatie Ručné formovanie strojné formovanie škrupinové formovanie vákuové formovanie Presné liatie liatie na spaliteľný model Obr. 2.5 Postupy pri formovaní a liatí 21

22 Modely rozlišujeme jednorazové a trvalé. Jednorazové modely pri vlievaní tekutého kovu a vo forme sa zničia. Trvalé modely sa môžu používať opakovane pre výrobu foriem. Duté priestory v odliatkoch vytvoria jadrá. Pieskové jadrá sa vyrábajú v jadrovníkoch. Známkami jadra, ktoré sa nachádzajú na modely sa vo forme vytvoria známkové lôžka. Do nich sa vloží jadro Tavenie liatin Tavenie liatin sa vykonáva v taviacich peciach. Na tavenie sú vhodné všetky typy pecí na tavenie ocelí. V kuplových peciach (kuplovniach) sa taví cca 80 % liatin. Tieto pece majú vysokú produktivitu a nízke náklady na energiu. Umožňujú spracovať rôznorodú kovovú vsádzku surové železo, oceľový šrot, ferozliatiny a zlomkovú alebo vratnú liatinu. Usporiadanie koksovej kuplovne klasického typu s priebehom teplôt kovej vsádzky a plynov po výške šachty spolu so zložením spalín je na obr Obr. 2.6 Usporiadanie kuplovej pece s priebehom Obr. 2.7 Bezkoksová kuplová pec teplôt a zloženia spalín Zdroj: Murgaš a kol., 2002 Posledným vývojovým typom sú bezkoksové kuplovne (obr. 2.7). U nich sa zachováva proti prúdová výmena tepla, ktoré dodáva spaľovanie plynu alebo tekutých palív. 22

23 2.2.3 Zlievarenské formovacie materiály Zlievarenské formovacie materiály sú suroviny (piesky - ostrivá, spojivá a pomocné látky), z ktorých sa vyrábajú formovacie zmesi. Títo slúžia na zhotovenie polotrvalých a netrvalých jadier a foriem. Podľa spôsobu použitia, veľkosti, zložitosti odliatku a podľa druhu použitého materiálu rozoznávame zmesi: jadrové (slúžia na výrobu jadier), jednotné (vyrába sa celá forma), modelové (prichádzajú do styku s kovom a tvoria líce formy), výplňové (vypĺňajú ostatnú časť formy). Ostrivo formovacích zmesí (piesok) je žiaruvzdorný materiál tvoriaci % hmotnostného a objemového zastúpenia vo formovacej zmesi, s veľkosťou častíc 0,02 mm. Menšie častice ako 0,02 mm, ktoré sa nachádzajú v ostrive sa nazývajú vyplatiteľné látky. Najpoužívanejšími ostrivami sú: kremenné piesky (základ je oxid kremičitý - SiO 2 ), magnezit a chróm magnezit (vyrába sa drvením z horniny magnezitu), šamot (najpoužívanejšie ostrivo neutrálneho charakteru, je to vypálený žiaruvzdorný íl, obsahujúci viac ako 30 % Al 2 O 3 a zvyšok je SiO 2 a ďalšie oxidy), špeciálne ostrivá (používajú sa obmedzene a to iba vtedy, keď vlastnosti bežných ostrív nestačia). Spojivá vo formovacej zmesi viažu jednotlivé zrná pieskového systému. Spojivá sú druhou hlavnou zložkou formovacích zmesí. Spojivá delímepodla pôvodu na anorganické a organické; podľa vzťahu k vode na nenavĺhavé (hydrofóbne) a navĺhavé (hydrofilné); podľa účinku spojiva s ostrivom nachemicky vytvrdzujúce (napr. vodné sklo), kondenzačné, polymerizačné (živice), oxidačné (napr. oleje a tuky), plastické (majú väznú schopnosť v surovom stave), vysychajúce (napr. sacharidy). 2.3 Zváranie Podstatou zvárania kovou je vytvorenie metalurgického spojenia, t.j. spojenia založeného na pôsobení medziatomových síl, ktoré sú príčinou súdržnosti a pevnosti kovov, teda síl ktoré udržujú veľmi účinne presnú vzájomnú polohu a odstupy atómov tvoriacich vo vnútri častíc atómovú mriežku. Zároveň udržuje stály tvar kovových predmetov (Novotný a kol., 2006). 23

24 2.3.1 Základné pojmy u tavného zvárania podľa ČSN Základné pojmy vychádzajú z obr. 2.8, kde je: Základný materiál (7) materiál, ktorý je zváraný, Prídavný materiál materiál, ktorý je pridávaný v priebehu zvárania, Zvarový kúpeľ (6) materiál, ktorý je roztavený pri zváraní, po stuhnutí nazývame zvarovým kovom, Zvarové plochy plochy základného materiálu, ktoré po zváraní sú nastavené na hranicu zvaru, Zvarový spoj (15) vlastný zvar + teplom ovplyvnená oblasť, Zvarová medzera (1), zvarová plocha (2), α uhol rozovretia (3), β uhol skosenia (4), h z hĺbka zvaru (5), teplom ovplyvnená oblasť (8), vrstva zvaru (9), zvarová housenka (10), h prevýšenie zvaru (11), líco zvaru (12), rub zvaru (13), koreň zvaru (14), Obr. 2.8 Normalizované pojmy tavného zvárania podľa ČSN Názvy zvarov sú tiež normalizované. Zváranie má v súčasnosti veľké uplatnenie v automobilovom priemysle. Používa sa hlavne pri výrobe karosérií osobných automobilov. Samozrejme, že zváranie sa využíva aj pri výrobe veľkých celkov ako železničné vagóny, tlakové nádoby, kotle, lode, ale aj pri výrobe menších strojných dielov. 24

25 Analýza fyzikálno chemických dejov zvarových spojov dovoľujú v zóne zvarového spoja určiť výskyt dvoch základných fyzikálnych dejov s väzbou nenávratnu zmenu stavu energie a hmoty. Charakter pretvorenia privedenej energie je hlavný faktor, ktorý určuje spôsob zváracieho procesu. Základné spôsoby zvárania sú uvedené na obr Tavné zváranie Zváranie plameňom Zváranie elektrickým oblúkom: -obalenou elektródou -v ochrannej atmosfére s odtavujúcou sa elektródou drát alebo plnená trubička (MIG, MAG) -v ochrannej atmosfére s neodtavujúcou sa elektródou (WIG, TIG) -automatické s rôznymi typmi elektród (uhlíková) -pod tavidlom -zváranie s rotujúcim oblúkom Zváranie termitom (aluminotermické) Zváranie elektrotruskové Zváranie laserom Zváranie plazmou Zváranie zlievarenské Zváranie elektrónové Zváranie tlakom Zváranie elektrickým odporom: -bodové -švové -výstupkové -stykové pechovaním - odtavením Zváranie trením Zvaranie indukčné Zváranie ultrazvuko Zváranie tlakom za studena Zváranie výbuchom Zváranie kovaním Obr. 2.9 Základné spôsoby zvárania Vznik zvarového spoja Výsledkom pôsobenia zváracích zdrojov na zvarný materiál je, že sa roztavuje. Kov označený izotermou T=T T, vytvára kúpeľ roztaveného kovu zvarový kúpeľ. Základný materiál sa vo zvarnom kúpeli premiešava bez prídavného alebo s prídavným materiálom. Teplota sa zdrojom tepla znižuje. Výsledkom je tuhnutie roztaveného kovu a vznik húsenice. Výnimku tvorí odporové zváranie. Tu namiesto húsenice vzniká tavný bod, šev alebo stykový spoj Druhy a tvary zvarových spojov S ohľadom na konštrukčné prevadenie rozoznávame tieto druhy zvarových spojov: tupý (obr. 2.10a) tvar T, krížové, rohové (obr. 2.10b) preplátované (obr. 2.10c) 25

26 Obr Druhy zvarových spojov (Novotný a kol., 2006) Používané názvy a tvary zvarových plôch sú na obr Obr Názvy a tvary zvarových plôch (Novotný a kol., 2006) 26

27 2.3.4 Zváranie elektrickým oblúkom Elektrický oblúk je svetelný výboj vo veľmi ionizovanej zmesi plynov a pár kruhového prierezu s vysokou teplotou. Dĺžka zváracieho oblúka sa pohybuje od 2 do 7 mm. Prúd môže byť od 10 do 2000 A a napätie od 10 do 50 V. Elektrický oblúk má niekoľko charakteristických oblastí (Blaščík a kol., 1988): na povrchu elektródy, ktorá má mínus pól (katóda), tvorí sa katódová škvrna, cez ktorú prechádza prúd. V blízkosti katódy sa vytvára v plynnom stĺpci katódová oblasť, na povrchu elektródykladným pólom (anóda) vzniká anódová škvrna a na ňu nadväzuje anódová oblasť, stredná časť stĺpca je pozitívny stĺpec, ktorý tvorí skoro celú dĺžku elektrického oblúka. Všetky tristĺpce obaľuje obálka, ktorá sa označuje ako plazma. Do oblúkového zvárania patrí rada metód, ktoré sa navzájom líšia buď druhom elektród alebo prostredím, v ktorom oblúk horí. Na obr sú uvedené spôsoby zvárania elektrickým oblúkom. Elektróda Ochranné prostredie Skratka a názov metódy Obalená látky z obalu MMA ručnou obalenou (kovové jadro a obal) elektródou zrnité tavidlo SAW automatické pod tavidlom Holý drôt alebo ochranný plyn inertný (Ar) MIG (metal-inert-gas) plnená trubička ochranný plyn aktívny (Ar+O 2 ) MAG (metal-activ-gas) ochranný plyn CO 2 CO 2 zváranie v CO 2 inertný plyn WIG-(wolfram-inert-gas) Netaviaca sa anglické označenie: wolfrámová elektróda TIG-(tungsten-inert-gas) Obr Metódy zvárania elektrickým oblúkom (Nová a kol., 2006) Zváranie elektrickým oblúkom ručne obalenou elektródou (obr. 2.13) Medzi elektródou a základným materiálom horí elektrický oblúk. Natavená elektróda poskytuje taveninu kovu alebo prídavný materiál s taveninou základného materiálu tvoria zvarový kúpeľ. 27

28 Obr Schéma ručného zváranie elektrickým oblúkom (Fischer a kol., 2004) Elektródy pre ručné zváranie elektrickým oblúkom (obr. 2.14) Obalené elektródy sa skladajú z obalu a jadra. Jadro (kovová tyčinka) sa spravidla vyrába z nízkouhlíkových ocelí a legujúce prvky sú pridávané do obalu. Obr Schéma obalenej elektródy (Nová a kol., 2005) Zváranie elektrickým oblúkom v ochranných atmosférach Pri zváraní v ochranných atmosférach (obr. 2.15) rozlišujeme zváranie v nataviacou sa wolfrámovou elektródou WIG a zváranie s odtavujúcou sa kovovou elektródou (MAG, MIG). Prednosťou je jednoduchá automatizácia zváracieho procesu a vhodnosť využitia pre robotizované pracoviská. 28

29 Zváranie v ochrannej atmosfére Zváranie wolfrámovou elektródou v ochrannej atmosféra Zváranie kovou elektródou v ochrannej atmosfére Zváranie v inertnom plyne (WIG) Wolfram plazmové zváranie (WP) Zváranie kovovou elektródou v inertnej atmosfére (MIG) Zváranie kovovou elektródou v aktívnej atmosfére (MAG) Obr Rozdelenie zvárania v ochrannej atmosfére Zabezpečenie kvalitného zvarového spoja pri oblúkovom zváraní si vyžaduje vytvorenie ochrannej zóny oblúka a roztaveného kovu od škodlivého účinku vzduchu. Na vytvorenie ochrannej zóny sa používajú inertné plyny (argón, hélium a ich zmesi nereagujú s roztaveným kovom) a aktívne plyny (oxid uhličitý, vodík) a ich zmesi s roztaveným kovom reagujú. 2.4 Tvárnenie Tvárnenie je časť strojárskej technológie, kde meníme vlastnosti, rozmery a tvar pôsobením vonkajších síl. Zmena tvaru nastáva premiestnením častíc kovu na základe plasticity. Je to najdôležitejšia vlastnosť kovov popri pevnosti a pružnosti. Jedná sa o trvalú zmenu tvaru a rozmeru tvárneného materiálu (súčiastky). Toto je vyvolané účinkom vonkajších síl tvárniaceho stroja a nástroja. Súčiastka bola pretvorená, získala iný tvar (obr. 2.16). Diagram (obr. 2.17) vysvetľuje tvárniteľnosť materiálov v závislosti od predĺženia na napätí. Tvárnenie prebieha medzi medzou pevnosti Rm a medzou klzu Re. O tvárnení hovoríme aj ako o plastickom tečení kovov. Pri tvárnení sa predpokladá, že behom veľkých plastických zmien sa objem telesa nemení. Tvárnenie vlastne nie je zo stratami materiálu. 29

30 Obr Plastická deformácia (Fischer a kol., 2004) Obr Oblasti tvárnenia v pre tvárnení diagramenapätia/predĺženia Prehľad postupov tvárnenia Podľa pôsobenia vonkajších síl na materiál rozlišujeme: tvárnenie ohybom, tvárnenie ťahom a tlakom, tvárnenie tlakom, tvárnenie ťahom a tvárnenie šmykom (obr. 2.17). Obr 2.17 Postupy tvárnenia, (Fischer a kol., 2004) 2.4.1Rozdelenie technologických procesov tvárnenia Tvárniace procesy môžeme rozdeliť podľa: teploty 30

31 tvárnenie za studena tvárnenie za tepla tepelného efektu adiabatické polytropické stupňa dosiahnutej deformácie Zákony tvárnenia Pri deformačných procesoch sa materiál správa podľa určitých pravidiel. Tieto pravidlá nazývame zákony tvárnenia. Poznáme tieto základné zákony: zákon stálosti (konštantnosti) zákon zvyškových a doplnkových napätí zákon najmenšieho odporu zákon stálosti (konštantnosti) potenciálnej energie zmeny tvaru zákon podobnosti zákon neodlučiteľnosti elastických napätí (deformácií) zákon spevnenia zákon trenia Spôsoby tvárnenia Spôsoby tvárnenia môžeme rozdeliť podľa teploty na tvárnenie za tepla a za studena. Ďalej môžeme spôsoby tvárnenia deliť podľa stavu napätosti na objemové a plošné tvárnenie. K technologickým postupom tvárnenia za tepla radíme: 1) Kovanie - voľné a zápustkové 2) Valcovanie - k hromadnej výrobe predmetov jednoduchého tvaru 3) Vytlačovanie -pre výrobu rôznych profilov, tyčí, trubiek Technologické postupy tvárnení za studenapoznáme: 1) Valcovanie 31

32 2) Ťahanie 3) Lisovanie strihanie, ohýbanie, rozširovanie, zakrucovanie, ťahanie nádob, objemové tvárnenie pretlačovanie Tvárniace procesy z pohľadu stavu napätosti rozdeľujeme na procesy: objemového tvárnenia (ubíjanie a nabíjanie za studena, valcovanie, ťahanie drôtov a profilov, pretlačovanie, razenie, kalibrovanie, tlačenie, ohýbanie) procesy plošného tvárnenia (valcovanie plechov a pasov, ťahanie plechov, strihanie, ohýbanie, rozširovanie, zakrucovanie) Druhy používaných polotovarov Veľkú pozornoť pri voľbe technológie materiálu je potrebné venovať výberu vhodných polotovarov. Od výberu polotovaru sa odvíja nielen potrebná kvalita a hospodárnosť, ale tiež aj produktivita práce. Pri tvárnení sa používajú tieto polotovary: vývalky ingoty plechy STUDIJNÍ MATERIÁLY FISCHER, U. a kol., Základy strojnictví.. Praha: Europa-Sobotáles cz, s.r.o... ISBN HLUCHÝ, M., Strojárska technológia I.. Praha: SNTL. MURGAŠ, M. a kol., Teória zlievarenstva. Bratislava: STU. 291 s. ISBN NOVÁ, I., I. NOVÁKOVÁ a J. BRADÁČ, Technologie I.: slévání, svařování.. Vyd. 1. Liberec: Technická univerzita v Liberci, 169 s. ISBN NOVOTNÝ, J. a kol., Technologie I. Praha: Vydavatelství ČVUT. 227 s. ISBN

33 ČSN Základní pojmy při sváření. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Uveďte možné členenie strojárskej metalurgie. 2. Ako delíme zlievarenske formy? 3. Aké rozoznávame zmesy v zlievarenstve? 4. Definujte základné pojmy zvárania. 5. Popíšte druhy zvarových spojov. 6. Aké poznáte druhy zváranie elektrickým oblúkom v ochranných atmosférach? 7. Vymenujte, aké poznáte základné zákony tvárneia. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Svojim princípom sa líšia jednotlivé metódy strojárskej metalurgie a často sa členia na:zlievarenstvo, tvárnenie, zváranie, spájkovanie, tepelné delenie, lepenie apod. a tepelné spracovanie. 2. Formy potrebné pri výrobe odliatkov delíme na trvalé formy a netrvalé formy. 3. Podľa spôsobu použitia, veľkosti, zložitosti odliatku a podľa druhu použitého materiálu rozoznávame zmesi: jadrové (slúžia na výrobu jadier), jednotné (vyrába sa celá forma), modelové (prichádzajú do styku a s kovom tvoria líce formy), výplňové (vypĺňajú ostatnú časť formy). 4. Základné pojmy zvárania sa vychádzajú z obr Druhy zvarových spojov sú na obr Rozdelenie zvárania v ochrannej atmosfére je na obr Poznáme tieto základné zákony tvárneia: zákon stálosti (konštantnosti), zákon zvyškových a doplnkových napätí, zákon najmenšieho odporu, zákon stálosti 33

34 (konštantnosti) potenciálnej energie zmeny tvaru, zákon podobnosti, zákon neodlučiteľnosti elastických napätí (deformácií), zákon spevnenia, zákon trenia. 34

35 3. Tepelné spracovanie kovových materiálov KLÍČOVÉ POJMY Tepelné spracovanie, žíhanie, kalenie a popúšťanie, chemicko-tepelné spracovanie, termomechanické spracovanie, CÍLE KAPITOLY Po preštudovaní tejto kapitoly študent bude: - mať základné poznatky tepelného spracovania kovových materiálov - vedieť vysvetliť spôsoby žíhania, kalenia a popúšťania - poznať spôsoby chemicko tepelného spracovania - poznať spôsoby termomechanického spracovania 4 ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY VÝKLAD Mechanické vlastnosti zliatin železa sú dané ich chemickým zložením. Pôsobenie uhlíka výzazne ovplyvňuje ich výslednú štruktúru a vlastnosti. Zvyšovaním obsahu uhlíka napr. u ocele zvyšuje v určitom rozsahu tvrdosť, pevnosť a medz klzu na úkor húževnatosti a tvrdosti. Tepelným spracovaním sa môžu tieto vlastnosti meniť. Pri tepelnom spracovaní ocelí sú dva základné úkony ohrev a ochladzovanie. Toto prebieha tak, aby sa dosiahlo požadovaných vlastností. Pritom sa nemení skupenstvo ani tvar materiálu. Vlastnosti materiálu sú určované zmenou ich vnútornej stavby. Tieto sa dosahujú rôznymi spôsobmi ohrevu a ochladzovania. Všetky kovy v pevnom stave sú 35

36 zložené z kryštálov a ich usporiadaniu hovoríme štruktúra. Štúdiom usporiadania štruktúry kovov sa zaoberá metalografia. Tepelné spracovanie je proces, pri ktorom predmet alebo jeho časť v tuhom stave podrobený jednému alebo viacerým tepelným cyklom, za účelom dosiahnutia požadovaných vlastností materiálu. Zmeny v štruktúre a vlastnostiach materiálu sa dosahujú iba riadnym ohrevom a ochladzovaním (Pulc a kol., 2008). Chemicko-tepelné spracovanie je difúzne nasycovanie ocele kovom, nekovom alebo polokovom pri zvýšenej teplote. Dosiahnutie požadovaných vlastostí vzniknutej povrchovej vrstvy vyžaduje alebo nevyžaduje ďalšie tepelné spracovanie (Pulc a kol., 2008). Tepelno-mechanické spracovanie je postup, pri ktorom sa zmena štruktúry a vlastností dosahuje kombinovaným účinkom tepelného spracovania a intenzívnym tvárnením (Pulc a kol., 2008). Technologické postupy tepelného spracovania kovov, používané v technickej praxi môžeme rozdeliť do štyroch základných skupín (Skočovský a kol., 2006) 1. Postupy, pri ktorých získavame v porovnaní s východiskovým stavom rovnovážnejšie štruktúry. Používajú sa s rôznymi konkrétnymi cieľmi pri všetkých kovových materiáloch. Tieto postupy označujeme súhrnným názvom žíhanie. 2. Postupy, pri ktorých vytvárame štruktúry o určitom stupni nerovnovážnosti. Pri oceliach pozostávajú takéto postupy z kalenia a popúšťania. V hliníkových liatinách (príp. ďalších zliatinách neželezných kovov) sa používa postup nazývaný vytvrdzovanie. 3. Postupy, pri ktorých dochádza okrem štrukturálnych zmien aj k zmenám chemického zloženia povrchových vrstiev materiálu t. j. chemicko tepelné spracovanie. 4. Postupy, pri ktorých sa dosahuje požadovaná zmena vlastností kombináciou intenzívneho tvárnenia a tepelného spracovania, t. j. termomechnické spracovanie. Zliatiny železa majú rôznu štruktúru pri teplote do 723 C. Táto štruktúra je závislá od obsahu uhlíka (obr. 3.1). 36

