Zabezpečenie funkcie a vymeniteľnosti strojových súčiastok Ing. Miloš Gejdoš, PhD.
Tolerovanie rozmerov skutočná odchýlka je algebrický rozdiel medzi skutočným a menovitým rozmerom (leží medzi ES a EI, resp. es, ei), Tolerovanie je predpisovanie nepresností výroby Pre správnu funkciu strojov a vymeniteľnosť súčiastok pri ich montáži a pri opravách strojov už v prevádzke treba vedieť predpísať normalizovaným spôsobom dovolenú nepresnosť rozmerov, tvarov a vzájomnej polohy súčiastok, aby sa neohrozila funkčnosť a spoľahlivosť stroja. menovitý rozmer je napísaný na výkrese číselnou hodnotou vo forme kóty (J) skutočný rozmer je rozmer nameraný na vyrobenej hotovej súčiastke Dx, ds, tento rozmer sa spravidla nezhoduje s menovitým rozmerom,
horný hraničný rozmer udáva najväčší dovolený rozmer Dmax, resp. dmax, dolný hraničný rozmer udáva najmenší dovolený rozmer Dmin, dmin, tolerancia rozmeru je dovolená výrobná nepresnosť T = Dmax-Dmin, resp. t = dmax dmin; tolerancia rozmeru je vždy kladné číslo, platí, že T = ES EI, resp. t = es ei. horná hraničná odchýlka ES (resp. es) je algebrický rozdiel medzi horným hraničným rozmerom Dmax (dmax) a menovitým rozmerom (J); ES = Dmax J, resp. es = dmax- j, dolná hraničná odchýlka EI (resp. ei) je algebrický rozdiel medzi dolným hraničným rozmerom Dmin (dmin) a menovitým rozmerom EI = Dmin J, resp. es = dmin- j; hraničné odchýlky sú teda kladné alebo záporné, prípadne podľa vzájomnej veľkosti hraničného a menovitého rozmeru, tolerancia (T, t) rozdiel hornej hraničnej odchýlky (ES) a dolnej hraničnej odchýlky (EI), T = ES EI, resp. t = es ei.
Uloženie súčiastok s vôľou sa volí vtedy, ak sa majú vzájomne otáčať (natáčať), príp. posúvať hriadeľ v klznom ložisku, posuv kruhovej objímky po hriadeli a pod. Uloženie, kde je medzi styčnými plochami súčiastok presah, umožní ich pevné spojenie (remenica nalisovaná na hriadeľ bez iného spôsobu zabezpečenia proti pootočeniu). Prechodné uloženie volíme pri súčiastkach, ktoré sa nebudú vzájomne po sebe pohybovať a ani nemusia byť pevne spojené. Veľkosti tolerancií stanovuje jednotná sústava tolerancií a uložení (obsahuje normy 01 4201 až 01 4203) spolu v devätnástich radoch tolerancií nazvaných stupne presnosti a označených číslami IT 01, IT 0, IT 1 až IT 17 (táto je najhrubšia s najväčšími toleranciami). V strojárskej praxi sa bežne používajú na obrobené plochy stupne presnosti IT 5 až IT 11. Šírka tolerančného poľa je daná stupňom presnosti Základná čiara Nulová čiara dmr tolerancia mr hmr
Tolerančná značka - Ak pripojíme k písmenu, ktoré označuje polohu tolerančného poľa (diery alebo hriadeľa) voči nulovej čiare číslo, vyjadrujúce stupeň presnosti, dostaneme tolerančnú značku. V spojení s menovitým rozmerom udáva táto značka veľkosť tolerancie a obidve hraničné odchýlky. Hraničné odchýlky zodpovedajúce všetkým tolerančným poliam, nájdeme pre zvolený stupeň presnosti a menovitý priemer v tolerančných (lícovacích) tabuľkách. Uvádzajú sa v mikrometroch. Písmeno v značke udáva polohu tolerančného poľa vzhľadom na nulovú čiaru (na menovitý rozmer). Príklad: M = Ø 20 H7 +21 0 M = Ø 90 K7 +10-25 ES = + 0,021 mm ES = + 0,010 mm EI = 0 mm EI = -0,025 mm T = 0,021 mm T = -0,035 mm HMR = 20,021 mm HMR = 90,010 mm DMR = 20 mm DMR = 89,975 mm + 0,021 0 čiara + 0,010 0 čiara - 0,025 Ø 90 Ø 20
