ZESPÓŁ SZKÓL OGÓLNOKSZTAŁCĄCYCH i TECHNICZNYCH NR 13 W TORUNIU. Pomocnicze materiały dydaktyczne dla uczniów

Transkrypt

1 ZESPÓŁ SZKÓL OGÓLNOKSZTAŁCĄCYCH i TECHNICZNYCH NR 13 W TORUNIU Pomocnicze materiały dydaktyczne dla uczniów Podstawy Konstrukcji Maszyn. Dokładność wytwarzania i kontroli wytworów. Weryfikacja i oznaczanie Materiały zebrał: Anatol Szydłowski Styczeń 2010 roku

2 Wprowadzenie seryjnego wytwarzania maszyn, zwłaszcza w produkcji masowej, wymogów współdziałania bezkolizyjnego i trwałego elementów oraz stawianie przez użytkowników wymogów specjalnych spowodowały zdyscyplinowanie oraz rygory w dotrzymywaniu dokładności obróbek mechanicznych, szczególnie wymiarów przedmiotów, ale również dokładności kształtu oraz piękna przedmiotów, w wyznaczonych z góry, tzw. dopuszczalnych granicach. Apogeum wymagań wymiarowych jest oczywiście zapewnienie całkowitej wymienności elementów zużywających się inaczej (czytaj: mających wady, szczególnie materiałowe, których nie udało się wykryć podczas np. kontroli przetwarzania hutniczego oraz wytrzymałościowego otrzymanych, określonych gatunków materiałów konstrukcyjnych). Taka wymienność polega na tym, że jakikolwiek element wytworzony zgodnie z daną konstrukcją (graficznym zapisem konstrukcji rysunkiem technicznym), będzie przydatny do zastosowania w dowolnym egzemplarzu przedmiotu danego rodzaju (według tego samego zapisu konstrukcji). Dla przykładu, jeżeli na graficznym zapisie konstrukcji podamy zapis wymiaru np.125mm, to pewnym jest, że zaobserwowany wymiar przedmiotu nie będzie miał 125 mm, a nawet gdyby tak było, to nie uda nam się tego z absolutną pewnością stwierdzić za pomocą przyrządów pomiarowych, których użyliśmy w tym czasie i w tym miejscu właśnie, by to potwierdzić. Konkluzja!? Zawsze wystąpią odchyłki od tego, co jest w rzeczywistości. Trzeba to przewidzieć stosując tzw. tolerancje. Rys.1. Rozkłady odchyłek wg ISO Więcej informacji uczniowie zdobędą po zapoznaniu się z publikacjami na stronie internetowej Zespołu szkół, autorstwa mgr inż. Józefa Wakuły i autora czytanej prezentacji. Państwa, które przystąpiły do Konferencji paryskiej (ISO) uzgodniły, że wystarczy pięć możliwych położeń pól tolerancji (rys.1). Jeżeli położenie pola tolerancji nie jest wyznaczone przez konstruktora, to z góry trzeba się liczyć z jednym z pięciu przypadków odchyłek od wymiaru nominalnego (N) tzn., w omawianym przypadku od 125 mm. Rys.1. Ilustracja możliwych położeń pól tolerancji