37 Prehľad o štruktúrach zliatiny železa s určitým obsahom uhlíka pri určitej teplote podáva diagram železo-uhlík (obr. 3.2). Plné a prerušované čiary v diagrame ohraničujú oblasti. Napr. čiara P-S oddeľuje oblasť feriticko-perlitická štruktúry od oblasti austeniticko-perlitické štruktúry alebo čiara G-S oblasť austeniticko-feritické od oblasti austeniteckej štruktúry. Pri prechode hraníc čiar sa štruktúra mení (Fischer a kol., 2004). Obr. 3.1 Druhy Obr. 3.2 Diagram zliatin železa s uhlíkom a oblastištruktúr štruktúrymateriálumateriálu s rôznym obsahom C (Fischer a kol., 2004) (Fischer a kol., 2004) 3.1 Žíhanie Žíhanie je spôsob tepelného spracovania. Týmto spôsobom chceme u súčiastky dosiahnuť spravidla rovnovážneho stavu. Podstatou žíhania je rovnomerný ohrev súčiastky na žíhaciu teplotu, výdrž (zotrvanie) na tejto teplote po určitú dobu a následne nastupuje spravidla pomalé ochladzovanie. Ohrev súčiastok na žíhaciu teplotu je robený v peciach s plynnou atmosférou. Najčastejšie je ohrev robený v peciach s prirodzenou atmosférou. Ďalšou možnosťou je ohrev robený v peciach so zvíreným prostredím. Toto prostredie vytvárajú plynom nadnášané častice piesku. 37

38 V praxi používame niekoľko spôsobov žíhania. Na obr. 3.3 je prehľad spôsobov žíhania. Oceľ môžeme žíhať bez prekryštalyzácie alebo s prekryštalyzáciou. Spôsob žíhania -na mäkko -rekryštalizačné -protivločkové Bez prekryštalizácie - naodstránenie krehkosti - naodstránenie vnútorných napätí S prekryštalizáciou -normalizačné -homogenizačné -izotermické Žíhacia teplota[ C] Označenie prvou doplnkovou číslicou za značkou ocele C C C C C C C C Obr. 3.3 Prehľad spôsobov žíhania ocelí 1X XXX X XXX Od chemického zloženia ocele a druhu žíhania je závislá výška žíhacej teploty a čas výdrže. Podľa výšky teploty na žíhanie rozoznávame žíhanie bez prekryštalizácie a žíhanie s prekryštalyzáciou. V prvom prípade sú teploty žíhania pod A1 a v oceli nevzniknú žiadne fázové premeny (môže vzniknúť usporiadanie fáz). V druhom prípade sa používajú teploty, pri ktorých východisková štruktúra sa mení na austenit. Oceľ sa zohrieva nad teploty A3 resp. Acm (Pulc a kol., 2004). Na obr. 3.4 sú ukázané oblasti základných spôsobov žíhania. Obr. 3.4 Oblasti žíhacích teplôt v rovnovážnom diagrame Fe-Fe3C (Pulc a kol., 2004) Žíhanie s prekryštalizáciou: a - homogenizačné, b - normalizačné. Žíhanie bez 38

39 prekryštalizácie. c - na mäkko, d - rekryštalizačné, e - protivločkové, f - k zníženiu vnútorných napätí, g - na odstránenie krehkosti po morení. 3.2 Kalenie a popúšťanie Kaliteľnosť je schpnosť ocele dosiahnuť vyššiu tvrdosť. Kalenie je ohrev ocele na prekryštalizačnú teplotu, výdrž na tejto teplote a následné ochladenie rýchlosťou väčšou, ako je spodná krytická rýchlosť ochladzovania. Najmiernejšie a ekonomicky najvýhodnejšie kaliace prostredie je vzduch. Cieľom kalenia je dosiahnuť iný stav ako je rovnovážny stav. Podľa toho, aká štrukturálna zložka prevažuje, ktorá môže byť v oceli po kalení (martenzit alebo baint), delíme kalenie na martenzitické alebo baintické. Súčiastky sú kalené spravidla na martenzitickú štruktúru. Kaliaca teplota podeutektoidných ocelí leží 30 až 50 C nad Ac3. Kaliaca teplota nadeutektoidných ocelí leží 30 až 50 C nad Ac1. Na obr. 3.5 je pásmo kaliacich uhlíkových ocelí. Obr. 3.5 Kaliace teploty uhlíkových ocelí (Pulc a kol., 2004) Spôsoby kalenia. Pri kalení sa mäkký a húževnatý austenit premieňa na martenzit. Je to martenzitické kalenie. Uhlík je v železe α uzavretý, deformuje kryštalickú mriežku, spůsobuje veľké pnutia a veľkú tvrdosť. Vnútorné napätia môžu viesť k lomom, 39

40 trhlinám alebo deformáciám. Sú okrem zmien v kraštalickej mriežke spôsobené tiež nerovnakým chladnutím v rôznych prierezoch. Tiež objemovými zmenami, pretože martenzit má väčší objem ako austenit. Kalenie so zmrazovaním je martenzitickým kalením s pretržitým ochladzovaním. Izotermické baintické kalenie je typom kalenia, kde po austenitizácii nasleduje ochladzovanie vyššou rýchlosťou ako je kritická do oblasti premeny austenitu na bainit. Následne je izotermickí výdrž do ukončenia premeny. Nakoniec nasleduje ochladenie na teplotu vzduchu (prostredia). Popúšťanie je ohrev zakalenej ocele s martenzitickou štruktúrou na teploty A1 za účelom vytvorenia štruktúr bližších rovnovážnym. Z technologického hľadiska rozdeľujeme popúšťanie pri nízkych teplotách (do 300 C) a pri vysokých teplotách (nad 400 C). a) b) Obr. 3.6 Štruktúra uhlíkovej ocele po kalení a popúšťaní a - pri nízkej teplote (martenzitická štruktúra), b - pri vysokej teplote (Pulc a kol., 2004) 3.3 Chemicko-tepelné spracovanie Postupy difúzneho nasycovania povrchu súčiastok niektorými prvkami zahŕňa chemicko-tepelné spracovanie. Cieľom chemicko-tepelného spracovania je vyvolať zmeny mechanických, chemických a fyzikálnych vlastností prvkov. Rozumieme týmto spracovaním spôsoby difúzneho sýtenia povrchu ocelí rôznymi prvkami ako Al, B, C, N, C+N, Si a iné. Postupy chemicko-tepelného spracovania sa rozdeľujú (Pulc a kol., 2004): 40

41 a) Postupy, po ktorých nasleduje tepelné spracovanie vytvorených vrstiev s cieľom dosiahnuť ich požadované vlastnosti (patria sem cementovanie a nitrocementovanie) b) Postupy, pri ktorých sa dosiahnu požadované vlastnosti bezprostredne pri chemicko-tepelnom spracovaní bez ďalšieho chemicko-tepelného spracovania (nitridovanie, karbonitridovanie, sulfonitridovanie a sulfanizovanie) Samostatnú skupinu chemicko-tepelného spracovania tvoria technológie difúzneho pokovovania (difúzne chromovanie, kremíkovanie a bórovanie) Cementovanie Je to najrozšírenejší spôsob chemicko-tepelného spracovania. Pri ňom sa povrch uhlíkových, nízkolegovaných a vyššie legovaných ocelí s nízkolegovaným obsahom uhlíka (do 0,25 % C) sýti uhlíkom na eutektoidnú, popr. nadeutektoidnú koncentráciu 0,8 1 % hmotn. uhlíha). Cieľom nasycovania povrchu uhlíkom je zvýšiť kaliteľnosť povrchovej vrstvy súčiastky. Zároveň získať tvrdú povrchovú vrstvu po kalení a popúšťaní. Cementovanie sa robí v tuhom, kvapalnom a plynnom prostredí Nitridovanie Nitridovaním rozumieme nasycovanie povrchu oceľových súčiastok dusíkom a vytvárané vrstvy sú tenšie ako cementovaním. Hrúbku dosahujú 0,05 0,5 mm. Tvrdosť dosahujú nad 1000 HV. Táto chemicko-tepelná úprava povrchu súčiastok sa robí pri teplote C (obr. 3.7). Základnú predstavu o štruktúre nitridovania môžeme získať z rovnovážneho diagramu Fe-N. 41

42 Obr. 3.7 Vplyv teploty a času na hrúbku nitridovanej vrstvy (Pulc a kol., 2004) V plynnom prostredí je zdrojom dusíka čpavok. Tento sa v styku s povrchom súčiastky rozkladá. Môžeme to vyjadriť rovnicou: Ďalšie spôsoby chemicko-tepelného spracovania K ďalším spôsobom chemicko-tepelného spracovania radíme: nitrocementovanie nasycovanie povrchu uhlíkom a dusíkom v teplotách okolo AC 3, karbonitrozovanie nasycovanie povrchu uhlíkom a dusíkom v teplotách okolo C, sulfonitridovanie - nasycovanie povrchu sírou a dusíkom v plynnom alebo kvapalnom prostredí (soľný kúpeľ 95 % kyanidu sodného a 5 % siričitanu sodného), sulfonizovanie - nasycovanie povrchu súčiastok sírou. Je to podobný proces ako sulfonitridovanie, difúzne pokovovanie - nasycovanie povrchu súčiastok chrómom (difúzne chromovanie), kremíkom, hliníkom (alitovanie, alumetovanie) žiaruvzdorné a odolné voči korózii, bór zvyšuje tvrdosť povrchovej vrstvy a odolnosť voči opotrebeniu. Väčšina postupov chemicko-tepelného spracovania, rovnako ako povrchové kalenie, majú podobný účinok t.j. vytvorenie tvrdej, oteruvzdornej povrchovej vrstvy. Tieto vrstvy sú rovnako hrubé a nemajú rovnakú tvrdosť (obr. 3.8), preto sú vhodné pre iné použitie. Najtvrdšie, najrovnomernejšie, ale aj najtenšie sú nitridačné vrstvy. Sú vhodné vtedy, ak je súčiastka namáhaná na oter, ale nie sú pri príliš veľkých tlakoch (Skočovský a kol., 2006). 42

43 Obr. 3.8 Priebeh tvrdosti v rôznych vrstvách 1 - povrchové kalenie, 2 - cementovanie, 3 - nitrocementovanie, 4 - karbonitridovanie, 5 - nitridovanie Tepelno-mechanické spracovanie Spôsoby tepelno-mechanického spracovania sa najčastejšie rozdeľujú podľa teploty tvárnenia (Skočovský a kol., 2006): Nízkoteplotné termomechanické spracovanie spočíva z ohrevu nad Ac 3, ochladení nadkritickou rýchlosťou do oblasti metastabilného austenitu, kalení, príp. nízkom popúšťaní (obr. 3.9b). Vysokoteplotné termomechanichické spracovanie spočíva z ohrevu nad Ac 3, deformácia v oblasti stabilného austenitu, podchladenia s martenzitickou transformáciou, príp. nízkeho popúšťania (obr. 3.9a). Obr. 3.9 Spôsoby tepelnomechanického spracovania (Skočovský a kol., 2006) 43

44 STUDIJNÍ MATERIÁLY PULC, V., V. HRNČIAR a E. GONDÁR, Náuka o materiáli. Bratislava. ISBN SKOČOVSKÝ, P. a kol., Náuka o materiály pre odbory strojnícke. Žilina: Vydavateľstvo ŽU. 349 s. ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Vysvetlite proces tepelného spracovania. 2. Definujte chemicko-tepelné spracovanie. 3. Vysvetlite pojem tepelno-mechanické spracovanie. 4. Aké poznáte spôsoby žíhania? 5. Vysvetlite cieľ kalenia. 6. Vysvetlite čo rozumiete pod pojmom nitridovanie. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Tepelné spracovanie je proces, pri ktorom predmet alebo jeho časť v tuhom stave podrobený jednému alebo viacerým tepelným cyklom, za účelom dosiahnutia požadovaných vlastností materiálu. Zmeny v štruktúre a vlastnostiach materiálu sa dosahujú iba riadnym ohrevom a ochladzovaním (Pulc a kol., 2008). 2. Chemicko-tepelné spracovanie je difúzne nasycovanie ocele kovom, nekovomalebo polokovom pri zvýšenej teplote. Dosiahnutie požadovaných vlastostí vzniknutej povrchovej vrstvy vyžaduje alebo nevyžaduje ďalšie tepelné spracovanie (Pulc a kol., 2008). 3. Tepelno-mechanické spracovanie je postup, pri ktorom sa zmena štruktúrya vlastností dosahuje kombinovaným účinkom tepelného spracovania a intenzívnym tvárnením (Pulc a kol., 2008). 4. Obr

45 5. Cieľom kalenia je dosiahnuť iný stav ako je rovnovážny stav. Podľa toho, aká štrukturálna zložka prevažuje, ktorá môže byť v oceli po kalení (martenzit alebo baint), delíme kalenie na martenzitické alebo baintické. 6. Nitridovaním rozumieme nasycovanie povrchu oceľových súčiastok dusíkom a vytvárané vrstvy sú tenšie ako cementovaním. Hrúbku dosahujú 0,05 0,5 mm. 45

46 4. Delenie materiálu KLÍČOVÉ POJMY Konvenčné delenie materiálu, nekonvenčné delenie materiálu, tepelné delenie materiálu, pílenie, pilníky, sekanie, rezanie plameňom, rezanie vodným lúčom CÍLE KAPITOLY Po preštudovaní tejto kapitoly študent bude: - poznať spôsoby delenia materiálu - poznať ručné delece materiálu (pílovanie, rezanie, sekanie, atď.) - poznať nekonvenčné spôsoby delenia materiálu - vedieť spôsoby tepelého delenia materiálov ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 4 VÝKLAD Delenie materiálu patrí medzi prvé operácie pri výrobe súčiastky. Podieľa sa na spotrebe materiálu, využití materiálu, na jeho ďalšom spracovaní a spotrebe celkového pracovného času. Spôsoby delenia materiálu: konvenčné nekonvenčné tepelné 46

47 4.1 Konvenčné delece materiálu Ku konvenčné delenie materiálu radíme všetky tradičné mechanické spôsoby delenia materiálu a to: a) Delenie jednou reznou hranou. Operácie zápichového rezania sa robia na sústruhu. Pri vonkajšom priemere je operácia rovnako efektívna ako pri bežných prácach na sústruhu. Avšak pri zmenšovaní priemeru deleného materiálu sa rezacie podmienky zhoršujú. Nástroj sa môže poškodiť pri dorezávaní a odlomení materiálu. b) Strihanie. Strihanie je termín pre beztrieskové delenie plechov. Pri strihaní do materiálu vnikajú klíny z obidvoch strán. Kvalita strihu je závislá od uhlu čela noža, jeho ostrosti reznej hrany a od nastavenia stroja. c) Pilovanie, rezanie, rozrezávanie. Pilovanie alebo strojné pilovanie je uskutočňované odberom drobných triesok. Tieto triesky sú odoberané veľkým počtom zubov, ktoré sú na činnej ploche pilníka. Pilníky delíme na: - Pilníky na ručné pilovanie - Pilníky na strojové pilovanie rotačné as priamočiarým vratnýmpohybom Na ručných pilníkoch rozoznávame 3 časti a to teleso pilníka, stopka a rukoväť. Dielenské pilníky sa používajú pri zámčníckych, opravárenských a montážnych prácích. Na telese pilníka sú zuby jednoduché alebo krížové. Jemnosť alebo hrubosť pilníkov je vyjádřená počtom sekov na 1 cm dlĺžky. Štandartné dododávky sú jemných, stredných a hrubých pilníkov (obr. 4.1). Označenie seku 1 hrubý 2 stredný 3 jemný Dĺžka pilníka [mm] Počet sekov na cm

48 Obr. 4.1 Hrubosť dílenských pílníkov Pre obzvlášť jemné práce sa používajú jemné pilníky (obr. 4.2). Skladajú sa z telesa pilníka, ktorý prechádza do valcovej stopky. Jemné pilníky sa používajú na jemné práce při údržbe, opravách a montáži hlavne prístrojov a zariadení. Strojové pilovanie sa uplatňuje najmä pri výrobe nástrojov, zápustiek, foriem a šablón. Kotúčové pilníky s priemerom nástroja nad 300 mm sa používajú pri pilovaní rovinných plôch, ktoré zvierajú uhol 90. Obr. 4.2 Ihlové pilníky Pílenie je rozrezávanie materiálu viacklínovým pásovým alebo kotúčovým nástrojom. Týmito nástrojmi sú pílový list alebo pílový kotúč. Strojové zariadenia rozoznávame podľa druhu použitého nástroja a delíme na rámové, pásové a kotúčové. Pri rozrezávaní rámovou pílou v oblúkovom ráme je upnutý pílový list a vykonáva priamočiary vratný pohyb (obr. 4.3). 48

49 Obr. 4.3 Rámová píla (Vasilko a kol., 1991) d) Delenie trením je v princípe delenie materiálu tavením. Nástrojom sú pevný kovový kotúč alebo pásová píla. Materiál sa roztavuje a oddeľuje trením v mieste rezu. Metóda delenia tavením je vysokovýkonná metóda. Tupý nástroj je niekedy výhodnejší ako ostrý. Táto metóda sa používa na rezanie, keď nie je možné rezať plameňom napr. ocele a niektoré neželezné texty. e) Rozbrusovanie je brúsny proces s malým posuvom a s veľkou hĺbkou rezu. Tento proces je podobný frézovaniu. Nástrojom je plochý brúsny kotúč, ktorého zrná sú z karbidu kremíka. Vystužuje ich vlákna, ktoré sú spojené brusivom a spojivom zo syntetickej živice. Hlavný (rezný) pohyb vykonáva nástroj (brúsny kotúč). Vedľajší (posuvný) pohyb tiež vykonáva nástroj. f) Drôtové rezanie je v princípe to isté ako delenie materiálu rozbrusovaním. Brúsnym účinkom pohybujúceho sa drôtu povlakovaného brusivom sa vykonáva odoberanie materiálu. Drôt miernym tlakom pôsobí na obrobok, ktorý sa pohybuje v smere posuvu kolmo na prevíjajúci sa drôt. Pri procese rezania sa nesmú poškodiť rezné plochy. g) Lámanie, sekanie a prebíjanie. Sekanie je trieskové delenie materiálu s veľkou trieskov. Sekavcia sila je vyvíjaná kladivom na sekáč. Sekáče (obr. 4.4) sú vyrobené z nástrojovej legovanej ocele. Rezná časť (brit) je zakalená a popúšťaná. 49

50 Obr. 4.4 Základné časti plochého sekáča (obr. Kocman, K. Prokop, K., 2002) a) hlava sekáča s údernou plochou, b) telo, c) brit, β 0 ) ortogonálny uhol britu 4.2 Nekonvenčné delenie materiálu Nekonvenčné spôsoby delenia materiálu majú rovnaké princípy ako pri beztrieskových metódach obrábania. Samotné princípy týchto spôsobov sa aplikujú v špeciálnych prostrediach a podmienkach. Odoberania materiálu má obmedzujúce parametre, ktoré sú prispôsobené prevádzkovým podmienkam. Jedná sa o rezanie plazmovým lúčom, vodným prúdom, laserovým lúčom atď. Pri rezanie plazmovým lúčom sa postupne odtavuje a vyparuje materiál obrobku. Termická a kinetická energia stĺpca ionizovaného plynu, prechádzajúceho plazmovým horákom, pri dopade na povrch materiálu obrobku zapríčiňuje tavenie, odstrekovanie a rozprašovanie materiálu tuhej fázy. Teplota plazmového oblúka (10000 až C) sa vytvára vznikom plazmy pri prechode zmesí médií (plyny, voda, vzduch) elektrickým oblúkom, ktorý horí medzi elektródou (-) a rezným materiálom (+).(Vasilko a kol., 1991). Metóda rezanie vodným prúdom je založená na odoberaní materiálu obrobku mechanickým odpadom vodného prúdu s vysokou rýchlosťou a kinetickou energiou. Kritický tlak vody prechádza dýzou malého priemeru rýchlosťou m.s -1. Materiál nie je poškodzovaný. V zóne rezania vzniká iba trenie s nizkoviskóznou kvapalinou. Táto má nízku tepelnú kapacitu a dobrú tepelnú vodivosť. Rezanie vodným prúdom sa používa na rezanie pórových látok vystužených vláknami kompozitných materiálov na báze sklených a grafitových vlákien.vodný prúd 50

51 sa skladá z pevného jadra vystrekujúcej vody z dýzy, obklopeného hmlovitými čiastočkami. Rezanie abrazívnym vodným prúdom - brúsnymi abrazívnymi prostriedkami sa zvyšuje účinnosť rezania vodným prúdom. Táto metóda sa nazýva aj erózia prúdom brúsnych čiastočiek. brúsnym prostriedkom je suché brusivo. Do zóny rezania sa privádza dvoma spôsobmi a bočným alebo centrálnym.vývoj a výroba sa orientuje na dvoj a trojrozmerné tvarové rezanie s CNC systémami. Rezanie laserovým lúčom je progresívna technológia rezania materiálu. Používa sa tam, kde to iným spôsobom nie je možné, pretožez ekonomického hľadiska je neefektívna. Vysokokoncentrovaná svetelná energia vyvolaná elektrickým potenciálom v prúdiacom laserovom plynovom médiu vystupuje z plynovej komory ako lúč, ktorý zrkadlo usmerní cez bezpečnostný ventil šošovky. Táto šošovka fokusuje a koncentruje laserový lúč prechádzajúci dýzou do ohniska reznej zóny obrobku. V tejto zóne sústredené vysoké teplo taví a odparuje rezný materiál. Laserový lúč svetelnej energie vzniká v plynovej komore použitím zmesi plynov CO 2 + N 2 + He. Takýmto laserovým lúčom možno rezať materiály s hrúbkou 1 3 mm. Ak sa do laserového lúča privádza ďalší interný alebo aktívny plyn, možno rezať materiály hrubšie ako 10 mm. Do laserového lúča sa môže privádzať vzduch, ktorý sa pri rezaní nekovových materiálov správa ako interný plyn a pri rezaní kovov ako aktívny plyn (Vasilko a kol., 1991). 4.3 Rezanie kovov kyslíkom Rezanie kovov kyslíkom je metóda tepelného delenia materiálu. Materiál sa reže rezacím horákom. Princíp ručného rezacieho horáka je na obr. 4.5 a univerzálneho horáka na obr K rukovätiam zváracích horákov rezacie typu L5 sa používajú nadstavce typu RNL4. Existujú aj ďalšie typy napr. rukoväť typu U5 pre rezacie nadstavce RN6, RNK6 a RNN6. 51