Sústavy uložení Pre rovnaký menovitý priemer a stupeň presnosti možno dosiahnuť rôzne uloženia hybné, nehybné a prechodné dvoma spôsobmi STN 01 4202:1992, STN 01 4203:1978 a/ Ponecháme rovnaké hraničné rozmery diery pre všetky uloženia toho istého stupňa presnosti a meníme iba hraničné rozmery hriadeľa. Vznikne sústava jednotnej diery. V sústave ISO sa za jednotnú dieru zvolila tolerancia s hraničným poľom H (jej dolný rozmer je nulový a jej horný rozmer je vždy kladný. b/ Ponecháme rovnaké hraničné rozmery hriadeľa pre všetky už uvedené uloženia rovnakého stupňa presnosti a meníme hraničné rozmery diery (podľa toho, aké uloženie požadujeme). Tak vznikne sústava jednotného hriadeľa, v sústave zvolené tolerančné pole s hraničnými odchýlkami hornou nulovou, dolnou vždy zápornou. Obrázok skriptá! V našom strojárstve sa väčšinou používa sústava jednotnej diery! Príklady označovania: 50 H8/d9 50 H8-d9; 50 H8 H 7 m; 120 H7/j6 ; 120 6 j ; 120 H7-j6 d9 Lícovanie - prispôsobenie plôch, ktoré sú uložené na sebe alebo dosadajú na seba tak, aby sa medzi nimi vytvoril požadovaný funkčný vzťah.
Predpisovanie na výkresoch a/ priemery valcových plôch alebo dĺžkových rozmerov, ktoré môžeme kontrolovať hraničnými kalibrami, udávame príslušnou tolerančnou značkou ( 50 H7, 60 h6). Medzi tolerančnou značkou a číslom kóty je malá medzera, b/ spôsob zápisu rozmerov, pri ktorých väčšinou udávame hraničné odchýlky číselnými hodnotami (v mm s príslušným znamienkom) preto, že ich nemožno merať (kontrolovať) hraničnými kalibrami; hraničné odchýlky píšeme číslicami menšími, prípadne aj rovnakej výšky bez ohľadu na ich znamienko, obidve na rovnaký počet desatinných miest, c/ jedna hraničná odchýlka je nulová; píšeme iba druhú odchýlku, kladnú hore, zápornú dole, odporúča sa zapisovať aj nulovú odchýlku, ak treba obmedziť rozmer iba v jednom smere, pripíšeme za tento údaj max alebo min, e/ zápis, kde obidve hraničné odchýlky sú rovnaké, líšia sa iba znamienkom; veľkosť číslic je tu rovnaká, tento spôsob zápisu sa používa na tolerovanie polohy a rozstup dier, f/ zápis hraničnej odchýlky okrem tolerančnej značkou alebo číselnými hodnotami (vždy ale v oblých zátvorkách), g/ zápis tolerančnej značky pre dieru na výkrese zostavenia je nad značkou pre hriadeľ za kótou spoločného menovitého rozmeru vo forme zlomku
Kužele Hraničné odchýlky kužeľovitosti pripisujeme v mm ku značke kužeľovitosti (podobne ako pri uhloch) údajom, ktorý sa vzťahuje na celú dĺžku kužeľa. Polohy a rozstupy vŕtaných dier Tolerujú sa vždy číselnými hodnotami hraničných odchýlok, väčšinou súmernými k menovitému rozmeru. Väčší počet dier na rozstupovej priamke (osi) sa kótuje od zvolenej základne alebo od osí súmernosti. Polohu dier ležiacich na rozstupovej kružnici kótujeme priemerom rozstupovej kružnice, na ktorej ležia diery a predpísaním uhlových rozstupov (teda stredových uhlov rozstupových osí dier), rozstupový priemer tolerujeme číselnými hodnotami hraničných odchýlok a rozstupy hraničnými odchýlkami v minútach, prípadne sekundách (tolerujeme uhly).
Hraničné odchýlky netolerovaných rozmerov stanovuje STN 01 4240 v štyroch triedach presnosti: presná, stredná, hrubá a veľmi hrubá. Prednostne sa volia hraničné odchýlky v strednej triede presnosti.