52 Obr. 4.5 Schémy rezacích horákov Obr. 4.6 Rez ručným rezacím horákom (Adámka a kol., 1983) (Adámka a kol., 1983) Druhy rezov Podľa ČSN rozlišujeme kolmý rez (obr. 4.7), šikmý rez, priamy rez (obr. 4.8), tvarový rez. Kolmý rez je použiteľný pre všetky hrúbky materiálu. Pri menších hrúbkach sa používajú iné druhy rezov. Obr. 4.7 Rezy vyhotovené rezaním kyslíkom (Adámka a kol., 1983) a-kolmý, b-šikmý, α-uhol skosenia rezných plôcha a b Obr. 4.8 Rezy vyhotovené rezaním kyslíkom (Adámka a kol., 1983) a-priamy, b-šikmý, 1-kolmý, 2-šikmý Ďalej sa v praxi používajú rezy tvaru V (plechy menších hrúbok), rezy tvaru Y (príprava zvarových plôch väčších hrúbok), rezy tvaru X (pre zváranie veľkých hrúbok) a niekedy pre zvarové plochy tvaru K. 52

53 STUDIJNÍ MATERIÁLY ADAMKA, J. a kol., Základy zvárania, delenia a spájkovania kovov.. Bratislava: Alfa. 528s. KOCMAN, K. a J. PROKOP, Výrobní technologie II. Brno: CERM, 85 s. ISBN VASILKO, K. a kol., Technológia obrábania a montáže.. Bratislava: Alfa, 494 s. ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Aké spôsoby delenia materiálu poznáte? 2. Vysvetlite použitie jemných pilníkov. 3. Vysvetlite pojem sekanie materiálu. 4. Popíšte princíp rezania abrazívnym vodným prúdom. 5. Popíšte druhy rezov při rezaní kyslíkom. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Spôsoby delenia materiálu:konvenčné, nekonvenčné a tepelné. 2. Pre obzvlášť jemné práce sa používajú jemné pilníky. Jemné pilníky sa používajú na jemné práce při údržbe, opravách a montáži hlavne prístrojov a zariadení. 3. Sekanie je trieskové delenie materiálu s veľkou trieskov. Sekavcia sila je vyvíjaná kladivom na sekáč. Sekáče sú vyrobené z nástrojovej legovanej ocele. Rezná časť (brit) je zakalená a popúšťaná. 4. Rezanie abrazívnym vodným prúdom,brúsnymi rúsnymi abrazívnymi prostriedkami sa zvyšuje účinnosť rezania vodným prúdom. Táto metóda sa nazýva aj erózia prúdom brúsnych čiastočiek. Brúsnym prostriedkom je suché brusivo. Do zóny rezania sa privádza dvoma spôsobmi a bočným alebo centrálnym. 53

54 5. Druhy rezov podľa ČSN rozlišujeme kolmý rez (obr. 4.7), šikmý rez, priamy rez (obr. 4.8), tvarový rez. Kolmý rez je použiteľný pre všetky hrúbky materiálu. Pri menších hrúbkach sa používajú iné druhy rezov. 54

55 5. Tvárnenie za studena KLÍČOVÉ POJMY Tvárnenie za studena, objemové tvárnenie, plošné tvárnie CÍLE KAPITOLY Po preštudovaní tejto kapitoly študent bude: - mať základné poznatky tvárnenia za studena - poznať spôsoby objemového tvárnenia za studena - poznať spôsoby plošného tvárnenia za studena ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 4 VÝKLAD Tvárnenie za studena je technologické spracovanie materiálu. Pri tomto spracovaní materiálu teplota leží pod teplotou rekryštalizácie. Rekryštalizačná teplota T r je rôzna a závislá od materiálu, apreto sa spravidla uvádza od teploty tavenia T t. Pri väčšine kovov platí vzťah: [K] Lisovacou technikou podľa ČSN rozumieme spracúvanie kovových a iných polotovarov a materiálov strihaním alebo tvarovaním. V lisovacej technike hovoríme o týchto základných prácach: 55

56 strihanie (delenie materiálu) postupné alebo súčasné oddeľovanie materiálu strihacími nástrojmi tvarovanie (premiestňovanie materiálu) je mechanické spracovanie premiestňovaním jeho častí ťahom a tlakom 5.1 Objemové tvárnenie za studena Objemové tvárnenie za studena je proces tvárnenia polotovaru, ktorý je pripravený strihaním alebo rezaním z tyčového materiálu. Proces prebieha pod teplotou rekryštalizácie tvárneného materiálu. Deformačné spevnenie materiálu je sprievodným znakom objemového tvárnenia za studena. Je to dôsledok zvyšovania tvrdosti a pevnosti materiálu. Výhody: vysoká presnosť a kvalita povrchu výtvarku, vysoké mechanické vlastnosti výtvarkov, nízke prídavky na obrábanie, vysoká produktivita, lepšie pracovné prostredie ako pri tvárnení za tepla Ubíjanie a nabíjanie za studena Ubíjanie materiál stláčaním sa premiestňuje tak, že sa zväčšuje prierez polotovaru na úkor dĺžky alebo výšky. Používa sa napr. na výrobu matíc do veľkosti M12. Nabíjanie je v podstate proces ubíjania a vytvára sa ním proces zväčšenia prierezu buď na konci alebo na inom mieste prierezu. Používa sa napr. na výrobu skrutiek do veľkosti M12. Pri ubíjaní a nabíjaní je vyvolaný vonkajším zaťažením pomerne zložitý priestorový stav napätosti, hlavne preto, že vzniká vonkajšie trenie. Trenie na kontaktných plochách je tiež príčinou nerovnomerného rozloženia tvárniaceho tlaku na týchto plochách a vzniku tzv. súdkovitého tvaru pri voľnom ubíjaní podľa obr (Bača a Bílik, 2000) Valcovanie Valcovaním rozumieme kontinuálny proces, pri ktorom sa tvárnený materiál deformuje medzi otáčajúcimi sa pracovnými valcami za podmienok prevažujúceho 56

57 všestranného tlaku.valcovaný materiál sa medzi valcami deformuje. Výsledkom procesu je vývalok. Operácie valcovania delíme: pozdĺžne valcovanie pozdĺžne tvarové valcovanie: plynulé, prerušované, periodické priečne valcovanie kosé valcovanie: dierovanie kosým valcovaním a kosé periodické valcovanie rozvalcovanie vrúbkovanie valcovanie závitov Ťahanie drôtov a profilov Ťahanie je preťahovanie polotovaru otvorom průvlaku, pri ktorom sa zmenšuje priečny prierez a zväčšuje dĺžka. Súčasne sa menia mechanické vlastnosti (zvyšuje sa medza sklzu a medza pevnosti). Zlepšuje sa akosť povrchu a dosahujeme presných tvarov a rozmerov. Celková deformácia sa prevádza postupne v niekoľkých za sebou idúcich prievlakoch. Deformácia v jednom prievlaku je relatívne malá a tvorí % vstupnéhoprierezu. Pri dobre zvolenej technológii je možné dosiahnuť celkovej deformácie na úrovni %.Takúto deformáciu bez medzižíhania umožňuje stav napätosti v prievlaku.k takejto redukcii priemeru napomáha veľký radiálny tlak, ktorý vzniká rozkladom síl v kužeľovej časti prievlaku (obr. 5.1). Obr. 5.1 Schéma ťahania drôtu (Letko a kol., 2001) R o je vstupný polomer drôtu, R f je výstupný polomerťahaného drôtu 57

58 5.1.4 Kalibrovanie Kalibrovanie plôch sa používa na spresnenie rozmerov protiľahlých a rovnobežných plôch výtvarkov pri tvárnení napr. váhadiel, ojníc, pák, atď. Objemová kalibrácia za studena sa používa k spresneniu geometrického tvaru a rozmerov všetkých plôch súčiastok. Spolu s touto technológiou sa môže vykonávať aj kalibrovanie otvorov kalibračnými tŕnmi. Kalibrovanie môžeme rozdeliť na operácie: kalibrovanie hladením (tlačením),rovinné kalibrovanie, kalibrovanie po ťahaní plošnom, objemovom, kalibrovanie otvorov, tvarové kalibrovanie a kalibrovanie po ohýbaní Volné kovanie Volné kovanie je možné robiť strojne alebo ručne. Ručné kovanie je záležitosťou uměleckého kovania. Pri volnom strojnom kovaní sa jako polotovar používa predvalok alebo ingot. K základným operáciam volného kovania radíme sekanie, predlžovanie, pechovanie, osadzovanie, presadzovanie, ohýbanie a dierovanie. Stroje pre volné kovanie Vo velkých kováčňach sa používajú tvárniace stroje pre voľné kovanie, hydraulické lisy, parné buchary, kompresorové buchary a pružinové buchary. Kompresorové buchary (obr. 5.2) používame ich na malé a stredné výkovky 58

59 Obr. 5.2 Kompresorový buchar (Novotný a kol., 2006) Pružinové buchary (obr. 5.3) nahradzujú prácu ručného kovania a používajú sa hlavne v údržbe. Obr. 5.3 Pružinový predkovací buchar (Novotný a kol., 2006) 59

60 5.1.6 Zápustkové kovanie Je to tvárnenie materiálu zohriateho na kovaciu teplotu v dutine kovacieho nástroja. Tomuto hovoríme zápustka. Zápustka má zvyčajne dve časti. Jedna časť je pohyblivá a druhá časť je pevná alebo horná a dolná časť. Zápustkové kovanie môžeme rozdeliť na (Bača a Bílik,, 2000): a) kovanie v otvorených zápustkách (Ide vlastne o kovanie s výronkom), b) kovanie v uzavretých zápustkách (Ide o kovanie bez výronkom). Podľa druhu použitého kovacieho stroja môžeme zápustkové kovanie rozdeliť na (Bača a Bílik, 2000): a) kovanie na buchroch, b) kovanie na lisoch kovanie na zvislých kovacích strojoch, kovanie na vodorovných kovacích strojoch, c) kovanie na kovacích valcoch. Tvárniace stroje pre zápustkové kovanie Buchary výhodne sa uplatňujú v malosériovej výrobe, výrobe prototypov a při ověřovacích sériach. Padacie buchary umožňujú silný, ale aj ľachký úder, používajú lacné nástroje z ľachko tavitelných zliatin a umožňujú výrobu zložitých tvarov. Na obr. 5.4 je ukázaná kombináta ťahania s lemovaním alebo ohýbaním. Tu je vidiet napr. prehnuté rámy, polonátrubky, krížové výstuhy, výťažky vo forme krabíc z rebrovaným dnom apod. Obr. 5.4 Tvary a diely vyrábaných na bucharoch (Samek a Šmehlíková, 2010) 60

61 K bucharom radíme jednočinné a dvojčinné padacie buchary a protibežné buchary. Pri zápustkovom kovanípoužívanézvislé kľukové kovacie lisy, vodorovné kovacie lisy, vretenové lisy (obr. 5.5) a hydraulické lisy. Obr. 5.5 Schéma vřetenového lisu (Novotný a kol., 2006) 5.2 Plošné tvárnenie Plošné tvárnenie je proces, při ktorom vzniká tvarová změna. Polotovar z plechu sa pretvára na požadovaný diel. Pre operácie plošného tvárnenia nástroje delíme podľa základných operácií alebo počtu krokov alebo rád na jednoduché (pre jednu operáciu), postupové (viac operácií) a viacnásbné Strihanie Strihanie je najviac používaná operácia při tvárnení. Strihanie sa používa v kováčňach a lisovniach na: - vystrihovanie súčiastok, - delenie základných polotovarov. - dokončovacie operácie, - pomocé operácie. 61

62 Strihanie je oddelovanie materiálu působením dvoch rezných hrán protisebe postavených. Pre strihanie tenkých plechov sa používajú ručné nožnice. Pákové nožnice sa používajú při strihaní do 6 mm. Strojové nožnoce sa používajú na strihanie plechov a profilových tyčí. Pri plošnom tvárnení sa najviac využíva vystrihovanie a dierovanie. Na obr. 5.6 je schéma strihania strihadlom a dierovadlom, kde funkciu horného noža vykonáva strižník a funkciu dolného noža strižnica. Strihanie a dierovanie je možné robiť aj v nepevnom nástroji (obr. 5.7). Obr. 5.6 Schéma strihania strihadlom so strižnicou (Novotný a kol., 2006) Obr. 5.7 Strihanie v nepevnom nástroji (Novotný a kol., 2006) Ohýbanie Ohýbanie je pružno-plastická deformácia. Túto deformáciu spôsobujú momenty vonkajších síl. Je to vytváranie ostrých alebo oblých hrán. Touto operáciou je možné 62

63 narovnať nevhodne naformovaný plech. Na obr. 5.8 je uvedený príklad volného ohýbania. Jedná sa o prípad, kedy uhol ohybu je väčší jako rádius ohýbacej čeluste. Obr. 5.8 Volné ohýbanie (Novotný a kol., 2006) Lemovanie je ohýbanie okrajov plechov strojovo alebo ručne pomocou lemovacích valčekov. Skružovanieje ohýbanie materiálu na skružovacích medzi valcami na skružovacích strojoch Ťahanie Ťahanie je vytváranie dutého tělesa z plechových alebo iných polotovarov. Při technológii ťahania rozlišujeme zužovanie, rozširovanie, žliabkovanie, preťahovanie, spätné ťahanie, prosté ťahanie, preťahovanie a zvláštne spôsoby ťahania. Pri ťahaní sa deformuje veľké množství materiálu ak je napr. pri hlbokom ťahaní vysoký stupeň deformácie vznikajú prelžky alebovlny. Keď im chceme zamedziť musíme použiť v nástroji pridržovač (obr. 5.8). Obr. 5.8 Ťahanie s pridržovačom v prvej a druhej ťažnej operácii (Novotný a kol., 2006) 63

64 Nástroje pre operácie ťahania je možné deliť na nástroje pre a ďalšie ťahy. Podľa funkcie nástroje delíme na: - jednočinné, dvojčinné, trojčinné tento počet ťahov šmýkadla je pri zdvihu šmýkadla - jednočinné pracujú bez pridržovača alebo s pridržovačom dvojčinné dvojčinné lisy trojčinné pomocný (ďalší) ťažník vedľa pridržovača - postupové na postupovém lise sa postupne ťahá z pásu lisu Tlačenie Postupným pritláčaním plechu alebo plechového plotovaru na rotujúcom modelu je možné jednoducho vyrábať duté teleso. Ukážka tlačenia dutých telies je na 5.9. Medzi operácie tlačenia patrí tlačenie dutých telies, tlačenie do děleného nástroja, vonkajšie lemovanie, vnútorné lemovania, rozširovanie, zužovanie, žliabkovanie, tlačenie závitu atď. Obr. 5.9 Tlačenie dutých telies (Novotný a kol., 2006) STUDIJNÍ MATERIÁLY 64

65 LETKO, I., J. PILC, J. MEŠKO a D. STANČEKOVÁ, Priemyselné technologie. Zväzok 2. Vydavateľ ZUSI, 328 s. ISBN , NOVOTNÝ, J. a kol., Technologie I. Praha: Vydavatelství ČVUT. 227 s. ISBN SAMEK, R., a E. ŠMEHLÍKOVÁ, Speciální technologie tváření.. Brno: CERM. ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Vysvetlite pojem objemové tvárnenie za studena. 2. Popíšte rozdelenie zápustkového kovania 3. Vysvetlite proces plošného tvárnenia. 4. Popíšte technológiu ohýbania. 5. Popíšte technológiu ťahania. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Objemové tvárnenie za studena je proces tvárnenia polotovaru, ktorý je pripravený strihaním alebo rezaním z tyčového materiálu. Proces prebieha pod teplotou rekryštalizácie tvárneného materiálu. Deformačné spevnenie materiálu je sprievodným znakom objemového tvárnenia za studena. Je to dôsledok zvyšovania tvrdosti a pevnosti materiálu. 2. Zápustkové kovanie môžeme rozdeliť na (Bača a Bílik, 2000):kovanie v otvorených zápustkách (Ide vlastne o kovanie s výronkom),kovanie v uzavretých zápustkách (Ide o kovanie bez výronkom). Podľa druhu použitého kovacieho stroja môžeme zápustkové kovanie rozdeliť na (Bača a Bílik, 2000): kovanie na buchroch,kovanie na lisoch kovanie na zvislých 65

66 kovacích strojoch,kovanie na vodorovných kovacích strojoch,kovanie na kovacích valcoch. 3. Plošné tvárnenie je proces, při ktorom vzniká tvarová zmena. Polotovar z plechu sa pretvára na požadovaný diel. Pre operácie plošného tvárnenia nástroje delíme podľa základných operácií alebo počtu krokov alebo rád na jednoduché (pre jednu operáciu), postupové (viac operácií) a viacnásobné. 4. Ohýbanie je pružno-plastická deformácia. Túto deformáciu spôsobujú momenty vonkajších síl. Je to vytváranie ostrých alebo oblých hrán. Touto operáciou je možné narovnať nevhodne naformovaný plech. Na obr. 5.8 je uvedený príklad volného ohýbania. Jedná sa o prípad, kedy uhol ohybu je väčší jako rádius ohýbacej čeluste. 5. Ťahanie je vytváranie dutého tělesa z plechových alebo iných polotovarov. Pri technológii ťahania rozlišujeme zužovanie, rozširovanie, žliabkovanie, preťahovanie, spätné ťahanie, prosté ťahanie, preťahovanie a zvláštne spôsoby ťahania. Pri ťahaní sa deformuje veľké množství materiálu ak je napr. pri hlbokom ťahaní vysoký stupeň deformácie vznikajú prelžky aleboby vlny. Keď im chceme zamedziť musíme použiť v nástroji pridržovač (obr. 5.8). 66

67 6. Teorietřískového obrábění KLÍČOVÉ POJMY technologické plochy, řezný pohyb, geometrie nástroje, tvorba třísky, systém, subsystém, technologické parametry CÍLE KAPITOLY Po prostudování této kapitoly bude: - znát vzájemný vztah mezi obrobkem a nástrojem - znát pohyby vznikající při obrábění - schopen vysvětlit tvorbu třísky - ovládat technologické podmínky obrábění ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 4 VÝKLAD Různé částí strojů, přístrojů, zařízení, ale i některé výrobky denní spotřeby se obrábějí na obráběcích strojích. Pod pojmem obrábění vnímáme technologický postup, při kterémdochází k odebíraní třísky na základě vzájemného pohybu mezi obrobkem a nástrojem. Při obrábění vznikají tři plochy na obrobku (obr. 6.1). Neobrobená plocha (1) je původní materiál. Obráběná plocha (2) je místo přechodu nástrojem a je toaktuálně obráběná část, dochází k odebírání materiálu. Obrobená plocha (3) je část obrobku, kde byla odebraná část materiálu přídavku na obrobení. 67

68 Při obrábění rozeznáváme hlavní řezný pohyb (otáčivý(obr. 6.2), přímočarý nebo složený), vedlejší řezný pohyb (posuv podélný, příčný anebo složený). Rozdělení obrábění podle hlavního řezného pohybu rotační pohyb vykonává obrobek - soustružení rotační pohyb vykonává nástroj - vrtání, vyhrubování, vystružování, zahlubování, frézování, broušení, řezání kotoučovou pilou přímočarý vratný pohyb vykonává obrobek - hoblování přímočarý vratný pohyb vykonává nástroj - obrážení, protlačování, protahování, řezání rámovou pilou, řezání pásovou pilou, pilování Obr. 6.1 Základní plochy (Janyš, 1959) Obr. 6.2 Hlavní řezný pohyb (Janyš, 1959) 6.1 Teorie tvorby třísky Při obrábění materiálu vzniká řezný klín a od polovýrobku se odděluje část materiálu. Tuto část nazýváme tříska. Dříve než se vytvoří tříska, vznikáintenzivní plastická zóna. Při vzájemném tlaku tvrdšího nástroje a měkčího polovýrobku se naruší vazba jeho elementárních částí. Při počátečním dotyku nástroje s obráběným kovem vyvolá tlak čela nástrojenejdřív elastickou a potom plastickou deformaci. Poloha této hranice se nazývá mezní úhel deformace a značí se úhlem β1. Při materiálech s vyšší plasticitou zůstává odstřihnutý materiál při deformačních posuvech jednotlivých částí třísky nedotknutý a vzniká tříska plynulá (obr. 6.3b). Když materiál nevydrží deformační posuv, vytvoří se částečky odstřihnuté vrstvy a vzniká tříska členěná. Ta je buď dělená (obr. 6.3c) nebo drobivá (obr. 6.3a). 68

69 Obr. 6.3 Základní tvary třísek (Janyš, 1959) Druhy třísek a jejich dělení Tříska TvářenáNetvářená (vzniká plastickým skluzem) soudržná elementární (litina, bronz) (vzniká štípáním, přestřihnutím nebo odlomením; Typická pro dřevo, sklo, plasty) elementární plynulá (oceli, tvárné litiny, Slitiny mědi a hliníku) Tvar třísky je závislý hlavně od úhlu čela a řezné rychlosti. Čím je větší úhel čela, tím méně se tříska stlačí a láme. Potom vzniká tříska plynulá. Když se zmenšuje úhel čela nože, zvětšuje se stlačení třísky, tříska se láme a dělí se na menší kousky. Potom vzniká tříska členěná. 69