Tolerovanie tvaru a polohy plôch Nevyhnutné je predpísať okrem tolerovania rozmerov plôch súčiastok, aj hraničné odchýlky tvaru a polohy týchto plôch podľa STN 01 3137. Len vtedy sa zabezpečí spoľahlivá vymeniteľnosť súčiastok v prípade potreby. Tolerovanie tvaru e a priamosť b rovinnosť c kruhovitosť d valcovitosť e profil pozdĺžneho rezu
Tolerovanie polohy rovnobežnosti, kolmosti, sklonu, hádzania, súosovosti, súmernosti, rovnobežnosti osí, polohy osí od menovitej polohy Súhrnné tolerovanie tvaru a polohy Obvodové a čelné hádzanie, hádzanie v danom smere Úplné obvodové hádzanie, úplné čelné hádzanie Daného profilu, danej plochy
Drsnosť povrchov Kvalita povrchu súčiastok je základnou podmienkou správnej funkcie strojov a ovplyvňuje ich životnosť. Povrch súčiastok môže byť buď neobrobený (súčiastok odliatych alebo vykovaných) alebo obrobený (po sústružení, frézovaní, brúsení a iných spôsoboch obrábania). Drsnosť podmieňuje akosť povrchu, ovplyvňuje veľkosť súčiniteľa trenia, spôsob mazania klzných plôch a rýchlosť opotrebovania Drsnosť povrchu je vyjadrená strednou aritmetickou odchýlkou Ra v mikrometroch. Veľkosť drsnosti Ra je odstupňovaná v rozsahu od 0,012 µm do 100 µm v praktickom rade, ktorý obsahuje 14 stupňov drsnosti s týmito číselnými hodnotami: Ra S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 L S8 S9 S10 S11 S12 Rmax Stredná aritmetická čiara Ra = S1...S12 / L
Ra: 0,012; 0,025; 0,05; 0,1; 0,2 0,4 0,8 - brúsenie 0,8 1,6 3,2 sústruženie 3,2-6,3 12,5 frézovanie 12,5-25 50 hutnícka výroba 50-100 µm zlievarenstvo Na výrobných výkresoch súčiastok predpisujeme drsnosť povrchu spravidla najväčšou dovolenou odchýlkou Ra (µm) podľa uvedeného radu vpísanou do značky bez rozmerovej jednotky. Značky drsnosti sa umiestňujú na obrysové čiary súčiastok.
Dokončovacie spôsoby obrábania Dokončovacie spôsoby obrábania slúžia na dosahovanie vysokej kvality povrchu (malá drsnosť) a vysokej presnosti výroby presnosť rozmerov a tvaru Honovanie Dokončovací spôsob obrábania valcov (valce spaľovacích motorov, kompresorov, hydromotorov). Snaha o odstránenie elipsovitosti, kužeľovitosti a vlnitosti výrobku Kamene sú pritláčané na obrábanú plochu tlakom približne 1 MPa pomocou pružiny a kueľov. Na honovanie ocele sa používajú kamene z Al 2 O 3 a na liatinu a neželezné kovy kamene z SiC. Honovacia hlava sa otáča a zároveň posúva až po dosiahnutie IT 5 a Ra 0,2μm Honovacia hlava Superfinišovanie slúži na opracovanie vonkajších valcových plôch (ča py, hriadele, piesty, valivé telieska ložísk). s 2 1 3 1 - Brúsiace kamene 2 - Superfinišovacia hlava 3 - Obrobok s 1 v o
Superfinišovacia hlava je k obrábanej ploche pritláčaná tlakom 0,25 MPa. Vykonáva kmitavý pohyb pozdĺž obrábanej plochy s frekvenciou až 1200 dvojzdvihov za minútu. Obrobok sa otáča obvodovou rýchlosťou až 40 m.min -1. Medzi styčné plochy brúsiacich kameňov a obrobku sa privádza kvapalina, ktorá vytvára film, ktorého hrúbka sa reguluje tlakom brúsiacich kameňov. Superfinišovaním znížime drsnosť povrchu na Ra = 0,025 až 0,15 µm. Pracovná zmes je zmesou petroleja s 10 až 25 % vretenového oleja. Potrebná doba je 30 až 60 sekúnd. Lapovanie 2 3 1 Obrobok 2 Lapovacia zmes 3 Prítlačný valec 1 Nástroj vykonáva nepravidelný pohyb (otáčanie + posuv po dráhe). Lapovacia zmes je brúsivo v paste, alebo v kvapaline (AL 2 O 3, SiC). Lapujú sa funkčné plochy meradiel, rezných nástrojov, závitov, ozubených kolies, ložísk. Lapovaním sa dosahuje presnosť IT 1 Ra 0,02 µm.