70 6.2 Technologické podmínky strojního obrábění Strojní obrábění je nejvýznamnější oblastí strojní výroby. Obráběcí proces je zajišťován obráběcími stroji a nástroji. Výroba obráběcích strojů patří mezi nejrozvinutější průmyslové obory. Obráběcí stroj je hlavní prvek obráběcího systému Rozdělení obráběcích strojů Existuje řada kritérií, podle kterých je možné dělit obráběcí stroje. Mezi nejznámější patří podle: způsobu obrábění, konstrukčně-technologického provedení, stupně mechanizace a automatizace. Podle způsobu obrábění stroje na dělení materiálu hoblovky a obrážečky protahovací a protlačovací soustruhy frézky brusky vrtačky, vyvrtávačky stroje na výrobu závitů stroje na dokončovací operace a speciální metody obrábění Podle konstrukčně-technologického provedení jednoúčelové univerzální speciální Podle stupně mechanizace a automatizace 70

71 stroje s ručním ovládáním stroje s ručním přemisťováním nástroje stroje poloautomatické stroje s automatizovanými úkony stroje automatické automatické výrobní systémy Základní subsystémy obráběcího stroje Obráběcí stroj je složitý systém. Tento systém je možné rozdělit na subsystémy a ovládací prvky (obr. 6.4) Obr. 6.4 Obecné členění obráběcího stroje (Kocman, Prokop, 2002) 71

72 6.1.3 Technologické parametry obráběcího stroje Každý obráběcí stroj má svoje technologické parametry. K nim řadíme výkonnostní, funkční a rozměrové parametry. Tyto parametry jsou pro každý stroj jiné. Na obr. 6.5 je uveden univerzální hrotový soustruh SV 18 R a jeho základní technologické parametry. Obr. 6.5 Univerzální hrotový soustruh SV 18 R Základní technologické parametry Univerzálního hrotového soustruhu SV 18 R Pracovní rozsah: Oběžný průměr nad ložem mm 380 Oběžný průměr nad suportem mm 215 Vzdálenost mezi hroty mm Max. hmotnost obrobku kg v hrotech/opěrce 300 Vřeteno: Suport: Vrtání mm 42 Rozsah otáček min Výkon hlavního motoru kw 8HP Pracovní posuv na otáčku - podélný - příčný Rychloposuv na otáčku mm mm 0,02-5,6 0,01-2,8 72

73 Stroj: - podélný - příčný Stoupání řezaných závitů - metrických - Whitwortových - modulových - Diametral Pitch mm mm mm záv/1 modul D. P. Celkový příkon kva , / , Rozměry - délka - šířka - výška mm mm mm Hmotnost kg Geometrie řezného nástroje Obráběcí nástroj se skládá z řezné části a tělesa. Řezná část se slouží k řezání materiálu a těleso k upínání nástroje (obr. 6.6). Obr. 6.6 Řezná část a těleso různých nástrojů 1-soustružnický nůž, 2-šroubovitý vrták, 3-stopková kotoučová fréza, 4- válcová fréza, a-řezná část nástroje, b-těleso 73

74 Řezná část nástroje může být tvořena jedním, dvěma nebo několika hlavními břity.. Nástroje potom rozeznáváme jednobřité (soustružnický nůž), dvoubřité (vrtáky), vícebřité (výhrubníky, výstružníky, závitníky, frézy, pilovékotouče, atd.) a vícebřité nepravidelné. Geometrie řezného nástroje je charakterizována řadou ploch (obr. 6.7). Obr. 6.7 Plochy a hrany soustružnického nože, šroubovitého vrtáku a frézy a-soustružnický nůž, b-šroubovitý vrták, c-fréza; 1-upínací plocha, 2-ložná plocha, 3- špička, 4-hlavní břit, 5-vedlejší břit, 6-zubová drážka, 7-fasetka hřbetní, 8-fasetka, 9-roh ostří, 10-příčné ostří, A α -hlavní hřbet, A α-vedlejší hřbet, S-hlavní ostří, S -vedlejší ostří STUDIJNÍ MATERIÁLY JANYŠ, B., Prehľad strojového obrábania.. Bratislava: Alfa, 156 s. 74

75 KOCMAN, K. a J. PROKOP, Výrobní technologie II. Brno: CERM, 85 s. ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Vysvětlete technologické plochy obrobku. 2. Rozdělte obrábění podle hlavního řezného pohybu. 3. Definujte typy vzniklých třísek. 4. Definujte obráběcí stroj jako systém. 5. Definujte řezné nástroje podle počtu hlavních břitů. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Při obrábění vznikají tři plochy na obrobku (obr. 6.1). Neobráběná plocha (1) je původní materiál. Obráběná plocha (2) je místo přechodu nástrojem a je to aktuálně obráběná část, dochází k odebírání materiálu. Obráběná plocha (3) je to část obrobku, kde byla odebraná část materiálu přídavku na obrábění. 2. Rozdělení obrábění podle hlavního řezného pohybu - rotační pohyb vykonává obrobek - soustružení - rotační pohyb vykonává nástroj - vrtání, vyhrubování, vystružování, zahlubování, frézování, broušení, řezání kotoučovou pilou - přímočarý vratný pohyb vykonává obrobek - hoblování - přímočarý vratný pohyb vykonává nástroj - obrážení, protlačování, protahování, řezání rámovou pilou, řezání pásovou pilou, pilování 3. U materiálů s vyšší plasticitou zůstává odstřihnutý materiál při deformačních posuvech jednotlivých částí třísky nedotknutý a vzniká tříska plynulá (obr. 6.3b). Když materiál nevydrží deformační posuv, vytvoří se částečky odstřihnuté vrstvy a vzniká tříska členěná. Ta je buď dělená (obr. 6.3c) nebo drobivá (obr. 6.3a). 75

76 4. Obráběcí stroj je složitý systém. Tento systém je možné rozdělit na subsystémy a ovládací prvky (obr. 6.4) 5. Řezná část nástroje může být tvořena jedním, dvěma nebo několika hlavními břity. Nástroje potom rozeznáváme jednobřité (soustružnický nůž, dvoubřité (vrtáky), vícebřité (výhrubníky, výstružníky, závitníky, frézy, pilovékotouče, atd.) a vícebřité nepravidelné. Geometrie řezného nástroje je charakterizována řadou ploch (obr. 6.7). 76

77 7. Třískové obrábění KLÍČOVÉ POJMY Soustružení, frézování, broušení, vrtání, vyhrubování, vystružování, automatizace CÍLE KAPITOLY Po prostudování této kapitoly bude: - znát základní soustružnický operace - znát základní frézařské operace - znát základní operace broušení - znát základní operace vrtání, vyhrubování, vystružování - mít základní poznatky o automatizaci ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY 4 VÝKLAD Výrobky vyhotovené při předešlých operacích (slévání, kování, lisování apod.) mají jen předběžný tvar. K tomu, aby dosáhli konečného tvaru, rozměru a předepsaného povrchu je nutné je dále obrábět ručně nebo strojně. K strojnímu obrábění řadíme soustružení, frézování, broušení, vrtání a další operace. K vykonání těchto operací využíváme soustruhy, frézky, brusky, vrtačky a další. 77

78 7.1 Soustružení Soustružení je nejrozšířenější technologická operace. Soustružením je možné obrábět vnitřní i vnější válcové plochy, kulové a obecné rotační plochy. Na soustruhách je možné vrtat, vyhrubovat, vystružovat, vyrábět vnější a vnitřní závity soustružnickými noži nebo pomocí závitníků Soustruh a jeho hlavní části Nejčastěji jsou používané soustruhy SV 18R (obr. 7.1). Upínání obráběných předmětů je zpravidla do sklíčidla (obr. 7.2), ale při práci se používá i upínání mezi hroty tak, aby bylo zabezpečené otáčení obrobku. Na obr. 7.2a jsou ukázány i pohyby obrobku i nástroje. Při obrábění dlouhých tyčí se používá podpěrné zařízení luneta (obr. 7.3). Soustružnický nůž se upíná do nožové hlavy, která je uložena na suportu. Suportem pomocí elektromotoru a dalšími mechanikami je zabezpečován pohyb soustružnického nože. Nůž do záběru musí být posouvaný kolmo na osu soustružení pomocí nožových saní. Tento pohyb se nazývá přísuv. Aby nůž mohl odebrat nastavěný přídavek na obrobení, musí být zabezpečený pohyb rovnoběžně s osou soustruhu. Obr. 7.1 Soustruh SV 18R Obr. 7.3 Luneta 78

79 Obr. 7.2a Sklíčidlo (Hluchý a kol., 1976) Obr. 7.2b Sklíčidlo a pohyb nástroje a obrobku Hlavní části soustruhu: lůžko je dlouhý litinový nosník uložený na nohách vřeteník (obr. 7.4) uložený na levé straně soustruhu, umožňuje upínat obráběný materiál, zabezpečuje rotační pohyb součástky, spouštět a zastavovat hlavní pohyb suport (obr. 7.5) umožňuje upnout nožovou hlavu anebo nožový držák, posuv nože; skládá se z otočné desky, podélných, příčných a ručních saní. Je uložený na lůžku. koník (obr. 7.6) zabezpečuje podepření dlouhé součásti, obrábění vnitřních ploch (vrtání, vyhrubování, vystružování a řezání závitů) posuvný mechanismus zabezpečuje ruční a strojní posuv podélného a příčného suportu Obr. 7.4 Vřeteník Obr. 7.5 Suport na lůžku Obr. 7.6 Koník s otočným hrotem Rozdělení soustružnických strojů (Vasilko a kol., 1991): Existuje mnoho typů soustruhů. Obecně je kategorizujeme podle ČSN na: 79

80 Hrotový Revolverový Čelní Svislý Poloautomatický Automatický Speciální soustruhy Základní typy soustružnických nožů a plochy s nimi vyrobitelné Konečná součástka pochází z množiny vyrobitelných ploch a tato množina ploch bude daná kombinací možných pohybů a možnou kombinací řezných hran na obrobku. Základní typy soustružnických nástrojů ukazuje obr Při práci soustružník používá pravý anebo levý nůž. Pravý nůž soustruží při podélném posuvu od koníka k vřeteníku a levý nůž směrem od vřeteníku ke koníku. Směr nože se určuje podle toho, kam směruje hlavní ostří nože položeného ložní plochou na dlani ruky, přičemž jeho hrot směruje na tělo soustružníka (obr. 7.8). Obr. 7.7 Typy soustružnických nožů Obr. 7.8 Určení a)levého, b) pravého nože Zdroj: Janyš, B. Raftl, K., 1967 Soustružnické nože jsou předurčeny na vnější anebo vnitřní plochy. Speciální skupinu tvoří závitové nože jednoklínové i víceklínové.tyto nože by se mohly zahrnout 80

81 do tvarových nožů. Jejich profil je však pro daný typ závitů normalizován. Pro soustružení závitů je možno použít nože různé konstrukce. Profil závitového nože se musí shodovat s profilem vyráběného závitu. Na obr 7.9 jsou ukázány nože pro řezání závitů. Obr. 7.9a je nůž na řezání pravého závitu (pravý závitový nůž) a 7.9b je nůž na řezání levého závitu (levý závitový nůž). a) Pravý závitový nůž b) Levý závitový nůž c) Nůž na vnější metrický závit úhel čela musí být nulový,aby při výškovém nastavění do osy soustružení měl závit správný profil d) Závitový nůž s kladným úhlem čela zmenší se jeho úhel špičky a vyřezaný závit nebude mít správný profil e) Nůž na dokončení whitvorthového a trubkového závitu Obr. 7.9 Vnější závitové nože (Janyš, B. Raftl, K., 1967) Upínání obrobků při soustružení Obecně rozeznáváme dva základní způsoby upnutí: letmý bez podepření s podporou koníku (sklíčidlo a hrot, mezi hroty) Upínací zařízení musí umožňovat pevné, přesné, lehké a rychlé upevnění. Volba upevnění je závislá na tvaru a velikosti předmětu, který chceme obrábět, a jiných faktorů. 81

82 Nejznámější elementy jsou: upínaní mezi hroty mezi hroty se upínají dlouhé předměty nebo se upínají za čela mezi hroty. Do čel v ose součástky jsou navrtány středící jamky. Ty mohou být nechráněny nebo chráněny. upínání v univerzálním sklíčidle - používá se na upínání menších a kratších součástek. Používají se 3 a 4-čelisťové. Jsou normalizovány podle ČSN a ČSN upínání v kleštinách používá se při výrobě součástek z tyčového materiálu. Hlavní součástí kleštinového zařízení je ocelové kalené pouzdro kleština. Vnější povrch je kuželový a kleštiny se zavírají zatlačením pouzdra vnější matice. upínaní obrobků na trny obráběný předmět se na trn musí nalisovat a drží na něm silou tření. Takhle se obrábějí předměty, jejichž válcový povrch nebo jeho části mají být souosé s jejich obráběnou dírou. Předměty se nejčastěji upínají mezi hroty a součástka se soustruží, jako kdyby byla upnuta mezi hroty. 7.2 Frézování Při tomto způsobu obrábění se výhodně obrábějí široké rovinné a tvarové plochy závitů na rotačních předmětech, ozubená kolesa a složité tvary zápustek. Hlavní řezný pohyb je rotační a vykonává ho fréza. Vedlejší pohyb je posuvný a je vykonáván obrobkem. Použitým nástrojem je fréza. Je to více klínový rotační nástroj. Výsledný řezný pohyb zubů nástroje je po dráze zkrácené cykloidy. Jednotlivé zuby postupně vcházejí a vycházejí z materiálu. Materiál odebírají postupně. Pohyb je přerušovaný. Hlavní pohyb vykonává fréza (nástroj) a obrobek upnutý ve svěráku anebo v přípravku vykonává pohyb vedlejší. Tento pohyb je obvykle přímočarý, někdy točivý nebo obecně po prostorové křivce. Podle polohy osy nástroje k obráběné ploše rozlišujeme frézování: válcové frézování jehož osa je rovnoběžná s obráběnou plochou (obr. 7.10) a hloubka řezu se nastavuje v rovině kolmé na osu frézy 82

83 čelní frézování jehož osa je kolmá na obráběnou plochu (obr. 7.11), hloubka řezu je nastavována ve směru osy nástroje okružovací frézování osa nástroje a obrobku jsou obvykle vzájemně skloněné a hloubka řezu se nastavuje ve směru kolmém na osu obrobku planetové frézování Obr Válcové frézování Obr Čelní frézování Zdroj: Vasilko a kol., 1991 Válcové frézování rozdělujeme na tzv. frézování nesousledné a sousledné (obr. 7.12). Při protiběžném se fréza otáčí proti směru pohybu obrobku. Řezná síla při protiběžném frézování má složku, která směřuje nahoru a odtahuje obrobek od stolu (obr. 7.12a). Při souběžném frézování se fréza otáčí ve směru pohybu obrobku. Řezní síly působí obvykle směrem dolu a tlačí obrobek směrem do nastavovací plochy stolu (obr. 7.12b). Obr Působení sil při válcovém frézování (Janáč a kol., 2002) 83

84 a) nesousledné, b) sousledné Nástroje používané při frézování Fréza je obvykle několikabřitý nástroj otáčející se okolo vlastní osy a je různého tvaru. Vzájemným posuvem frézy a obrobku se odřezává tříska pomocí řezných klínů. Frézy jako několikabřité nástroje mají břity uspořádané na kuželové, válcové nebo jiné tvarové plochy. U čelních fréz také na ploše čelní. Většina fréz je normalizována podle ČSN až Vyráběné frézy je možné rozdělit podle více kritérii: podle tvaru zubů frézy s pod soustruženými zuby nebo frézovanými zuby (čelo i hřbet zubů tvoří rovinné plochy, úzká fazetka na hřbetě o šířce 0,5-2 mm, vytvářena pod úhlem α 01 = 5-8º), podle směru otáčení zubů vzhledem k ose rotace frézy se zuby přímými a se zuby ve šroubovici levé nebo pravé, příp. šroubovici střídavé, podle nástrojového matriálu břitu frézy s rychlořezné oceli nebo slinutých karbidů, omezeně z keramiky, diamantů a kubického nitridu boru. Nejvíce používaná ocel: 19802, 19830, 19824, 19856, podle počtu dílů, ze kterých se fréza skládá rozlišujeme frézy celistvé s vyměnitelnými zuby (destičky z rychlořezné oceli nebo ze slinutých karbidů), podle počtu, nakterém leží řezné hrany rozlišujeme frézy válcové, kuželové, čelní a tvarové, podle způsobu upínání nástrčné frézy s kuželovou stopkou nebo s válcovou stopkou, podle počtu zubů k průměru frézy frézy jemnozubé, polohrubozubé a hrubozubé, podle technologického hlediska známe frézy pro frézování rovinných ploch (válcové, čelní a frézovací hlavy), tvarových ploch (frézy na drážky klínů pér, na upínání T drážky, tvarové frézy, kopírovací frézy apod.) z hlediska geometrického tvaru frézy dělíme na válcové, nástrčné nebo se stopkou, kotoučové frézy s přímými zuby nebo se zuby ve šroubovici, úhlové frézy jednostranné nebo dvoustranné, tvarové frézy apod. (obr. 7.13) 84

85 válcová fréza úhlová fréza kotoučová fréza tvarová fréza fréza s vyměnitelnými zuby čelní fréza frézová hlava Stopková čelní válcová fréza kopírovací fréza drážkovací fréza zaoblovací fréza úhlová fréza tvarová fréza Obr Základní tvary fréz Upínání fréz a obrobků Pro upínání fréz na frézkách se používá upínacích trnů (obr. 7.14). Dále je možno nástroje upínat přímo do vřetene anebo pomocí redukčních kuželů. Frézy s válcovou stopkou se upínají do vřetena pomocí sklíčidla. 85

86 Obr Upínání frézy na dlouhém trnu (Vasilko a kol., 1991) 1-válcová fréza, 2-rozpěrné kroužky, 3-čep, 4-ložisko, 5-výsuvné rameno Způsob upnutí obráběných předmětů je závislý na jejich tvaru, velikosti a druhu práce. Větší kusy materiálu lze upínat přímo na stůl stroje bočními a opornými upínkami (obr. 7.15). Při upínání obráběných předmětů se používají upínky vyobrazené na obr Obr Upnutí součástky na stůl Obr Upnutí upínkami se šrouby (Janyš, 1959) bočními a opornými upínkami (Janyš, 1959) Menší kusy materiálu upínáme do strojového svěráku (7.17) přišroubovaného na stůl frézy. Svěrák má jednu čelist pevnou a druhou pohyblivou. Pro přesné dělení kruhových rozstupů používáme dělící přístroj (obr. 7.18). 86

87 Obr Sklopený otočný strojový svěrák Obr Univerzální dělící přístroj Dělící přístroj zabezpečuje rozdělení obvodu obrobku na požadovaný počet dílů, natočit obrobek do požadované polohy a nastavit obrobek do šikmé polohy Frézovací stroje (frézky) Frézky se vyrábějí ve velkém množství modelů a velikostí s různými maximálními výkony. Lze je rozdělit do čtyř základních skupin: konzolové, stolové, rovinné a speciální. Zvláštní kategorií jsou frézky na závity a frézky na ozubení. Přehled jednotlivých druhů: z konstrukčně technologického hlediska rozeznáváme frézky vodorovné svislé rovinné speciální konzolové stolové konzolové stolové stavebnicové portálové univerzální produkční nástrojářské z hlediska řízení pracovního cyklu frézky ovládané ručně (konvenční) řízené programově automatické např. ze stavebních strojů řízenénarážkově řízenéčíslicově 87

88 Konzolové frézky jsou nejrozšířenější typem frézek. Používají se na obrábění rovinných a tvarových ploch malých až středně velkých součástek. Jejich charakteristickým znakem je konzola (obr. 7.19). Je umístěna na stojanu, po kterém se přestavuje v závislém směru pomocí šroubu a matice. Podle polohy vřetene se dělí konzolové frézky na vodorovné a svislé (obr. 7.20). Zvláštním druhem jsou vodorovné frézovačky univerzální. Obr Konzola frézky Obr Svislá konzolová frézka 7.3 Broušení Broušení je třískové dělení materiálu s více řeznými klíny vytvořenými zrny brusiva. Zrna brusiva jsou v nástroji upevněny pojivem tak, že nástroj vykazuje pórovitou strukturu. Charakteristické je nepravidelné rozmístění řezných klínu (brusných zrn), které mají navíc náhodnou orientaci a náhodnou geometrii. Zvláštností broušení je, že proces se děje za účasti velkého množství relativně malých zrn v krátkých úsecích. Tříska se odřízne v relativně krátkém časovém úseku cca 0,001 sekundy. Zpravidla větší část tohoto časového úseku je potřeba na plastickou deformaci (stlačením a nahrnutím materiálu před řezným klínem). Vzhledem k vysoké řezní rychlostí a značné deformaci odebírané vrstvy materiálu vzniká teplota v místě řezu ºC. Broušením se dokončují součásti, které byli obrobené některou z předchozích technologií. 88

89 7.3.1 Nástroje používané při broušení Podstatou každé metody broušení je úběr brusným zrnem jako efekt účinků brusného zrna na obráběný materiál. Jedná se o vazbu brusné zrno a materiál obrobku. Schéma odebírání materiálu brusným zrnem je na obr Obr Činnost zrn brusného kotouče v průběhu procesu (Vasilko a kol., 1991) 1-obrobek, 2-brusné zrno, 3-pojivo, 4-odřezáváný materiál, 5-prostor na třísku, v k -obvodová rychlost kotouče, a-hloubka, odřezávané vrstvy, v o -obvodová rychlost kotouče Nástrojem při broušení je brusný kotouč, jehož brusná zrna jsou stmelena pojivem v pevný celek. Brusná zrna mohou být přírodní (smirek, korund) anebo jsou umělá (umělý korund, karbid křemíku). Pojivo spojuje brusná zrna v jedno těleso. Na pojivu ve velké míře závisí jakost brusného kotouče. Spojuje brusná zrna tak, aby měli požadovanou mechanickou pevnost a vyhověli požadavkům na broušení. Pojivo může být organické (čela kovové E, gumové R, syntetická živice B) nebo anorganické silikátový S, keramický V, magnezitový O. Údaje na štítku brusného kotouče na kotouč se lepí kruhové papírové štítky, na kterých jsou základní informace o druhu a kvalitě brusného kotouče (obr. 7.22). 89

90 Obr Značení brusného kotouče (Driensky a kol., 1984) Upínaní nástrojů a obrobků Brousící nástroje se upínají na vřeteno nebo na upínací přírubu stroje. Brusné kotouče se upínají pomocí přírub. Mezi příruby a brusný kotouč se ukládá pružná vložka z měkké lepenky nebo gumy. Prstencové kotouče se přitmelují do drážky příruby speciálními tmely, hrncovité kotouče se upínají přírubou a příložkou. Některé možné způsoby upínání jsou na obr a) b) c) d) e) Obr Některé způsoby upínání brusných kotoučů (Outrata, 1965) a) přírubou, b) dělenou přírubou, c) dělících kotoučů, d) talířem Upínání obrobků je závislé od konstrukce brousícího stroje, od způsobu a účelu broušení. Při broušení válcových ploch se upíná obrobek (obr. 7.24) mezi hroty, do sklíčidla nebo do pouzdra. Podobně jako u soustružení se při broušení dlouhých hřídelů na jejich podepření používá luneta. Při bezhrotém broušení se obrobek nachází mezi brousícím a podávacím kotoučem a opírá se o vodící lištu. 90

91 a) mezi hroty b) do sklíčidla c) do pouzdra Obr Upínání obrobků při broušení válcových ploch Zdroj: Outrata, 1965 Další možné způsoby jsou také, že obrobky se upínají přímo na stůl pomocí upínek, nepřímo pomocí různých pomůcek a přípravků nebo se nejčastěji upínají na elektromagnetické desky Klasifikace brousících strojů Podle účelu a způsobu práce dělíme brousící stroje na: Hrotové brousky (obr. 7.25) slouží na broušení zejména válcových rotačních obrobků upnutých mezi hroty (čepy, hřídele). Možno brousit kužele, čelní rovinné plochy a za použití přídavných zařízení i otvory. Bezhroté brousky slouží na broušení vnějších válcových ploch, kuželů, tvarových ploch i vnitřních rotačních ploch. Obr Hrotová bruska Obr Rovinnábruska Brousky na otvory skličovadlové, planetové a bezhroté. Skličovadlové se používají na broušení válcových nebo kuželových otvorů menších rozměrů. Planetové se požívají na broušení válců spalovacích motorů. Rovinné brousky (obr. 7.26) - v konstrukčních uspořádáních se liší polohou vřetene (vodorovné, svislé) nebo pracovním pohybem (podélný, kruhový). Vodorovné rovinné brousky mají brusný vřeteník s vodorovnou osou vřetene, který je svisle přestavitelný. Na vedení stojanu jsou příčné saně a jejich vedení podélný stůl. Na odběr většího 91

92 množství materiálu jsou vhodné svislé rovinné brousky. Vřeteníky jsou výškově přestavitelné. Brusné vřeteno je i hřídelem elektromotoru. Nástrojářské brousky používají se na ostření tupých nástrojů. Jsou jednoúčelové nebo univerzální. Jednoúčelové se používají na jeden druh nástroje. Univerzální jsou vhodné na ostření soustružnických i rotačních nožů. Planparalelní brousky jsou určeny na broušení dvou rovnoběžných rovinných ploch obrobku. Tyto brusky jsou vybaveny dvěma vřeteníky se zvláštně upevněnými brusnými kotouči Práce na bruskách Broušení s podélným posuvem (obr. 7.27) se používá k broušení dlouhých obrobků upnutých mezi hroty. Vnitřním broušením (obr. 7.28) se zhotovují přesné válcové i kuželové díry. Obr Broušení vnějších Obr Broušení vnitřních válcových válcových ploch (Hluchý a kol., 1976) ploch (Hluchý a kol., 1976) Rovinné plochy se brousí čelem (obr. 7.28) nebo obvodem (obr. 7.29). Broušení obvodem kotouče s přímočarým pohybem stolu je nejpřesnější způsob broušení ploch. Tu se pracuje s poměrněúzkým kotoučem. Obrobek se málo zahřívá. Z tohoto důvodu se jen nepatrně deformuje. 92

93 Obr Princip rovinného broušení Obr Princip rovinného broušení čelem kotouče (Hluchý a kol., 1976) obvodem kotouče (Hluchý a kol., 1976) Broušení čelem kotouče je vhodné pro širší plochy. Broušení čelem kotouče je výkonnější než obvodem. Při broušení přichází do styku s materiálem větší plocha brusného kotouče. Avšak je méně přesné. Je vhodnější pro hrubší práce. 7.4 Vrtání, vyhrubování, vystružování a zahlubování Vrtáním, vyhrubováním, vystružováním, vyvrtáváním, zahlubováním a zarovnáváním se tvoří díry různých tvarů a rozměrů a různých přesností průměru. Příklady technologií obr Obr Schéma jednotlivých technologii vrtání (Janáč a kol., 2002) a-vrtání do plného materiálu šroubovitým vrtákem, b-vrtání do předvrtané díry šroubovitým vrtákem, c-zahlubování záhlubníkem pro válcové hlavy šroubů, d- zahlubování kuželových ploch kuželovým záhlubníkem, e-srážení hrany kuželovým záhlubníkem, f-zarovnávaní zarovnávacím nástrojem 93

94 Vrtání (obr. 7.31) je technologická operace, kterou se vyrábějí vnitřní rotační plochy. Vrtáním se vyrábějí nebo se zvětšují přechodné nebo nepřechodné otvory do plného materiálu. Často se vyskytují otvory s rozdílnými průměry - stupňové. nepřechodné přechodné Obr Vrtání do neprůchozího a průchozího materiály Nástroje Nástroje na vrtání jsou vrtáky. Vrták (obr. 7.32) je dvoubřitový nástroj se šroubovými drážkami po obvodu. Obr Šroubovitý vrták Typy nástrojů 94

95 a) Šroubovité vrtákyjsou normalizovány v ČSN a vyrábějí se v různých formách. Levořezné, pravořezné, s kuželovou stopkou nebo válcovou stopkou, s normální, strmou nebo nízkou šroubovicí, normální délky nebo prodloužené. Dalším vývojovým stupněm jsou vrtáky s vyměnitelnými řeznými destičkami a s drážkami s vyměnitelnou osou vrtáku (obr. 7.32). Obr Vrták s vyměnitelnými řeznými destičkami Zdroj: Vasilko a kol., těleso vrtáku, 2-řezné destičky, 3-kanálky na řeznou kapalinu Řezné destičky se upínají do lůžka v tělese vrtáku buď přímo, nebo u větších vrtáků pomocí kazet (obr ). Obr Kazeta pro upínání řezných Obr Kopinatý vrták s vyměnitelnou destiček do vrtacích hlav řeznou destičkou (Vasilko a kol., 1991) (Vasilko a kol., 1991) b) Kopinaté vrtáky rovněž patří do skupiny dvoubřitých nástrojů s vnějším odvodem třísky a s příčným ostřím. Současné typy těchto nástrojů (obr. 7.34) tvoří těleso, do něhož se upíná řezná destička z rychlořezné oceli ne ze slinutých karbidů. c) Po vykonání operace vrtání se díry upřesňují různými dokončovacími operacemi. Mezi tyto operace řadíme vyhrubování, vystružování a zahlubování. Při vyhrubování a vystružování hloubka řezu je polovina přídavku na průměr. Pro vyhrubování se hloubka řezu pohybuje orientačně 0,2-3,0 mm. Pro vystružování je přídavek na obrábění 0,05-0,2 mm. Velikost přídavku závisí od velikosti díry. 95

96 Výhrubník (obr. 7.35) je tři až čtyřbřitý nástroj. Břity jsou uspořádány ve šroubovici. Stopkové výhrubníky se používají do ϕ 30 mm. Pro větší průměry se používají výhrubníky nástrčné. Výstružníky jsou strojní i ruční. U ručních výstružníků je stopka zakončena čtyřhranem pro vratidlo. Strojní výstružníky bývají stopkové i nástrčné (obr. 7.36). Výkonné výstružníky se osazují břitovými destičkami. b Obr Výhrubník (Vasilko, a kol., 1991) Obr Výstružník (Vasilko, a kol., 1991) a)stopkový, b)nástrčný a)stopkový, b)nástrčný Záhlubníky slouží k provedení kuželového nebo válcového zahloubení a k zarovnávání čela a sražení hran Stroje Vrtací a vyvrtávací stroje mají celou řadu konstrukcí. Rozeznáváme: podle počtu vřeten: jednovřetenové několikavřetenové podle polohy osy jejich vřetena: svislé vodorovné podle konstrukce: Vertikální jednovřetenové vrtačky s neproměnným vyložením vřetene Stolní vykonávají jednoduché operace na vrtání děr do Φ 20 mm 96

97 Sloupové (obr. 7.37) obvykle mají vřeteník stavěný jako větší stolní vrtačky. Liší se dlouhým sloupem. Na jehož horní části se otočně i výškově nastavuje vřeteník. Pracovní stůl je v dolní části. Nastavuje se pomocí ozubené tyče a pastorku. Stojanové vřeteník i pracovní stůl se posouvají po vedení stojanu skříňového průřezu. Otvory se vrtají do ϕ 80 mm. Skládá se z tuhého stojanu se základovou deskou, převodové skříně, vřeteníku a posuvné skříně. Vertikální jednovřetenové vrtačky s proměnným vyložením vřetene Radiální (obr. 7.38) provádějí téměř všechny operace vrtání včetně řezání závitů na středně velkých a velkých obrobcích. Stroje se skládají ze sloupu (kruhový průřez), základní desky, posuvného ramene, vřeteníku a elektromotoru. Souřadnicové obrábějí se přesné díry s přesnými roztečemi. Nastavení vřetene vůči obrobku je umožněné ve dvou na sebe kolmých souřadnicích ležících v horizontální rovině a to opticko-mechanickým přístrojem s přesností děr IT5-IT2. Přesnost v roztečích děr je v tisícinách mm. Přenosné obrábějí díry v těžkých součástech a při montáži. Obr Sloupová vrtačka Obr Radiální vrtačka (Hluchý a kol., 1976) (Hluchý a kol., 1976) 97

98 7.5 Automatizace Hlavním předmětem automatizace jsou dnes jednotlivé krátké části výrobního procesu pracovní úkony, úseky, operace, popř. skupiny operací. Cílem je úplná automatizace výroby komplexních konečných výrobků. Na obr je vývoj obráběcích strojů. Začínářemeslnou výrobou s ručními nástroji a postupně směřuje ke stále vyšší automatizaci technologického procesu. Automatizaci nižších stupňů výroby (malosériové a středněsériové), které ve strojírenství převládají, umožnil až objev číslicového řízení obráběcích strojů. Číslicově řízený stroj obrábí v automatickém pracovním cyklu, který je řízen programem. Dalším vývojem byly vytvořeny víceúčelové číslicově řízené stroje s automatickou výměnou nástrojů během pracovního cyklu, tzv. obráběcí centra. Obr Vývoj obráběcích strojů Automatizovaný výrobní systém na obr se skládá z těchto hlavních subsystémů: subsystém technologické soustavy subsystém zdrojů rozvodu energie 98

99 subsystém řízení subsystém mezioperační dopravy subsystém skladování subsystém měření a kontroly Nejnižší systém automatizace mívá v technologické soustavě obrobek a nástroj. Technická realizace automatizačních úkolů se dotýká veškeré průmyslové, ale i neprůmyslové činnosti. Automatizují se výrobní stroje z hlediska výrobních cyklů, včetně podávání, upínaní a aktivní kontroly, ale i programové i číslicové řízení, které podstatně zkracuje strojový čas. Výrobní stroj řízený automaticky pracuje s uzavřeným nebo otevřeným řídicím systémem. Mimo řídicího systému má pro mechanizaci a automatizaci velký význam využívání různých přídavných zařízení pro zvýšení produktivity práce. Další možností je i přestavba na automat. Obr Automatizovaný výrobní systém (Chvála, 1985) M-tok materiálu, E-tok energií, I-tok informací, 1-mechanizovaný stroj, 2-pracovní informace, 3-operátor, 4-ovládací a řídící ústrojí stroje, 5-odpad, 6-uvolněná energie Otevřený systém řízení (obr. 7.41) pracuje na základě programu, kde se předpokládá, že stroj vyrábí výrobky v předepsaných tolerancích. Když nastane změna 99

100 geometrického tvaru, rozměru nástroje a vzájemné polohy pohybujících se částí suportu, začnou se vyrábět zmetky. poruchy program zesilovač proces výsledek činnosti Obr Otevřený způsob řízení Jestli chceme výrobu zmetků omezit na minimum je nutno trvale kontrolovat výrobní proces a zjištěné rozměry porovnávat se zadanými hodnotami. Řízení automatu se změní a probíhá uzavřeným způsobem (obr. 7.42) poruchy program porovnání zařízení zesilovač proces výsledek činnosti měření regulátor Obr Uzavřený způsob řízení Stroje a výrobní systémy, které lze nastavit v reálném čase na obrábění více součástek, označujeme pojmem pružná automatizace. Těmto požadavkům vyhovují číslicově řízené soustruhy, které jsou doplněny dopravou obrobků a systémem pružné manipulace. Možnost takového systému automatizace upínaní a odepínaní polovýrobků a výrobků je použití autooperátora. Autooperátor je manipulátor spojený s výrobním strojem. Toto řešení je na obr Manipulátor má dvě chapadla. Jedno uchopí obrobek, potočí ho o 180 a vsune do sklíčidla polovýrobek. Tím se zkrátí čas na výměnu obrobku. 100

101 Obr Automatický jednovřetenový soustruh s autooperátorem (Vasilko a kol., 1991) Na využití výrobní plochy je možné využít portálové manipulátory. Příklad pracoviště sestaveného do skličovadlového soustruhu Takisawa TS-15 CNC, křížový suport s 12 polohovou revolverovou hlavicí je na obr Pracovní cykly ovládá dvou souřadnicový souvislý CNC systém FANUC 6BT. Portálový manipulátor DŰRR P100 doplní paletizační systém polovýrobků a obrobků. Manipulační systém má 5 stupňů volnosti (Vasilko a kol., 1991). Obr Pracoviště s T-portálovým manipulátorempf 30 z CNC soustruhu 1720 a průmyslovéhorobota M 2 OP s pěti stupni volnosti (Vasilko a kol., 1991) 1-soustruh, 2-manipulátor, 3-kontrolní automat, 4-paleta s polovýrobkem, 5-paleta s obrobky 101

102 STUDIJNÍ MATERIÁLY JANYŠ, B., Technológia I sústružník.. Praha: SNTL, 169 s. JANYŠ, B., Prehľad strojového obrábania.. Bratislava: Alfa, 156 s. HLUCHÝ, M., Strojárska technológia I.. Praha: SNTL. HLUCHÝ, M. a kol., Strojárska technológia 1. Náuka o materiálu. Praha: SNTL. CHVÁLA, B. a kol., Automatizace.. Praha: SNTL, 603 s. NĚMEC, D. a kol., Strojárska technológia 3. Strojní obrábění. Praha: SNTL. OUTRATA, J., Technológia I. Brusič. Bratislava: Alfa. 208s. VACH, J., Technológia I Frézar.. Praha: SNTL. 173 s. VASILKO, K. a G. BOKUČAVA, Technológia automatizovanej strojárskej výroby. Bratislava: Alfa. 275s. ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Popište hlavní části soustruhu. 2. Popište možnosti upnutí obrobku při frézování. 3. Rozdělte brousící stroje podle účelu a způsobu práce. 4. Proveďte rozdělení vrtacích a vyvrtávacíchch strojů. 5. Vysvětlete automatizovaný výrobní systém. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Hlavní části soustruhu: lůžko je dlouhý litinový nosník uložený na nohách 102

103 vřeteník (obr. 7.4) uložený na levé straně soustruhu, umožňuje upínat obráběný materiál, zabezpečuje rotační pohyb součástky, spouštět a zastavovat hlavní pohyb suport (obr. 7. 5) umožňuje upnout nožovou hlavu anebo nožový držák, posuv nože; skládá se z otočné desky, podélných, příčných a ručních saní. Je uložený na lůžku. koník (obr. 7.6) zabezpečuje podepření dlouhé součásti, obrábění vnitřních ploch (vrtání, vyhrubování, vystružování a řezání závitů) posuvný mechanismus zabezpečuje ruční a strojní posuv podélného a příčného suportu 2. Pro upínání fréz na frézkách se používá upínacích trnů. Dále je možno nástroje upínat přímo do vřetene anebo pomocí redukčních kuželů. Frézy s válcovou stopkou se upínají do vřetena pomocí sklíčidla. Způsob upnutí obráběných předmětů je závislý na jejich tvaru, velikosti a druhu práce. Větší kusy materiálu lze upínat přímo na stůl stroje bočními a opornými upínkami. Při upínání obráběných předmětů se používají upínky. Upnutí součástky na stůl upínkami se šrouby, bočními a opornými upínkami. Menší kusy materiálu upínáme do strojového svěráku přišroubovaného na stůl frézy. Svěrák má jednu čelist pevnou a druhou pohyblivou. Pro přesné dělení kruhových rozstupů používáme dělící přístroj. 3. Podle účelu a způsobu práce dělíme brousící stroje na: hrotové brousky, bezhroté brousky, brousky na otvory, rovinné brousky, nástrojářské brousky a planparalelní brousky. 4. Vrtací a vyvrtávací stroje mají celou řadu konstrukcí. Rozeznáváme: podle počtu vřeten: jednovřetenové, několikavřetenové podle polohy osy jejich vřetena: svislé, vodorovné podle konstrukce: 103

104 vertikální jednovřetenové vrtačky s neproměnným vyložením vřetene, stolní, sloupové, stojanové, vertikální jednovřetenové vrtačky s proměnným vyložením vřetene, radiální, souřadnicové a přenosné. 5. Automatizovaný výrobní systém na obr se skládá z těchto hlavních subsystémů: subsystém technologické soustavy, subsystém zdrojů rozvodu energie, subsystém řízení, subsystém mezioperační dopravy, subsystém skladování, subsystém měření a kontroly. 104

105 8. Plastikářství KLÍČOVÉ POJMY Lisovanie, vstrekovanie, namáčanie, vstrekovacie lisy, polymery, termoplasty, elastomery, reaktoplasty CÍLE KAPITOLY Po preštudování téjto kapitoly študent bude: - poznať rozdelenie polymerov a poplať ich spracovanie - poznať technologie vytlačonia, lisovania, pretláčania a vstrekovania - poznať konštrukciu prevedenie vstrekovacích lisov - poznať technológiu odlievania, namáčania, žiarového a fluidného nanášanie ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 4 VÝKLAD Rozmanitosť vlastností polymérov v závislosti od chemickej povahy polyméru a jeho fyzikálneho stavuvyžaduje pomerne veľkú variabilitu aj vo výrobných postupoch, v podmienkach spracovania polymérov. 105

106 Polyméry je možné rozdeliť z pohľadu spôsobu ich spracovania do troch základných skupín: 1. Termoplasty 2. Elastoméry (kaučuky) 3. Reaktoplasty (predtým nazývané aj termosety) 8.1 Termoplasty Termoplasty sa za bežných teplôt správajú ako tuhé telesá, ale pri zvýšených teplotách prechádzajú do formy vysoko viskóznej kvapaliny (vo väčšine prípadov pseudoplastickej), ktorú je možné tvarovať a opätovným ochladením fixovať jej tvar. Typickými predstaviteľmi tejto skupiny polymérov sú polyolefíny, najmä polypropylén, polyetylén, ďalej polystyrén, polyvinylchlorid, polymetylmetakrytál atď. 8.2 Elastoméry Elastoméry vykazujú za bežných teplôt vysokú zložku elastickej deformácie, ale sú schopné tiecť pri vysokých šmykových napätiach. Po vytvorení priečnych väzieb medzi makromolekulami dochádza k potlačeniu plastického toku materiálu, polymér sa stáva vysokoelastický, značne odolný voči plastickej deformácii. Vzniká materiál, všeobecne označovanýako guma. Priečne väzby môžu mať chemický, alebo fyzikálny charakter. Pokiaľ sú priečneväzby vytvárané chemickou cestou, hovoríme o vulkanizácii (reakcia elastoméru so sírou,alebo aj inými sieťovacími činidlami, napr. peroxidy, živice). Ak sú priečne väzby zabezpečované fyzikálnou cestou, najčastejšie kryštalizáciou plastomérnych jednotiek v molekule elastoméru, hovoríme o termoplastických kaučukoch. Chemicky zvulkanizovaný kaučuk už nie je možné fyzikálnou cestou vrátiť do plastického stavu. Termoplastické kaučuky sú schopné opätovnej plastickej deformácie po zahriatí nad teplotu topenia kryštalickej fázy. Typickými predstaviteľmi elastomérov sú prírodný a rôzne typy syntetických kaučukov (SBR, BR, NBR, atď.) 106