Leštenie 1. Elektrochemické leštenie v elektrolyte princíp anódové rozpúšťanie kovu 2. Mechanické leštenie Leští sa na kotúčoch potiahnutých jemnou tkaninou (hodváb, zamat) krúživými pohybmi proti smeru otáčania kotúča. Na tkaninu sa nanáša leštiaca pasta (diamantová, AL 2 O 3, MgO ap.) Dosahovaná drsnosť je najnižšia. Valčekovanie, guľôčkovanie, pretláčanie, pieskovanie Používa sa na spevnenie povrchu a zvýšeniu odolnosti proti korózii a proti únave materiálu.
Povrchové úpravy Úpravami povrchu dosahujeme nové vlastnosti povrchovej vrstvy oproti pôvodnému stavu materiálu súčiastky (napr. zvýšenie odolnosti proti korózii, zvýšenie alebo zníženie tvrdosti tepelným spracovaním podľa účelu apod.) Korózia je samovoľné rozrušovanie materiálu chemickým, alebo fyzikálno-chemickým pôsobením prostredia. Spôsobuje značné škody. Menej ušľachtilé kovy korodujú skôr (majú záporný štandardný potenciál Fe, Al, Zn, Cr. Al, Zn, Cr korodujú rýchlo, ale na povrchu vytvárajú ochrannú vrstvu a spolu s olovom sa používajú ako ochranné povlaky). Ušľachtilé kovy majú kladný štandardný potenciál (Au, Ag, Cu). Druhy korózie 1. Podľa mechanizmu vzniku - Chemická pri tejto korózii prebieha chemická reakcia oxidácia (vznikajú oxidy železa Fe 2 O 3 ). - Elektrochemická elektrolyt urýchľuje priebeh korózie. 2. Podľa korózneho prostredia - Pôda pôdna korózia; - Voda kvapalina korózia v kvapalinách; - Vzduch (atmosféra) Atmosférická korózia kyslík a vodné pary (relatívna vlhkosť vzduchu viac ako 60 %); - Chemikálie.
3. Podľa vzhľadu - Rovnomerná do rovnakej hĺbky - Miestna jamková - Bodová malé miesto na povrchu, ale do značnej hĺbky - Selektívna napáda len jednu fázu v zliatine (medzikryštalická, transkryštalická) Súčiastky ľahšie korodujú, ak je korózia kombinovaná s ďalším namáhaním (mechanické namáhanie ťah, tlak, strih, krut, ohyb; únavové namáhanie; vibrácie; pôsobenie el. prúdu. Korózia plastov rozrušenie plastov teplom, žiarením, chemickým pôsobením, pôsobením baktérií a plesní. Ochrana proti korózii -Voľba vhodného materiálu koróziovzdorná oceľ/nerez. Najlepšie odolávajú korózii prvky Cu, Al, Cr, Ni. -Úpravy korózneho prostredia pohlcovače vlhkosti, vykurovanie, inhibítory. -Konštrukčné úpravy vyhýbať sa ostrým rohom, dutinám, štrbinám, používanie podstavcov.