107 8.3 Reaktoplasty Reaktoplasty sa správajú ako termoplasty, majú veľmi malú alebo takmer žiadnu zložku elastickej deformácie, obyčajne sa ľahko tvarujú už za bežných teplôt, prípadne pri mierne zvýšených teplotách, pričom dochádza počas tvarovania aj k chemickej zmene štruktúry. K stabilizácii tvaru výrobku dochádza chemickou sieťovacou reakciou, ktorá môže byť vyvolaná zmiešaním dvoch medzi sebou reagujúcich zložiek, alebo len vplyvom zvýšenej teploty. Po prebehnutí chemickej reakcie sa získava tuhý materiál, ktorý nevykazuje prakticky žiadnu elastickú deformáciu a nie je možné uviesť ho opätovne do plastického stavu. Typickými predstaviteľmi tejto skupiny polymérov sú tuhé a kvapalné živice (epoxidové, polyesterové, fenolformaldehydové, melamínové atď.) Z uvedenej stručnej charakterizácie jednotlivých typov polymérov je zrejmé, že vzhľadom na ich rozdielne vlastnosti, bude potrebné zohľadniť špecifiká v technológii ich spracovania. Okrem toho, niektoré polyméry je možné spracovávať a využívať ako čisté polyméry, t.j. bez prídavku ďalších prísad (napr. PMMA), iné je potrebné upraviť pomocou rôznych prísad (stabilizátory, plnivá, zmäkčovadlá, modifikátory), prípadne je výhodné spracovávať zmes dvoch alebo viacerých polymérov. (Liptáková, 2012). Reaktoplasty sú materiály, ktoré sa teplom vytvrdzujú. Sú to látky, ktoré sa nedajú ďalej tvárniť (Vargová, 2012). 8.4 Spracovateľské inžinierstvo polymérov Vytlačovanie Základom technológie vytlačovania je vytlačovacící stroj, ktorý zabezpečuje plastifikáciu polyméru resp. polymérnej zmesi a jej dopravu na hlavu zariadenia, ktorá je zakončená hubicou. Plastifikovaný materiál je pod tlakom pretláčaný cez hubicu, ktorá má otvor s takým profilom, aby zmes dostala želaný tvar výrobku. Vytlačovanie zmesí je proces adiabatický v tomto procese dochádza k premene mechanickej energie na teplo. V praxi hovoríme o subadiabatickom (polytrópnom) a superadiabatickom procese vytlačovania kaučukovej zmesi. Pri subadiabatickom procese sa časť tepla privádza z vonkajšieho zdroja na to, aby sa zmes zahriala na požadovanú teplotu potrebnú na dobré spracovanie kaučukovej zmesi a časť tepla sa 107

108 vytvorí premenou mechanickej energie. Superadiabatický (tiež autotermný) proces vytlačovania je dej, pri ktorom sa neprivádza teplo potrebné na zahriatie zmesi z vonkajšieho zdroja ale vznikajú premenou mechanickej energie. (Prekop, 1988) Vytlačovacie stroje sa rozdeľujú hlavne podľa druhu spracovávaného materiálu a rozdielnej konštrukcie vytlačovacích jednotiek. Keď poznáme charakteristiku materiálu a jeho vlastnosti môžeme vybrať vytlačovací stroj s vyhovujúcim vytváraním tlaku na vytlačovaný materiál (Jahelka, 1969) Lisovanie a pretláčanie Lisovanie patrí medzi najjednoduchšie a ekonomicky najmenej náročné technológie spracovania polymérnych materiálov. Princíp lisovania spočíva vo formovaní roztaveného polyméru v dutine lisovacej formy s následným fixovaním tvaru výrobku. Tvarová fixácia závisí od toho, aký typ polyméru sa spracováva. Termoplasty sa pred vybratím z formy musia ochladiť. V prípade reaktoplastov a gumárskych zmesí musí prebehnúť chemická reakcia sieťovanie, vulkanizácia. Základom je dvojdielna vyhrievaná forma vedená vertikálne v lisovacom stroji. Spracovávaný materiál je vložený do dutiny spodnej časti formy. Horná časť formy (plunger, core) zíde do spodnej časti formy a stlačí materiál. V priebehu operácie je potrebné dodávať teplo. Teplo udržuje materiál v plastickom stave. Je to jeden z mála technologických pochodov, u ktorého nie je materiál premiestňovaný na dlhšiu vzdialenosť a u ktorého nie je vyžadovaná tekutosť materiálu. Pretláčanieje svojim technologickým usporiadaním a charakteristikami procesu veľmi blízke lisovaniu. Rozdiel medzi lisovaním a pretláčaním spočíva v konštrukcii formy. Z toho vyplývajú rozdielne dávkovanie zmesi do dutiny formy Vstrekovanie Princíp vstrekovania je jednoduchý plastový granulát sa pomocou vstrekovacieho lisu najskôr nahreje na teplotu plastikácie, pri ktorej je takmer tekutý. Takto pripravený tekutý materiál sa následne vstrekne do tvarovej formy, ktorá dá výrobku požadovaný tvar. Princíp vstrekovania termoplastov spočíva teda v ich 108

109 plastikácii, t.j. uvedenia polyméru do stavu viskóznej kvapaliny (taveniny) a jej následného vstreknutia do chladenej uzatvorenej dutiny formy. Tam sa materiál pod tlakom ochladí a nechá stuhnúť. Touto technológiou vznikajú rozmerovo presné a tvarovo zložité výrobky, ktoré sa používajú v mnohých priemyslových oboroch elektrotechnike, zdravotníctve, potravinárskom priemysle, v automobilovom priemysle a ďalších. Celý proces vstrekovania prebieha vo vstrekovacom stroji. Vstrekovací stroj je zariadenie, ktoré umožňuje roztavenie plastickej hmoty, jej homogenizáciu, ďalej vstreknutie taveniny pod tlakom do uzatvorenej formy. Uzatvorenie formy musí byť zabezpečené proti otvoreniu silou, ktorá je väčšia, ako sila vyvolaná tlakom v dutine formy. Základné časti vstrekovacích strojov sú: vstrekovacia jednotka uzatváracia jednotka forma príslušenstvo vstrekovacieho stroja Konštrukčné prevedenie vstrekovacích lisov Najčastejšia konštrukcia vstrekovacích lisov je horizontálna konštrukcia s jednou vstrekovacou komorou (obr. 8.1), tzn. že os vstrekovacej jednotky je v horizontálnej polohe kolmo na deliacu rovinu formy. Horizontálne vstrekovacie lisy sú najrozšírenejšie stroje pre spracovanie plastov. Obr. 8.1 Horizontálny vstrekovací lis (Kohoutek, 2009) 109

110 Pre špeciálne aplikácie sa v mnohých prípadoch používajú vertikálne vstrekovacie lisy. Upínacie dosky majú horizontálne plochy pre upnutie foriem. Horná doska je pohyblivá vo vertikálnom smere, spodná doska je pohyblivá v horizontálnom smere. Pohyb spodnej dosky je umožnený buď rotáciou guľatého otočného stolu alebo presuvným pohybom posuvného stolu. Najviac rozšíreným strojom je vstrekovací lis s tzv. stĺpikovým (alebo tyčovým) uzáverom. Princíp je jednoduchý medzi dvoma oceľovými doskami, ktoré sú pevne spojené štyrmi tyčami v ich rohoch, je po stĺpikoch alebo ráme stroja vedená pohyblivá doska. Jej presuvný mechanizmus sa opiera o jednu z pevných dosiek. Na čelo druhej pevnej dosky a čelo pohyblivej dosky sa upína forma. Hydraulické stroje používajú ako prenosové médium výkonu hydraulický olej, elektrické stroje hydraulický olej vôbec nepoužívajú. Všetky pohyby stroja sú vyvodzované elektrickými servomotormi riadenými frekvenčnými meničmi (obr. 8.2). Medzi výhody radíme kratší čas cyklu stroja, úsporu elektrickej energie vyplývajúca z vyššej účinnosti pohonov v porovnaní s hydraulikou a nepotrebnosť chladenia hydraulického motora. Nevýhodou je použitie prídavného hydraulického agregátu v prípade použitia foriem s hydraulickými ťahačmi jadier Obr. 8.2 Schéma kompletne elektrického stroja (Kohoutek, 2009) 110

111 Mnohí výrobcovia majú rôzne prevedenia hybridných strojov, čo je kombinácia hydraulických a priamych elektrických pohonov. V najväčšej miere sa uplatňujú hydraulické pohyby na uzatváracej jednotke. Tým je umožnené i bezproblémové použitie foriem s hydraulickými ťahačmi jadier. Výhodou elektrických pohonov vstrekovania a dávkovania materiálu je, že zaručujú vysokú presnosť a reprodukovateľnosť vstrekovacieho procesu Odlievanie, namáčanie, žiarové a fluidné nanášanie Odlievanie je technológia, ktorou je možné spracovávať termoplasty aj reaktoplasty. Podľa toho, aké sily pôsobia na polymér počas jeho tvarovania vo forme, rozoznávame odlievanie gravitačné, odstredivé a rotačné. Rotačné tvarovanie plastov (rotomoulding) je technológia, pri ktorej sa ako základný materiál používa plastový prach /polyetylén, polypropylén a iné/. Ten sa nasýpa do formy a za súčasného nahrievania, otáčania sa formy v dvoch osiach a následného chladenia sa prach pretvára na hotový výrobok. Namáčaním sa spracovávajú polyméry v tekutej forme roztokov, pást a disperzií. Najčastejšie spracovávanými polymérnymi materiálmi sú pasty PVC ale aj napríklad latexy kaučukov. V prípade PVC pást dochádza k fixácii tvaru výrobku želatináciou, v prípade aplikácie roztokov alebo latexov odparením rozpúšťadiel. Žiarovým nanášaním sa môžu spracovávať polyméry, ktoré majú teplotu rozkladu dostatočne vyššiu ako teplotu tavenia resp. mäknutia. Princíp žiarového nanášania spočíva v roztavení polyméru v špeciálnej pištoli a následným striekaním taveniny polyméru na povrch zvoleného materiálu. Fluidné nanášanie sa používa ako technológia nanášania polymérneho povlaku na povrch predmetov za účelom ich povrchovej úpravy. Poskytuje rovnomernejší a kvalitnejší povlak ako žiarové striekanie. Princíp fluidného nanášania spočíva v tom, že vyhriaty predmet sa ponorí do fluidnej vrstvy práškového polyméru. Častice polyméru sa na povrchu dostatočne vyhriateho predmetu tavia a zlievajú do kompaktnej vrstvy. Alternatívou fluidného nanášania je nanášanie v elektrostatickom poli, ktoré zabezpečí rovnomernejšie pokrytie povrchu upravovaného predmetu. (Liptáková, 2012) 111

112 STUDIJNÍ MATERIÁLY JAHELKA, M., Gumárenské a plastikářské stroje. Praha, SNTL-Nakladateství Nakladateství technické literatury, Str ISBN KOHOUTEK, J., Konstruční provedení vstřikovacích lisů. MM Průmyslové centrum, 2009 /1, v rubrice Trendy / Plasty. LIPTÁKOVÁ, T., ALEXY, P., GONDÁR, E., KHUNOVÁ,V.: Polymérne konštrukčné materiály, ISBN PREKOP, Š., VÁRKOLY, L., KUČMA, A., ĎURIŠ, Š., FEDOROVÁ EDOROVÁ, E., MATUŠČINOVÁ, A., MICHÁLEK, J., Gumárenská technológia 1,, EDIS vydavateľstvo ŽU v Žiline, str ISBN VARGOVÁ, M., Náuka o materiáloch.. Nitra: Garmond. ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Ako delíme polyméry podľa spôsobu spracovania? 2. Popíšte čo sú to termoplasty, elastomery, reaktoplasty. 3. Popíšte základné rozdelenie vstrekovacích lisov. 4. Popíšte technológiu vstrekovania. 5. Popíšte technológie odlievania, namáčania, žiarového a fluidného nanášania. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Polyméry je možné rozdeliť z pohľadu spôsobu ich spracovania do troch základných skupín: Termoplasty Elastoméry (kaučuky) Reaktoplasty (predtým nazývané aj termosety) 112

113 2. Viz kap. 8.1, 2, 3 3. Viz kap Celý proces vstrekovania prebieha vo vstrekovacom stroji. Vstrekovací stroj je zariadenie, ktoré umožňuje roztavenie plastickej hmoty, jej homogenizáciu, ďalej vstreknutie taveniny pod tlakom do uzatvorenej formy. Uzatvorenie formy musí byť zabezpečené proti otvoreniu silou, ktorá je väčšia, ako sila vyvolaná tlakom v dutine formy. 5. Viz kap

114 9. Kompozitní materiály KLÍČOVÉ POJMY Kompozitní materiály, formy, modely, polymerní materiály, Darcyho zákon CÍLE KAPITOLY Po prostudování této kapitoly student bude: - znát vlastnosti, výhody a nevýhody polymerních kompozitních materiálů - znát formy pro výrobu kompozitních materiálů - znát modely pro výrobu kompozitních materiálů - znátpožadavky na materiály pro železniční průmysl ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY 6 VÝKLAD 9.1 Definice kompozitních materiálů Kompozit lze definovat jako materiál, který se skládá ze dvou a více složek tvořící heterogenní materiál. Tyto složky se vzájemně liší svými mechanickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Obecně se kompozitní materiál skládá ze spojité a nespojité fáze. Spojitá fáze se nazývá matrice a v kompozitní struktuře je jejím hlavním úkolem zastávat funkci pojiva. Nespojitá fáze se nazývá výztuž a v kompozitu má funkci vyztužující. 114

115 V současné době existuje velké množství různých kombinací, a to jak fází pojící, tak i vyztužující. Toto odvětví se dynamicky rozvíjí, protože neustále vznikají nové modifikace stávajících kompozitních materiálů. 9.2 Polymerní kompozitní materiály Tyto materiály lze definovat jako polymery, které jsou vyztuženy vlákny. Materiál vláken může být například uhlík, sklo, aramid, atd. Polymerní matrice může být trojího druhu, to znamená buďto termoplastická (polypropylen, polyamid, polykarbonát), keratoplastická (např. nenasycený polyester, epoxid), nebo elastomerní (sesíťovaný styren-butadien, akrylonitril-butadien). Vlastnosti polymerních kompozitních materiálů Základní vlastností kompozitního materiálu je malá hmotnost kompozitních součástí při zachování vysokých hodnot mechanických vlastností. Kompozity se mohou vyrovnat i ocelím z hlediska mechanických vlastností. Dalšími důležitými vlastnostmi je možnost tlumit rázy, výrazné zvýšení životnosti a bezpečnosti konstrukce a menší požadavky na údržbu. Důležitou vlastností a zároveň výhodou je možnost kombinovat matrici a výztuž s ohledem na požadované konečné vlastnosti navrhovaného dílu. Kompozity vyztužené dlouhými vlákny se používají na rozměrově velké konstrukce, jako například lopatky větrných elektráren, části lodí, komponenty v dopravním průmyslu, atd. (Ehrenstein, Gottfried, 2009), (Rusnáková, 2011a). Výhody polymerních kompozitních materiálů - Vysoká pružnost při deformaci, - Velká pevnost a tuhost, kterou lze přizpůsobit směru a druhu zatížení, - Vysoká možnost přizpůsobení každému tvaru, - Velká odolnost proti dynamickému namáhání při vysokém mechanickém tlumení, 115

116 - Nízký součinitel délkové teplotní roztažnosti, - Odolnost proti stárnutí a korozi, - Velká možnost kombinovat různé druhy matrice a výztuže, vytvoření,,výrobku na míru, - Velké snížení hmotnosti proti ocelovým výrobkům (Carguideblog, 2013). Nevýhody polymerních kompozitních materiálů - Neexistuje standardizovaný kompozit z důvodu velkého množství možností kombinace matrice a výztuže, - Nelze přesně odhadnout chování kompozitního materiálu (nelze jednoduše sečíst vlastnosti jednotlivých složek), - Složité zkoušení materiálu (pokud je podmínkou nedestruktivní zkouška) - Malá mez pevnosti v tahu ve směru kolmém vzhledem k orientaci vláken (trhliny, oslabené spojení vlákna a matrice), - Složitá oprava a obrábění kompozitních materiálů po vyrobení (Evaulationengineering, 2006) Automobilový průmysl V automobilovém průmyslu se kompozity využívají kvůli mechanickým vlastnostem a kvůli snižování hmotností jednotlivých součástí a tím pádem i celého automobilu. Z těchto důvodů je velký podíl kompozitů ve sportovních automobilech (Rusnáková, 2011a) Letecký a kosmický průmysl Tyto dva obory byly první, kde se kompozitní materiály začaly uplatňovat. I v dnešní době se velké procento inovací v oblasti kompozitních materiálů používá 116

117 v leteckém a kosmickém průmyslu. Jako příklad využití ve vojenském průmyslu je fakt, že kompozitní materiál dokáže z části pohltit radarové vlny. V dopravním letectví se kompozitní materiály uplatňují na vrtule, křídla, radarovou techniku, trupy letadel, ale i na interiér (např. sedadla, vnitřní obložení, palubní mechanismy, atd.) (Rusnáková, 2011a) Lodní doprava Zde našly kompozity uplatnění díky své nízké hmotnosti, tudíž nižšího ponoru. Největší použití mají v lodní dopravě uhlíková vlákna, které se vyznačují odolností vůči slané vodě. Použití je u sportovních, vojenských i dopravních lodí. Konkrétně pak na trupy, paluby i stožáry (Rusnáková, 2011a). Obr. 9.1 Výzkumná loď M80 Stiletto Zdroj: Armchairgeneral, Železniční doprava V železniční dopravě z hlediska důvodů použití tomu není jinak, než v předchozích uvedených odvětvích. Hlavním hlediskem je snižování hmotnosti (nejen samotná hmotnost, ale i snadnější manipulace) a výborné mechanické vlastnosti (vysoká 117

118 tuhost a pevnost, nehořlavost, atd.). Další velkou výhodou a zároveň vlastností je malá potřeba údržby. Použití je velmi široké jak na lokomotivy, tak i na vagony. Konkrétně je to celá hrubá stavba, přední i zadní čelo, přední, zadní panel osvětlení, obložení stropů i stěn, interiérové kompozity, palubové desky, atd. (Rusnáková, 2011a). Obr. 9.2 Použití kompozitních kapot na vlakové soupravě Zdroj: Form s.r.o., Formy pro výrobu kompozitních materiálů Forma je obecně komponent důležitý pro výrobu. Dutina má tvar budoucího výrobku. U forem pro odlévání, nebo vstřikování se počítá se smrštěním a samotná forma je o míru smrštění zvětšená. Formy pro výrobu kompozitních součástí se dělí na jednodílné (otevřené) a dvoudílné (uzavřené) Aktuální stav výroby forem pro kompozitní materiály V současné době je jedním z nejhlavnějších faktorů pro výběr formy průsečík požadavků mezi konečnými požadavky na výrobek a vybavení, náklady na výrobu a časovou náročnost. Hlavním faktorem, podle kterého se volí typ formy, je sériovost výroby, to znamená například odhadovaná roční produkce. Z hlediska přesnosti forem je důležité, aby byly zajištěny minimální tvarové odchylky a také rozměrová přesnost jednotlivých dílů. V opačném případě se potom vyskytují problémy při montáži (Rusnáková, 2011). 118

119 9.3.2 Postup a realizace výroby formy Zadaný budoucí výrobek se nejprve vymodeluje ve 3D a 2D softwaru. Dle požadavků se potom vytvoří modely, které se používají pro výrobu. Následně se využívá metoda konečných prvků (MKP), která slouží k optimalizaci výroby. Je to verifikační metoda, kterou se ověřují mechanické vlastnosti, deformace, vnitřní napětí, stabilita, prosycování vrstvy pojiva (rychlost, čas, atd.) (Polycom s.r.o. 2012) Formy Výroba forem se odvíjí od několika následujících kritérií: - Velikost formy - Složitost a členitost geometrie - Přesnost a kvalita povrchu - Maximální limit nákladů - Požadovaná trvanlivost: počet vyrobených kusů Nároky na formu zejména při ručním kladení a vakuové infuzi: - Nízká hmotnost z důvodu manipulace s formou - Rozměrová stálost při teplotách okolo 80 C - Mobilní provedení (Rusnáková, 2011b) Materiály forem Kompozitní (laminátové)- Používají se pro středně velké série.laminátová forma se většinou upíná do kovové konstrukce pro zvýšení tuhosti.laminátové formy se vyrábějí podle modelu součástky (model je vždy nutný), kompozitní formy jsou levnější než kovové, ale musí se počítat s výrobou modelu. Kovové formy - používají se pro velké série.vyznačují se velkou životností, největší odolností proti vysokým tlakům a teplotním změnám, vysokou kvalitoupovrchu, 119

120 možností zabudování ohřevu, vyšší cenou než u kompozitních forem, vyšší hmotností oproti kompozitním formám, vhdností na složitou výrobu velkorozměrných a tvarově složitých součástí. Ostatní materiály- Nejčastěji používané materiály jsou dřevo, polyuretan, silikon, polystyren, jedná se o prototypové formy (Rusnáková, 2011b) Formy ze sklolaminátů Kompozitní formy vyrobené ze skelných vláken jsou nejčastěji používané v současné době. Je to z důvodů ekonomických a pevnostních. Z ekonomického hlediska je forma ze skelných vláken mnohem levnější než ocelová. Výrobky z kompozitů mohou dosahovat rozměrů i několik desítek metrů a pro takové velkorozměrové výrobky jsou formy ze skelných vláken velmi vhodné. Tyto formy vykazují velmi dobré mechanické vlastnosti a jsou dostatečně tuhé. Jejich oblast použití jsou středně velké série. Ale samozřejmě co do životnosti se s ocelovými formami nemohou kompozitní rovnat. Výhodou kompozitních forem je velká úspora hmotnosti z toho pramení snadnější manipulace. Postup výroby je takový, že na začátku výroby musí být k dispozici model výrobku. Ten musí odpovídat finálnímu výrobku jak tvarem, tak i rozměry. Materiál modelu se volí podle požadované životnosti, tedy kolik forem se z jednoho modelu bude moct vyrobit. Formy se všeobecně dělí na rovinné a zakřivené. Zakřivené se potom dále dělí na vnitřní a vnější. a) Vnitřní (anglicky female) jsou konkávní, tedy vyduté směrem dovnitř; b) Vnější (anglicky male) jsou konvexní, tedy vyduté směrem ven (Vaccumbaggingtechniques, 2010). 9.4 Modely Model je nedílná součást při výrobní technologii, podle které se vyrábí jak forma, tak i hotová součást. Model má tvar negativní geometrie výsledné formy a při 120

121 navrhování je nutné počítat s rozměrovými přídavky (při obrábění povrchu formy). U modelů, podle kterých se vyrábí kompozitní formy, se povrch modelu lakuje a nanáší se separační činidlo z důvodu snadného odformování. Materiály modelů, dřevo, polystyrén, sádra, blokové materiály (odlitky desek z polyuretanových a epoxidových matric), tenké plechy (Rusnáková, 2011b). Obr. 9.3 Model pro výrobu formy Zdroj: Výroba modelů a forem, 2013 Technologie výroby kompozitních materiálů ak vyplývá již z charakteru jednotlivých složek a základního rozdělení kompozitu, vzniká (až na výjimky) vláknový kompozit laminát teprve při výrobě polotovaru resp. výrobku. Vzhledem k tomu je třeba posuzovat technologický postup při výrobě vyztužených plastů za velmi podstatný faktor, který v zásadě určuje jak jeho konečné vlastnosti, tak i ekonomiku výroby. Proto je třeba věnovat volbě technologie značnou pozornost. Výrobní technologie je dána především charakterem výrobku. Volba se řídí několika zásadními faktory: Sériovost dílce, velikost a členitost výrobku, Kvalita povrchu, Požadované vlastnosti (zejména pevnost a hmotnost), Limit nákladů (Barbero, E. J., 1999). 121

122 9.5 Darcyho zákon pro kompozitní materiály Při teoretické simulaci infuzních procesů se využívá Darcyho zákon. Tento empirický vztah popisuje tok matrice přes vláknovou výztuž. Tento zákon byl poprvé využit v geologii, kdy se zjišťoval tok a pohyb ropy v porézních horninách. Darcyho zákon se v současné době využívá hlavně pro technologie RTM (resin transfer moulding) a pro vakuovou infuzi. Zákon popisuje lineární vztah mezi lokální hustotou toku pojiva a tlakovým gradientem aplikovaným v přípravku (Výroba modelů a forem, 2013). Darcyho zákon: Q K p = A η L Tab. 9.1 Legenda pro Darcyho zákon (Martanus, 2007) Veličina Jednotka Popis Veličina Jednotka Popis Q m 3.s -1 Objemový průtok Δp 1 Tlakový gradient Viskozita A m 2 Plocha průtoku η Pa.s pojivého systému K m 2 Permeabilita Penetrovaná L m výztuže délka 9.6 Požadavky na materiály pro železniční průmysl V současné době se kompozitní materiály stávají stále důležitějším prvkem v konstrukci. Kompozity ve velké míře pronikly do leteckého, lodního i automobilového průmyslu, ale v železničním průmyslu je míra použití kompozitů zatím nejmenší. Lze ale říct, že postupem času nacházejí a budou nacházet své uplatnění i v tomto odvětví. Hlavní překážkou pro masové rozšíření jsou počáteční vysoké náklady na návrhy, výpočty a kontroly v simulačních programech, ale také na suroviny a výrobu kompozitních součástí. To má za následek, že výrobci v železniční dopravě zatím vyrábějí hlavně s konvenčních materiálů. V poslední době se výrobci kompozitů zaměřili také na zavedení kovů do svých produktů (ocel, hliník) (Mcconell Rail, 2008). 122

123 Materiálové požadavky V současné době existuje 8 hlavních požadavků na materiály v železničním průmyslu: 1. Hmotnost 2. Mechanické vlastnosti 3. Bezpečnost 4. Životnost 5. Údržba 6. Ekologie 7. Tvarové vlastnosti 8. Náklady Jednotlivé požadavky uvedené výše spolu přímo či nepřímo souvisí. STUDIJNÍ MATERIÁLY RUSNÁKOVÁ, S., 2011a: Kompozitné materiály. Vlastnosti kompozitních materiálů. UTB ve Zlíně, Zlín. RUSNÁKOVÁ, S., 2011b. Formy. Zpracovatelské inženýrství kompozitů prednášky. UTB ve Zlíně, Zlín. RUSNÁKOVÁ, S., 2011c. Vakuové prosycování: VIP Vacuum infusion process. Zpracovatelské inženýrství kompozitů prednášky. UTB ve Zlíně, Zlín. RUSNÁKOVÁ, S., 2011d. Ruční laminování Hand lay up technology. Zpracovatelské inženýrství kompozitů prednášky. UTB ve Zlíně, Zlín. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Definujte kompozitní materiály. 2. Jaké znáte vlastnosti polymerních kompozitních materiálů. 3. Popište formu. 123

124 4. Uveďte a popište materiály forem. 5. Popište model. 6. Definuje Darcyho zákon a uveďte jeho využití KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Kompozit lze definovat jako materiál, který se skládá ze dvou a více složek tvořící heterogenní materiál. Tyto složky se vzájemně liší svými mechanickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Obecně se kompozitní materiál skládá ze spojité a nespojité fáze. Spojitá fáze se nazývá matrice a v kompozitní struktuře je jejím hlavním úkolem zastávat funkci pojiva. Nespojitá fáze se nazývá výztuž a v kompozitu má funkci vyztužující. 2. Základní vlastností kompozitního materiálu je malá hmotnost kompozitních součástí při zachování vysokých hodnot mechanických vlastností. Kompozity se mohou vyrovnat i ocelím z hlediska mechanických vlastností. Dalšími důležitými vlastnostmi je možnost tlumit rázy, výrazné zvýšení životnosti a bezpečnosti konstrukce a menší požadavky na údržbu. Důležitou vlastností a zároveň výhodou je možnost kombinovat matrici a výztuž s ohledem na požadované konečné vlastnosti navrhovaného dílu. Kompozity vyztužené dlouhými vlákny se používají na rozměrově velké konstrukce, jako například lopatky větrných elektráren, části lodí, komponenty v dopravním průmyslu, atd. (Ehrenstein, Gottfried, 2009), (Rusnáková, 2011a). 3. Forma je obecně komponent důležitý pro výrobu. Dutina má tvar budoucího výrobku. U forem pro odlévání, nebo vstřikování se počítá se smrštěním a samotná forma je o míru smrštění zvětšená. Formy pro výrobu kompozitních součástí se dělí jednodílné (otevřené) a dvoudílné (uzavřené). 124

125 4. Kompozitní (laminátové)- Používají se pro středně velké série, laminátová forma se většinou upíná do kovové konstrukce pro zvýšení tuhosti, laminátové formy se vyrábějí podle modelu součásti (model je vždy nutný), kompozitní formy jsou levnější než kovové, ale musí se počítat s výrobou modelu. Kovové formy - Používají se pro velké série a vyznačují se velkou životností, největší odolnost proti vysokým tlakům a teplotním změnám, vysoká kvalita povrchu, možnost zabudování ohřevu, vyšší cena než u kompozitních forem, vyšší hmotnost oproti kompozitním formám, složitá výroba velkorozměrných a tvarově složitých součástí. Ostatní materiály- Nejčastěji používané materiály jsou dřevo, polyuretan, silikon, polystyren, jedná se o prototypové formy (Rusnáková, 2011b). 5. Model je nedílná součást při výrobní technologii, podle které se vyrábí jak forma, tak i hotová součást. Model má tvar negativní geometrie výsledné formy a při navrhování je nutné počítat s rozměrovými přídavky (při obrábění povrchu formy). U modelů, podle kterých se vyrábí kompozitní formy, se povrch modelu lakuje a nanáší se separační činidlo z důvodu snadného odformování. 6. Při teoretické simulaci infuzních procesů se využívá Darcyho zákon. Tento empirický vztah popisuje tok matrice přes vláknovou výstuž. Zákon byl poprvé využit v geologii, kdy se zjišťoval tok a pohyb ropy v porézních horninách. Darcyho zákon se v současné době využívá hlavně pro technologie RTM (resin transfer moulding) a pro vakuovou infuzi. Zákon popisuje lineární vztah mezi lokální hustotou toku pojiva a tlakovým gradientem aplikovaným v přípravku (Výroba modelů a forem, 2013). Darcyho zákon: Q K p = A η L 125

126 10. Povrchové úpravy KLÍČOVÉ POJMY Korózia, povrchová úprava, protikorózna úprava, ochranné povlaky z kovov a nekovov CÍLE KAPITOLY Po preštudovaní tejto kapitoly študent bude: - poznať schému získavania koróznych údajov a postupu pri voľbe protikoróznej ochrany - poznaťantikoróznu ochranu kovových technických materiálov - poznať antikoróznu ochranu nekovových technických materiálov ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 4 VÝKLAD Pri návrhu súčiastok a výrobkov je nevyhnutné zohľadňovať okrem požiadaviek pevnostných aj vplyv agresivity prostredia na ich funkčnost a požadovanú životnosť. Nároky na prevádzkové vlastnosti a rozbor koróznych vlastností a rozbor koróznych vplyvov na súčiastky sú východiskom pre návrh takej ochrany, ktoré eliminuje alebo aspoň potlačí nepriaznivý vplyv prostrediana výrobok. Optimálny návrh má zaistiť dlhodobú ochranu pri optimálnych nákladech na jej uskutočnenie a udržovanie počas požadovanej živnosti. Bloková schéma postupu při výbere spôsobu ochrany je na obr (Švač, Kováč, 2009). 126

127 Povrchová úprava obrobkov slúžila predtým prevažne na dekoratívne účely. Dávala výrobkom pekný vzhľad, ktorý sa vytváral farbou, hladkosťou, leskom apod., tak sa zvyšovala predajnosť výrobku. Dnes je táto požiadavka väčšinou druhoradá, lebo povrchové úpravy sú zamerané väčšinou na funkčné účely (napr. odolnosť proti korózií, odolnosť proti opotrebeniu). Do povrchovej úpravy patria všetky fyzikálne, chemické, elektrochemické a mechanické postupy, ktorými nadobúda povrch žiadané vlastnosti bez použitia rezného nástroja. Výrobok Prostredie Materiál Ochranné systémy Požiadavky na funkčnosť Požiadavky na životnosť Vyhodnotenie koróznej agresivity Návrh alternatív agresivity Kinetika porušovania ochrany Ekonomicky rozbor alternatív Návrh optimálnej protikoróznej ochrany výrobku Obr Schéma postupu pri voľbe protikoróznej ochrany (Švač, Kováč, 2009) 127

128 Koróznu agresivitu prostredia ovplyvňuje široká škála faktorov. Hľadanie optimálních ciest riešenia problematiky vedie cez ekononomicky najvýhodnejšie požiadavky koróznych účinkov na materiály chránené i nechránené rôznymi typmi ochrany. Problémy sa riešia na báze zavádzaniakoróznych informačných systémov (CIS- Corrosion Information System). Ich cieľom je (Švač, Kováč, 2009): zhromažďovať údaje o koróznej odolnosti materiálov získaných experimentálnea z praxe, analyzovať korózne problémy (určiť agresivitu prostredia, druh napadnutia,kinetiku korózie) s použitím koróznej databázy, optimalizovať výber technológie ochrany výrobku, analyzovať hospodárnosť navrhovaných protikoróznych opatrení Schéma získavania koróznych údajov V chemickom priemysle, energetike, elektrotechnike, strojárenstve a ďalších priemyselných odvetviach sa zvyšujú nároky na odolnosť kovov proti korózii. Odhady, ktoré boli prevedené v niektorých priemyslových vyspelých štátoch, sa väčšinou zhodujú v tom, že celkové straty spôsobené koróziou sú 3 % - 4 % HDP. Účinnosť protikoróznej ochrany strojárskych výrobkov sa v obchodných vzťahoch stále častejšie uplatňuje ako jeden z rozhodujúcich ukazovateľov pri hodnotení akosti. Správna voľba kovových materiálov znižuje škodlivý vplyv korózie Druhy korózie z hľadiska vnútorného vzhľadu Schéma delenie sa vykonáva podľa rôznych hľadísk. Jedno z hľadísk je na obr. 128

129 KORÓZIA z hľadiska vzhľadu z hľadiska vnútorného mechanizmu biolobocká rovnomerná nerovnomerná škvrnitá, jamková bodová medzikrištalická chemická (nevovodivé prostredie elektrochemická (prostredie povahy elektrolytu) štrbinobá nitková vibračná extrakčná Obr Schéma delenia korózneho napadnutia Rovnomerná korózia Rovnomerná korózia (celková, obr. 10.3) napáda každé miesto povrchu materiálu približne s rovnakou intenzitou a rýchlosť jej šírenia možno pomerne ľahko vypočítať, tj. stanoviť životnosť súčiastok v určitom korozívnom prostredí. Obr Rovnomerná korózia (Hrdličková, 1979) Nerovnomerná korózia 129

130 Nerovnomerná korózia je nebezpečnejšia než celková. Materiál napadá do rozličnej hĺbky v určitých miestach. Prejavuje sa nasledovnými typmi: a) škvrnitá, jamková korózia b) bodová korózia c) medzikryštálová korózia d) štrbinová korózia e) nitková korózia f) vibračná korózia g) extrakčná korózia Druhy korózie z hľadiska vnútorného mechanizmu a) chemická korózia je spôsobená chemickými reakciami materiálu s elektrickynevodivým prostredím. b) elektrochemická korózia prebieha v prostredí, ktoré má charakter elektrolytu, roztavenej soli, vodného roztoku solí, kyselín a zásad t.j. v prostredí obsahujúcom ióny, kde sa na procese korózie podieľa aj elektrický prúd. Elektrický prúd vzniká buď priamo pri koróznom procese alebo prichádza do korozívneho prostredia z vonkajšieho zdroja Biologická korózia Kovový technický materiál môže byť rozrušovaný aj živými organizmami. Napríklad chrobák z rodu Dermestes požiera Zn, Ag, Au a najmä mäkké Pb. Bol pozorovaný chrobák, ktorý za 4 hodiny prehrýzol v Pb plechu t=0,2 mm a otvor priemeru 3 mm. Na rozrušovaní kovu sa podieľajú aj baktérie, ktoré svojou prítomnosťou podmieňujú vznik chemických zlúčenín zvyšujúcich agresivitu korozívneho prostredia Antikorózna ochrana kovových technických materiálov Ochrana technického materiálu pred koróznym napadnutím patrí medzi základné ekonomické úlohy každej firmy. Životnosť strojných súčiastok sa predlžuje viac než 130

131 dvojnásobne dokonalou, vhodne zvolenou ochranou materiálu. Optimálna ochrana nešetrí len energiu a suroviny, ale aj ľudskú prácu. Antikorózna ochrana je vykonávaná: vhodnou voľbou materiálu konštrukčnou úpravou úpravou korózneho prostredia elektrickou ochranou povrchovými úpravami Ochranné povlaky a vrstvy z kovov Pokovovanie ponorením do kúpeľa z roztavených kovov patrí medzi najstaršie spôsoby antikoróznej ochrany. Ponorením sa vytvárajú predovšetkým povlaky zo Zn, Sn, Pb. Po ohriati a omočení povrchu sa z kúpeľa vyberú a ochladia. Plátovanie pri plátovaní sa vrstva ochranného kovu na súčiastkach vytvára privalcovaním, oblievaním, spájkovaním, navrávaním alebo pripravením húževnatého kovu, ochranného kovu, explóziou. Žiarivé striekanie kovov (metalizovanie, šopovanie) metalizovaním sa vytvárajú kovové pláty na súčiastkach z kovov i nekovov. Ochranný kov sa privádza do striekacej pištole v podobe drôtu, prášku alebo tekutý z téglika. Stavu a druhu privádzaného kovu zodpovedajú konštrukcie metalizačných pištolí a to: drôtové, práškové a téglikové. Pokovanie amalgánom je to zastaraný, nehygienický a nákladný spôsob vytvárania kovových povlakov. Pokovanie difúziou antikorózna vrstva vzniká difundovaním ochranného kovu z pevného kvapalného alebo plynného prostredia do súčiastok za ohrevu v ochrannej atmosfére alebo vákuu. Difúziou sa súčiastky zinkujú, hlinkujú alebo chrómujú. Pokovanie parami kovov vo vákuu (obr. 10.4) kovové pary sa získavajú vyparovaním kovov vo vysokom vákuu. Odparovaný ochranný kov v tvare drôtu prášku sa vkladá do odparovacieho telesa ohrievaného odporovým teplom. Pokované predmety zavesené v priestore vákuovej komory a vznikajúce kovové pary kondenzujú na chladnejšom povrchu plôch privrátených k odporovaciemu telesu a vytvárajú tenký súvislý povlak. 131

132 Obr Zariadenie na vákuové pokovovanie (Hrdličková, 1979) 1-pracovná vákuová komora, 2-rotačná výveva, 3-predvákuový plynojem, 4- Rootsová výveva, 5-dyfúzna výveva, 6-ventily, 7-meranie vákua, 8-odparovaný kov, 9-elektóda na čistenie súčiastok výbojom, 10-otočný držiak s pokovovanými súčiastkami, 11-pokovované súčiastky Galvanické pokovanie ochranné kovové povlaky z čistých kovov i zo zliatin vznikajú na pokovaných súčiastkach následkom elektrolýzy. Pokované súčiastky sa zavesia do elektrolytu ako katódy. Elektrolyt obsahuje iony pokovujúceho ochranného kovu. Pri prechode jednosmerného prúdu elektródami a elektrolytom sa kov rozpúšťa, tj. povrchové atómy sa ionizujú, odchádzajú do elektrolytu a vytvárajú súvislý povlak na pokovanej súčiastke katóde Ochranné povlaky a vrstvy z nekovov Chemické úpravy povrchu voči korózii zvyšujú priľnavosť a odolnosť pri ďalších povrchových úpravách. Oxidácia povrch súčiastok nadobúda modrú, čiernu alebo hnedú farbu. Čiernenie ocele sa robí máčaním v oxidačnom kúpeli. Modrenie a hnedenie sa robí popúšťaním na farbu pri teplote C. Týmto spôsobom sa chránia súčiastky z mosadze a hliníka. Eloxovanie súčiastka nadobudne elektrizolačné vlastnosti. Chromátovanie vo vodnom roztokukyseliny chrómovej pri T = 95 C upravujeme povrch oceľovej alebo zinkovej súčiastky. Fosfátovanie súčiastky zo Zn, Al, Mn a ocele sú chránené kryštalickým povlakom fosforečnanov. Ten vzniká ponorením do kúpeľa alebo postrekom fosforu. 132

133 Difúzne sírovanie a sulfanitridovanie pri teplote 600 C sa napr. z prostredia siričitanu sodného difunduje síra do povrchu súčiastok. Zlepšenie vlastostí pri klznom trení a zvýšenie odolnosti proti opotrebovaniu, zadretiu alebo korózii sa robí sulfanizáciou. Smaltovanie smalty sú v podstate sklá modifikovaných vlastností, ktoré umožňujú ich priliehavosť k povrchu kovov. Vyrábajú sa zo skloviny, ktorá je zložená: zo sklotvorných oxidov kyslých, neutrálnych alebo zásaditých z pomocných surovín ako sú prídržné oxidy, farbivá a oxidačné látky Základní smalt je určený k natavovaniu priamo na kov. Dochádza k pevnému spojeniu kovu a sklovitého povlaku. Krycí smalt natavuje sa na vypálený základní povlak a vykazuje požadované vlastnosti, ktoré závisia od zloženia tohto povlaku. Jednovrstvové smalty spájajú aplikačné vlastnosti základných smaltov a funkčné vlastnosti krycích smaltov. Povlaky z náterových látok náterové látky sú anorganické (anorganické nátery, obklady a vymurovky) a organické. Anorganické náterové látky sa používajúako nátery katodickej ochrany oceli a obsahujú veľký obsah zinku(90 až 95 %). Ako spojivo sa používa kremičitan olovnatý a vytvrdzuje sa fosforečnanmi. Nanášanie sa vykonáva striekaním alebo natieraním. Podobný účinok majú aj nátery zo zinkového cementu. Organické náterové látkysú najlacnejšou, najbežnejšou a najstaršou ochranou súčiastok proti korózii. Tvorí cca 80 až 90 % všetkých povlakov. Navyše zlepšujú elektrickú izoláciu a naopak zhoršujú elektrickú vodivosť a celkový vzhľad súčiastky. Náterje definovaný ako súvislý povlak požadovaných vlastností. Vzniká nanesením a zaschnutím jednejalebo niekoľkých náterových vrstiev na 133

134 upravovanom povrchu. Základnými zložkami náterových hmôt súspojivá, pigmenty, plnidlá a aditíva. Mechanické úpravy povrchu mechanickou úpravou povrchu zabezpečujeme určitú požadovanú akosť a kvalitu povrchu. Účelom týchto úprav je: očistiť povrch od nečistôt vytvoriť podmienky pre zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu a korózií vytvoriť zodpovedajúci povrch vzhľadovým požiadavkám zaistiť podmienky pre vyhovujúcu priľnavosťďalších vrstiev zlepšiť mechanické vlastnosti povrchu K mechanickým úpravám povrchu radímebrúsenie, leštenie a kartáčovanie. Nanášanie náterových látok je ovplyvňované rozpúšťadlami, ktoré sú pri zasychaní stratovou zložkou. Zasychanie náterových látok prebieha za bežnej teploty alebo pri niektorých náterových látkach za zvýšenej teploty max. 60 C. Rozdelenie a označenieštandardných náterových hmôtje vykonané začiatočným písmenom skupiny, ktoré označuje základnú surovinovu bázu výrobku a za písmenom nasleduje štvormiestne číslo a slovný stručný názov náterovej hmoty. Prvá číslica štvormiestneho číslaudáva druh náterovej hmoty. Farebné odtiene sú označované podľa ČSN Povlaky z plastov kovové súčiastky možno chrániť aj povlakmi z vytvrditeľných plastov a častejšie z nevytvoriteľných plastov (napr. akrylátov, celulózy,teflexu, teflonu, polyamidu,polyetylénu, polyvinylchloridu a nielen ako protikorózna ochrana, ale i ako ochranaproti opotrebeniu, lepivosti atd.). Povlaky z plastov sa nanášajú: - lepením fólii - ultrazvukovým priváraním fólii - natieraním, navaľovaním alebo máčaním kovových súčiastok - obaľovaním predhriatych súčiastok v práškovom plaste 134