-Technológia výroby najhoršia je zváranie, tvárnenie za tepla (kovanie, valcovanie) po tepelnom spracovaní. Voliť obrábanie, pri ktorom je drsnosť povrchu čo najnižšia. -Elektrochemická ochrana katódová ochrana (tzv. obetovaná anóda) pri potrubiach. -Povrchové úpravy. Povrchové úpravy dosahujeme nimi lepšie mechanicko-chemické vlastnosti povrchu upravenej súčiastky (napr. zvýšenie odolnosti proti korózii, zvýšenie, alebo zníženie tvrdosti a podobne). Predbežné úpravy povrchu - Mechanické (drôtenou kefou, brúsnymi papiermi, omieľaním a otryskávaním). - Chemické a elektrochemické úpravy povrchu odmasťovanie (lieh, acetón, technický benzín), morenie v elektrolyte, leštenie v elektrolyte (elektrochemické leštenie). Kovové povlaky -Galvanizovanie (elektrolytické pokovovanie). Používa sa Zn, Ni, Cr, Au, Ag. V elektrolyte je katóda súčiastka a anóda niektorý zo spomínaných materiálov pri jednosmernom prúde. -Ponorením do roztaveného kovu. Používa sa Sn, Al. -Metalizácia (žiarové striekanie). Používa sa Sn, Al, Zn, najčastejšie vo forme prášku a taví sa plameňom. -Chemicko-tepelné spracovanie Nasycovanie povrchu Zn, Al, Cr, Ni. -Fyzikálne povlakovanie naparovanie vo vákuu. Používa sa karbid titanu TiC, karbonitrid titanu TiCN, alebo nitrid titanu TiN.
2 3 3 4 1 5 1 5 2 + Princíp fyzikálneho povlakovania Naparovanie vo vákuu 1 povlakované predmety 2 - nanášaný kov 3 neutrálny plyn 4 reakčný plyn 5 vákuové čerpadlo Reaktívnym naprašovaním
Nekovové povlaky a vrstvy -anorganické smalty a keramické povlaky -organické farby, plasty Nanášanie farieb štetcom, ponorením, striekacou pištoľou, sprejom Plasty používajú sa plasty v práškovej forme. a) Poprašovaním súčiastka musí byť zohriata, otáča sa a rovnomerne posúva a na jej povrch padá zvrchu práškový plast; b) Fluidizácia; c) Navalcovaním plastovej fólie; d) Žiarovým striekaním pištoľou, plameňom. 1 1 2 PTFE lepidlo 2 K 3 1 Zásobník plastu 2 Zohriata súčiastka 1 Zohriata súčiastka 2 Plast 3 Sito 4 - Vzduch 4 plech
Tepelné spracovanie povrchov: - Žíhanie pozostáva z ohrevu na žíhaciu teplotu, niekoľkohodinovej výdrže a pomalého ochladzovania. Druhy: a) Homogenizačné žíhanie na vyrovnanie chemickej nerovnorodosti (pri teplotách 1000 1200 C), výdrž 4 hodiny, ochladzovanie v peci. b) Normalizačné žíhanie na dosiahnutie pravidelnej štruktúry a dobrých mechanických vlastností. Je najpoužívanejšie. Teploty 30 50 C nad čiarami AC3 a ACM obrázok, výdrž do 4 hodín, ochladzovanie na voľnom vzduchu. c) Žíhanie na mäkko cieľom je zlepšenie obrobiteľnosti a tvárnosti. Dosahuje sa to sferoidizovaním častíc Fe 3 C. Teploty 700 až 750 C. Výdrž 4 8 hodín, ochladzovanie v peci. d) Žíhanie na zníženie vnútorných napätí po tvárnení za tepla a zváraní. Teploty 500 až 650 C, výdrž 1 až 2 hodiny (4 hodiny), ochladzovanie v peci. - Kalenie pozostáva z ohrevu na kaliacu teplotu, výdrže a rýchleho ochladenia (vodná sprcha). Hlavným účelom je dosiahnutie tvrdosti. Vzniká krehkosť materiálu, preto po kalení nasleduje popúšťanie. Kaliace prostredie voda, olej, vzduch. Zakalená hrúbka je približne 1,5 mm. Lomené kalenie je kalenie dvoch rôznych prostredí za sebou Popúšťanie Ohrev zakalenej ocele, výdrž, ochladenie pomalšie ako pri kalení. Nízkotepelné popúšťanie (350 C) a vysokotepelné popúšťanie (700 C).
T [ C] 1538 a 1148 horák sprcha b Acm Ac3 c 727 d 0,7 2,11 % C Diagram Fe Fe 3 C (železo karbid železa)
Chemicko-tepelné spracovanie Obohacovanie povrchu súčiastky určitými prvkami. Cieľom je vyššia tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu, vyššia odolnosť proti korózii. - Cementovanie nasycovanie povrchu súčiastky uhlíkom (teplota 900 C, 4h), hĺbka cementačnej vrstvy 0,5 2 mm, vždy po ňom nasleduje kalenie. a) V tuhom prostredí (cementačný prášok sa skladá z dreveného uhlia a uhličitanu bárnatého). Súčiastky sa vložia do žiaruvzdorných krabíc, zasypú sa cementačným práškom a na niekoľko hodín sa zohrejú v peci b) V plynnom prostredí tvorí ho oxid uhoľnatý CO, oxid uhličitý CO 2, metánu a vodíka. Vykonáva sa v špeciálnych peciach Monokarpoch c) V kvapalnom prostredí v roztavených soliach s obsahom kyanidov (kyanid draselný a sodný) vysoká jedovatosť. - Nitridovanie nasycovanie povrchu súčiastky dusíkom (teplota 500 600 C, 4h v plynnom prostredí viac), hrúbka nitridačnej vrstvy je do 0,5 mm. Po nitridovaní sa tepelné spracovanie nerobí. a) V plynnom prostredí NH 3 čpavok, amoniak je výhodné robiť u ocelí s obsahom hliníka alebo chrómu, ktoré tvoria s dusíkom veľmi tvrdé nitridy (odpadá ďalšie tep. spracovanie). b) V kvapalnom prostredí roztavené soli s obsahom kyanidov (sodného a draselného)
Predpisovanie úpravy povrchov na výkresoch
Výrobné podklady Samoštúdium v skriptách! -Všeobecné požiadavky na výrobné podklady -Výkresy súčiastok -Výkresy zostáv -Popisové pole -Opravy a zmeny na výkresoch -Číslovanie výkresov
a/ výrobný výkres súčiastky (detailný výkres): tvar súčiastky (nakreslením jej tvaru, príp. obrazu), veľkosť súčiastky (daná je okótovaním všetkých jej rozmerov), presnosť výroby (udáva sa zapísaním hraničných odchýlok k rozmerom) a požiadavky na dodržanie presnosti geometrického tvaru funkčných plôch a ich vzájomnej polohy, akosť povrchu súčiastky, príp. jeho úpravu, materiál, z ktorého sa bude súčiastka vyrábať a jeho konečný stav, druh potrebného polovýrobku, príp. jeho hrubé rozmery, údaje na výrobu, kontrolu a skúšanie súčiastok, organizačné údaje (názov výkresu, jeho číslo, zmeny a opravy), b/ výrobný výkres zostavy alebo menších celkov, teda čiastkových zostáv: obrazy všetkých súčiastok zobrazovaného celku (skupiny alebo celého stroja) nakreslené v správnej vzájomnej polohe, kóty rozmerov, ktoré sa budú kontrolovať pri montáži s udaním ich požadovanej presnosti, označenie všetkých súčiastok zobrazovaného celku číslami pozíciami, vypísanie všetkých súčiastok zobrazovaného celku v zozname súčiastok (v kusovníku v nadstavbe popisového poľa, s udaním počtu jednotlivých súčiastok pre jednotlivé súčiastky na jedno úplné vyhotovenie stroja, ďalšie údaje pre montáž a vyskúšanie zobrazeného celku, organizačné údaje, ktoré zľahčujú zaobchádzanie s výkresom (názov výkresu, jeho číslo a pod.).
Popisové pole
Do stĺpcov kusovníka zapisujeme: počet kusov (len na výkrese zostavy), názov súčiastky a jej hlavné rozmery (na výkrese zostavy) alebo rozmery polovýrobku (materiálu na výkrese súčiastky), číslo rozmerovej normy polovýrobku (pri normalizovaných súčiastkach číslo príslušnej normy, pri odliatku číslo modelu); spôsob vyznačovania sme poznali v druhom ročníku, materiál súčiastky (východiskový, konečný), trieda odpadu, čistá a hrubá hmotnosť súčiastky, číslo výkresu zostavy a označenie súčiastky pozícia v ňom. Kusovník sa musí starostlivo vyplňovať, pretože sa používa na: prípravu technologických postupov, prípravu súčiastok na montáž, objednávanie súčiastok a materiálu zo skladu alebo od subdodávateľov.
Opravy a zmeny výkresov
Ďakujem za pozornosť!