135 - žiarovým striekaním plastov, kedy sa plast v prášku alebo v podobe pasty sa dopravuje z tlakovej komory na ohriaty povrch súčiastky. Princíp je podobný práškovej metalizácii, líšisa v spôsobe tavenia prášku. Bezplameňové striekanie plastov - natavení a spekanie častíc prášku je urobené teplom predhriatehopredmetu. Tento spôsob je využívaný pre povlakovanie nádob. - disperzné nanášanie - striekanie jemných častíc rozptýlených v kvapaline - vírivé nanášanie - predhriate predmety sa ponárajú do sčereného prášku plastu, kde sa obalí a vplyvom akumulovanéhotepla sa tento obal zlieva v celistvý povlak. - plátovanie plastami - sa predovšetkým upravujú mäkké hlbokoťahané ocele a zliatiny ľahkých kovov. Existuje niekoľko technologií: laminačná suché kašírovane a kašírovanie za tepla laminované fólie plastisolová sa tzv. želatinaciov vytvorí konečný povlak nanášanie taveniny plastu široko štrbinovou hlavou na predhriaty nosný materiál 10.4 Antikorózna ochrana nekovových technických materiálov na obr Schéma triedenia antikoróznej ochrany nekovového technického materiálu je Povrchové úpravy plastov Súčiastky z plastov sa proti koróznemu rozrušovaniu ochraňujú povlakmi z niektorých náterových látok. Základné metódy prípravy povrchu plastov sú odmasťovanie, prelakovanie, leptanie, mechanické zdrsňovanie, temperovanie a predbežná úprava v elektrickom poli. Povrchy polymérnych látok je možné rovnako upravovať ako materiály kovové z dôvodov dekoratívnych aj funkčných. Farebné úpravy povrchu plastových výrobkov sú základnými spôsobmi dekorácie. Farebné efekty sa spravidla dosahujú farbami. Dôležitú úlohu zohráva 135

136 príprava natieraného povrchu a voľbou správneho druhu farby s vhodným spojivom pre dosiahnutie dobrej adhézie. Antikorózna ochrana nekovového technického materiálu plastov ostatných nekovov Povlaky kovov a zliatin metalizovanie pokovovanie chemické vákuové galvanické katódové naparovanie Povlaky z náterových látok striekaním máčaním navaľovaním stieraním potláčaním glazovaním povlaky z náterovýchlátok impregmovaním pokovovaním amalgámovanie metalizovanie vákuové pokovovanie Obr Triedenie antikoróznej úpravy nekovov Pokovovanie - vytvorenie kovového povlaku výrobkov z plastov dosiahneme okrem efektého kovového vzhľadu aj zmenu rady vlastností, medzi ktoré patrí napr.: zlepšenie mechanických vlastností, (opotrebenie), zníženie priepustnosti kvapalín a plynov, zníženie rýchlosti starnutia, zabraňuje tvorbe statickej elektriny a pod. Povlaky kovov a zliatin - kovové povlaky na súčiastkach z plastov zlepšujú ich fyzikálne a chemické vlastnosti a chránia ich pred škodlivými vplyvmi okolitého prostredia (napr. v automobilovom, elektrochemickom, hodinárskom a hračkárskom priemysle). 136

137 Povrchové úpravy ostatných nekovových technických materiálov sa používajú podobné technológie ako pri úprave kovových materiálov a platov (pokovanie, povlaky z náterových látok, glazovanie, impregnovanie tkanív). STUDIJNÍ MATERIÁLY HRDLIČKOVÁ, D., Strojárska technológia III. Praha: SNTL. 192 s. ŠVÁČ, V. a J. KOVÁČ, Korózia kovov.. In Transfér inovácií. [online]. [cit ]. Dostupné z: ISSN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Popíšte bloková schéma postupu pri výbere spôsobu ochrany. 2. Popíšte možné druhy korózneho napadnutia. 3. Vysvetlite základné druhy ochranných povlakov a vrstiev z kovov. 4. Popíšte antikoróznu ochrana nekovových technických materiálov. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Bloková schéma postupu při výbere spôsobu ochrany je na obr Schéma delenia korózneho napadnutia je na obr Ochranné povlaky a vrstvy z kovov sú v podkapitole Antikorózna ochrana nekovových technických materiálov je na obr

138 11.Technológia montáže a oprav KLÍČOVÉ POJMY Montáž, montážne práce, montážne pracoviská, robotická montáž, automatické montážne stroje, spájacie systémy, opravy CÍLE KAPITOLY Po preštudovaní tejto kapitoly študent bude: - poznať prvky motážneho podsystému - poznať základné montážne práce - vedieť možné zloženie montážního pracoviska - poznať architektúru robotickej montážnej techniky - mať základné poznatky o spájacích zariadeniach ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 6 VÝKLAD Montáž je vytváranie pevných alebo pohyblivých spojov medzi tuhými súčiastkami, ale aj medzi dávkami kvapalín a plynov. Montáž vytvára záverečný proces výrobného systému.. Výrobným systémom môžeme chápať výrobný podnik. Potom montážny 138

139 systém je len jeden podsystém výrobného systému. Rozhodujúcimi prvkami montážneho podsystému budú (Valetovič, 2001): montážny výrobok montážna technika montážne technológie (spôsoby vytvárania spojov požadovanej funkcie) človek v montáži informačný systém energetický systém. Na obr je prehľad základných prác vykonaných na montáži. Oproti prácam vykonaným pri výrobe súčiastok, napr. obrábaním, majú práce na montáži hlavne tieto zvláštnosti (Valentovič, 2001): väčšina operačného času sa spotrebuje na vykonanie zložitých a rýchlych medzioperačných a operačných manipulácií. Montážna technika z tohto hľadiska je bližšia technike textilnej ako na výrobu súčiastok, najväčšia intenzita materiálového a informačného toku vo výrobnom procese je na montáži, stochastický (náhodný) charakter rôznych kľúčových funkcií. 139

140 MONTÁŽ MANIPULÁCIA SPOJOVANIE SKÚŠANIE SKLADOVANIE sypanie ukladanie vkladanie stohovanie tvarový spoj silový spoj látkový spoj špeciálny spoj prítomnosti správnosti polohy správnosti zloženia špeciálne skúšky ORIENTOVANIE náhodné vynútené tvorenie prúdu delenie prúdu oddelenie súčiastky PRENÁŠANIE uchopenie prenesenie uvoľnenie špeciálne ŠPECIÁLNE PROCESY justovanie dodatočné obrábanie úprava povrchu balenie demontáž mazanie predmontážne práce iné Obr Základné aktivity montáže terminológia (Valentovič, 2001) Na obr je schéma všeobecného montážneho systému. Nástroje, informácie, energie a vyrábané a nakupované spojovacie súčiastky tvoria vstupy do systému. Ľudia, energie, informácie, technológia a technika sú vnútornými prvkami. 140

141 Obr Schéma všeobecného montážneho systému (Valentovič, 2001) 11.1 Základy montážnych prác K základom montážnych prác patrí: a) Kontrola tvaru a polohy povolené odchýlky v lícovacej sústave sú stanovené pre ideálne geometrické telesá. U mnohých súčiastok sa okrem základných rozmerov musí dodržať i vzájomná poloha. K základným kontrolám patrí meranie priamosti a rovinnosti, meranie uhlov, kontrola súososti, obvodového a čelného hádzania. b) Skrutkové spoje najrozšírenejší spôsob montáže strojných zariadení. Základnou časťou skrutky a matice je závit, ktorý vznikne vyrezaním drážky do určitého profilu do drieku skrutky alebo do diery matice. K zaisteniu skrutkových spojov proti uvoľneniu sa používajú položky, trecie a mechanické poistky. c) Spojovacie koliky, kliny a perá spájanie kolíkmi zabezpečuje vzájomnú polohu dvoch súčiastok, zamedzuje posuv alebo otáčanie jednej súčiastky voči druhej. Spájanie súčiastok klinmi a perami kliny používame k prenášaniu otáčavého pohybu z jednej súčiastky na druhú. Perá nemajú úkos a náboj na hriadeli zabezpečujú len proti otáčaniu. 141

142 d) Klzné ložiská v nich sa hriadeľ priamo stretáva s ložiskom v klznej valcovej ploche. Predpoklady k správnej funkcii ložiska sú súososť ložísk, dobrá kvalita klzných plôch a presnosť rozmerov klzných plôch. e) Valivé ložiská u nich sa hriadeľ s ložiskom stretáva nepriamo cez valivé telieska. Montáž ložísk sa skladá z umývania a čistenie ložísk, z úpravy ložiskových dielov k montáži a z montáže. f) Súčiastky k prenosu otáčavého pohybu prevodom sa prenáša otáčavý pohyb a mechanická energia z jedného hriadeľa na druhý, nesúosý hriadeľ Montážne pracoviská Montážne pracovisko je pojem pre vymedzený priestor s príslušným technickým vybavením. Vybavenie pracoviska je určené pre ručnú, mechanizovanú alebo čiastočne automatizovanú montáž, ktorú zabezpečuje jedna alebo viac osôb. Tri základné druhy pracovísk sú na obr Na obr. 11.3a je tzv. stolové pracovisko. Pozostáva spravidla z týchto typizovaných častí: Montážnický stôl Stolička Podnožka Motorické náradie zavesené na konzole pomocou vyvažovačov Krabicové zásobníky Miestne osvetlenie Opierka ramien a predlaktia Netypizovanými časťami je upínač výrobku, neštandardné náradie apod. Na obr je ľahké stolové pracovisko firmy BOSCH. 142

143 Obr Montážne pracoviská Obr Ľahké stolové montážne pracovisko (Valentovič, 2001) firmy BOSCH (Valentovič, 2001) Na montážnych pracoviskách sa nachádza náradie, ktoré je možno deliť z rôznych pohľadov. Napr. podľa rozsahu na štandardné a jednoúčelové, z hľadiska pohonu na motorické a ručné. Motorické náradie možeme rozlíšiť podľa energie pohonu na pneumatické, motorické, hydraulické atď. Ručným náradím pre skrutkovanie sú montážne kľúče (otvorené, zatvorené, otvoreno-uzavreté, hákové atď.), štandardné skrutkovače (ploché, krížové, atď.) Robotická montáž Robot všeobecne považujeme za voľne programovateľné zariadenie. Má tri a viac stupňov voľnosti. Tieto sú konštruované v jednom zariadení. 143

144 Portálový robot pracuje v troch kartézskych súradniciach. Robot SCARA (prvý prototyp obr. 11.5) pracuje v cylindrickej sústave. V sférickej sústave pracuje robot Puma. Výsledkom štúdií prof. Markina (Japonsko) bola nová architektúra montážneho robota SCARA (SelectiveComplianceAssembly Robot Arm). Obr Prvý prototyp robota SCARA (Valentovič, 2001) Architektúra robotickej montážnej techniky Spôsob zaradenia montážneho robota do okolia robota sa nazýva architektúra. Poznáme nasledovné architektúry: a) Montážne pracovisko s jedným univerzálnym robotom b) Robot ako stanica synchrónnej alebo asynchrónnej linky c) Pracovisko ako minilinka s dvoma robotmi d) Flexibilná montážna linka s cirkulujúcimi nosičmi e) Montážna linka SMASH f) Jednotechnologické robotické systémy 11.4 Automatické montážne systémy Asynchrónne stroje zložené z automatických montážnych liniek vznikajú tam, kde môžeme automatizovať činnosti. 144

145 Asynchrónne linky - výrobky sa môžu pohybovať v linke bez unášača, t.j. má rovnú základňu pre unášanie. Základná časť plní funkciu aj unášača. Synchrónne montážne stroje - sú stavané ako viacstanicové stroje, obyčajne automaty. Klasifikácia synchrónnych strojov: Základnou klasifikáciou, ustálenou v praxi, je rozdelenie strojov na (Velíšek a kol., 2005): o priamočiare, vrátane priamočiarych častí uzavretých okruhov, priamočiarych častí stromovitých okruhov, o kruhové, vrátane uzavretých obvodov, nielen kruhového, ale aj akéhokoľvek, napr. oválneho, mnohouholníkového, najčastejšie štvoruholníkového tvaru. V týchto strojoch sa používajú dopravné systémy pneumatickým alebo elektrickým pohonom. Prepojenie pohonov na mechanizmy môže byť pomocou prenášacej tyče, tyče so západkami, tyče s ozubeným hrebeňom (obr. 11.6), otočné tyče so záchytnými vodidlami, maltézsky mechanizmus (obr. 11.7) a globoidnej axiálnej alebo radiálnej vačky. Obr Tyč s ozubeným hrebeňom Obr Klasický maltézsky mechanizmus (Velíšek a kol., 2005) (Velíšek a kol., 2005) 11.5 Kontinuálne stroje Vznik kontinuálnych strojov je spojený s automatizáciou prác vykonávaných na rovnomerne sa pohybujúcom dopravnom páse. Z mnohých konštrukcií kontinuálnych 145

146 strojov sa dodnes zachovali montážne zariadenia pre finálnu montáž a rotorové montážne stroje Spájacie zariadenia K spájacím zariadeniam radíme montážne lisy, nitovacie zariadenia a skrutkovacie zariadenia. Montážne lisy využívame na zhotovenie tvárnených a nalisovaných spojov a na všeobecné lisovanie a tvárnenie. V montážnych lisoch najčastejšie sú používané mechanizmy hydraulické, pneumatické, pneumatickohydraulické, pneumatickomechanické a mechanické s odvaľovaním nástroja. Nitovacie zariadenia slúžia na vytvorenie nerozoberateľného nitového spoja. Nity môžeme rozdeliť podľa vzájomnej polohy na jedno a dvojstranné, podľa druhu nitov s dutým driekom, plným driekom a špeciálne a podľa konštrukčnej úpravy na priame a nepriame. Skrutkovacie zariadenia skrutkové spoje sú rozoberateľné montážne spoje. Základom je skrutka a ďalej matica podložky rôznych typov. Skrutky a matice klasifikujeme na skrutky pripevňovacie, spojovacie, hnacie, pohybové a skrutky speciálně. Skrutkovacia jednotka na skrutkovanie štyroch skrutiek súčasne s kontrolou existencie jednotlivých skrutkových spojov je na obr Zariadenie je v stolovom vyhotovení. Použitie je možné na samostatných pracoviskách s obsluhou. 146

147 Obr Skrutkovacia jednotka (Velíšek a kol., 2005) 11.7 Opravy techniky, strojov a zariadení Súčasná kvalitatívne nová technika, stroje a zariadenia nám umožňujú s použitím diagnostických prostriedkov pomerne rýchlo zistiť poruchu a zabezpečiť jej odstránenie. Poruchu je možné odstrániť opravou stávajúcich súčiastok, výmenou týchto súčiastok alebo výmenou celých skupín alebo podskupín prejavujúcich poruchu. V priebehu prevádzky sú technika, stroje a zariadenia zaradené v niekoľkých základných režimoch prevádzky. Týmito režimami sú používanie, údržba, opravy, skladovanie a preprava. Prevádzku techniky, strojov a zariadení meriame v prevádzkových jednotkách (napr. kilometroch, motohodinách, cykloch a pod.). Príčiny porúch podľa potreby môžeme rozdeliť na vnútorné a vonkajšie. Vnútorné príčiny vzniku porúch sú spôsobované nevhodnými tvarmi, vlastnosťami a odolnosťami materiálu, techniky, strojov a zariadení. Vonkajšie príčiny vzniku porúch sú výsledkom predpokladaného alebo nadmerného vzájomného pôsobenia súčiastok, vonkajšieho prostredia, zámernej činnosti alebo jednania osôb. 147

148 STUDIJNÍ MATERIÁLY VALENTOVIČ, E., Základy montáže.. Bratislava: STU. ISBN X. VELÍŠEK, K. a kol., Montážne stroje a zariadenia.. Bratislava: STU. ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Aké rozhodujúce prvky montážneho podsystému poznáte? 2. Popíšte základné aktivity montáže. 3. Popíšte montážne pracovisko. 4. Vysvetlite robotickú montáž. 5. Popište automatické montážne systémy. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Medzi rozhodujúce prvky montážneho podsystému radíme montážny výrobok, montážnu techniku, montážne technológie (spôsoby vytvárania spojov požadovanej funkcie), človeka v montáži, informačný systém, energetický systém atď. 2. Základné aktivity montáže sú popísané na obr Montážne pracovisko je popísané v kapitole Robotická montáž je popísané v kapitole Automatické montážne systémy sú v kapitole

149 12. Technologické postupy KLÍČOVÉ POJMY Technologické postupy, výrobné postupy, technologické operácie CÍLE KAPITOLY Po prostudování této kapitoly bude student znát: - výrobní proces a jeho fáze - základní podklady nutné pro práci technologa - základní techonlogické postupy ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 4 VÝKLAD Vyhotovenie súčiastok a ich zmontovanie do celkov prebieha určitými činnosťami. Tieto činnosti nazývame výrobný proces.. Výrobný proces je potrebné organizovať, plánovať, riadiť, realizovať a kontrolovať. Výrobný proces má tri fázy: prípravnú, realizačnú a kontrolnú. Vo výrobnom procese je nutné účelne predpísať poradie jednotlivých činností. Predpísanie jednotlivých činností pre výrobu a montáž súčiastok nazývame výrobný postup.. Ak je vo výrobnom procese zahrnutá činnosť pracovníka v priebehu výrobného procesu, nazývame takýto predpis pracovným postupom. Pre vypracovanie technologických i pracovných postupov musí mať technológ nasledujúce podklady (Janáč a kol., 1994): 1. výrobné výkresy súčiastok, výkresy zostáv, podzostáv a celých strojov, 149

150 2. údaje o počtu obrábaných kusov výrobkov, vrátane náhradných dielcov, 3. údaje o základných fondoch dielne, 4. údaje o výrobnom náradí dielne, 5. údaje o celkovej organizácii dielne, prevádzky, podniku, 6. údaje o možnostiach kooperačných vzťahov s inými dielňami, prevádzkami, závodmi, podnikami, 7. normy a normatívy (ISO, STN, ČSN, EN, oborové, podnikové) a technickými podmienkami výrobku, 8. špecifické požiadavky objednávateľa. Výrobný postup, ako základný predpis pre výrobný proces, musí spĺňať tieto požiadavky (Janáč a kol., 1994): 1. Určiť východiskový materiál alebo polovýrobok čo do jeho rozmerov a vlastností s ohľadom na hospodárnosť. 2. Určiť jednotlivé operácie a ich správny sled. 3. Určiť technologické základné ustavenia výrobku. 4. Určiť a predpísať operácie technickej kontroly pred dôležitými technologickými operáciami i ako konečnú operáciu. 5. Určiť univerzálne, špeciálne i jednoúčelové stroje. Jednoúčelové stroje sa v predstihu musia nechať konštruovať a vyrobiť. 6. Určiť špeciálne i komunálne nástroje a meradlá. 7. Určiť špeciálne i jednoúčelové prípravky. Špeciálne prípravky musia v predstihu zadovážiť, jednoúčelové prípravky sa musia v predstihu konštruovať a vyrobiť. 8. Stanoviť optimálne technologické podmienky, údaje o tepelnom spracovaní, povrchových úpravách. 9. Určiť a predpísať pomocné operácie. 10. Neporušiť technologickým a pracovným postupom BOZP. 11. Dbať, aby výrobný postup nebol v rozpore s ekologickými aspektmi. 12. Dať podklady pre technicko-ekonomické ukazovatele. 150

151 Podľa počtu výrobkov vyrábaných v určitom časovom období poznáme tieto typy výroby: kusovú, hromadnú, malosériovú, sériovú, veľkosériovú. Veľkosériová a hromadná výroba sa niekedy spájajú do jednej. Podľa použitého druhu výroby delíme technologické postupy na: rámcový (aj pracovný) technologický postup (malosériová a kusová výroba) obsahuje len zoznam operácií bez ďalšieho členenia podrobný (aj pracovný) technologický postup (sériová a hromadná výroba) obsahuje všetkých 12 náležitostí uvádzaných vyššie. Postup musí byť podrobný, lebo to vyrábajú robotníci s najnižším platovým zaradením. Pri spracovávaní podrobného technologického postupu pre hromadnú alebo veľkosériovú výrobu je potrebné spracovať podrobný technologický postup. Samotné členenie výrobného postupu je zrejmé z obr V uvedenej schéme členenia výrobného postupu nemáme všetky operácie rozdelené na úseky, bolo by to veľmi neprehľadné a situáciu lepšie pochopíme z uvedenej zjednodušenej schémy. Na úseky je rozdelená operácia Kopírovať tvar a na pohyby je rozdelený len úkon Upnúť. Ostatné väzby v schéme sú iba uvedené troma bodkami, čo znamená, že by mali mať pokračovanie. Pracovný postup na danej schéme má vynechané operácie, tie sú uvedené v technologickom postupe, pri čom operácia v technologickom a pracovnom postupe si musia vzájomne zodpovedať. V pracovnom postupe na našej schéme tiež nie sú uvedené všetky úkony. Väzba úseku technologického postupu s úkonom pracovného postupu je vyjadrená čiarkovane (prerušovanom čiarou) (Janáč a kol., 1994). Na ozrejmenie rozdielov medzi jednotlivými pojmami uvedieme príklad. Vybranou súčiastkou je prstenec (obr ). 1 valcová plocha vonkajšia 2 valcová plocha vnútorná 151