3 Wymiar przedmiotu (h - wysokość, s - szerokość, bądź g- głębokość) jest składnikiem geometrycznej cechy konstrukcyjnej. Na tą cechę składają się: wymiar nominalny N oraz tolerancja wraz z położeniem jej pola ( oznaczonego od a do zc, zgodnie z normami): W = N v Tx (x = a,b,c p,r,s ) gdzie N - wymiar nominalny, Tx tolerancja i położenie jej pola. Analizując powyższy zapis załóżmy, że istnieje potrzeba wykonania płytki prostopadłościennej, przy wykonaniu której najważniejszym problemem okazała się jej grubość. Jeżeli oprócz wymiaru nominalnego h podamy odchyłkę Δh, równą przyjętej wartości tolerancji T musimy zapis przedstawić tak, jak to pokazano (poglądowo) na rys.2b. Na rys.2c. przedstawiono możliwe, przy założonych odchyłkach, odkształcenia płytki. Albowiem możliwe są, nawet nie do przewidzenia tzw. odchyłki wytwórcze. Tutaj przedstawione, dla uproszczenia w układzie dwuwymiarowym (rys.3); na rysunku a) można uznać, że przedmiot jest wykonany poprawnie, zgodnie z konstrukcją bez wad kształtu. Na rysunku 3b, oznaczeniem D zaznaczono miejsca, w których struktura zewnętrzna przedmiotu znajduje się jeszcze w obszarze dopuszczalnym, zgodnie z przyjętymi przez konstruktora tolerancjami dopuszczalnych błędów kształtu. Natomiast w miejscach N, podczas prac wykonawczych (mogą to być prace wykonywane przez warsztaty rzemieślnicze, małe zakłady wytwórcze, bądź wytwórnie wysoko wyspecjalizowane), stwierdzono przekroczenie granic dopuszczalnych tych błędów, wobec czego przedmiot powinien być uznany za wadliwy. Taki stan odchyłek kształtu przedmiotu nazywamy makrostrukturą geometrii zewnętrznej przedmiotu. Jeżeli obszar zaznaczony okręgiem na rys.2c. Powiększymy, spoglądając na niego przez np. mikroskop, zobaczymy nierówności określane mianem gładkości lub współcześnie - chropowatości powierzchni. Jest to tzw. mikrostruktura geometrii zewnętrznej wytworu, charakteryzująca chropowatość powierzchni. Rys.2. Makro i mikrostruktura powierzchni. Rys.3.Struktura zewnętrzna przedmiotu: a) dopuszczalna, b) niedopuszczalna; D granicznie dopuszczalna, N- niedopuszczalna.

4 Teoretyczne rozważania, dotyczące np. stochastycznych własności struktury i jej probabilistycznej zmienności pominięto dla uczniów techników z powodów oczywistych. Niemniej można, dla dalszego poznania przez uczniów podać, że : geometryczne cechy konstrukcyjne wyznaczają dwa zakresy zmienności omawianej uprzednio struktury zewnętrznej każdego wytworu: makrostruktury (błędy wymiarowe oraz kształtów przedmiotów; wymiar Dmin- wymiar nominalny, T tolerancja wykonania, oznaczone na rys.5.) oraz mikrostruktury (chropowatość powierzchni wymiar C na rys.5; ślady pozostawiane przez np. ostrza narzędzi skrawających, w tym po śrutowaniu czy piaskowaniu, przez elementy nagniatające, po obróbkach galwanicznych, itp.) Na rys.4. przedstawiono, uzyskany przez mikroskop elektronowy obraz struktury zewnętrznej powierzchni przedmiotu po obróbce szlifowaniem, a na rys. 5. model przypadkowej powierzchni po obróbce z ubytkiem materiału. Mikrogeometryczny stan powierzchni wyrażają parametry liczbowe. Pozwalają one porównywać oraz sprawdzać poprzez pomiary chropowatość i falistość różnych powierzchni, a w kontaktach między dostawcą i odbiorcą sklasyfikować, czy powierzchnia jest z wadą, czy bez wad. W Polsce, i nie tylko stosuje się dwa parametry: 1. Największa wysokość profilu (Pz, Rz, Wz). 2. Średnia arytmetyczna rzędnych profilu (Pa, Ra, Wa). W oznaczeniach tych duże litery odnoszą się odpowiednio do: P profilu pierwotnego, R profilu chropowatości, W profilu falistości. Małe litery, natomiast związane są z cechą charakterystyczną danego parametru. Szczegóły teoretyczne dotyczące omawianych kwestii, uczniowie znajdą na stronach: sowania.pdf Rys.4. Rzeczywisty obraz powierzchni po obróbce szlifowaniem Rys.5. Teoretyczny model struktury zewnętrznej wytworu jako wielkości losowej

5 W normach międzynarodowych przewidziano kilkanaście klas chropowatości, chociaż klas tych obecnie się nie interpretuje. Parametry geometrycznej struktury powierzchni zapisuje się w powiązaniu z innymi informacjami i cechami obserwowanej powierzchni przedmiotu. Powiązania te dotyczą : - rodzaju profilu, - rodzaju parametru i jego wartości liczbowej, - długości odcinka pomiarowego, - oraz tego, według której zasady należy klasyfikować powierzchnię jako spełniającą, lub nie wymagania zapisane w dokumentacji technicznej wytworu. Na rys.6. przedstawiono przykładowy zapis i sposób odczytu pomiarów geometrycznej struktury powierzchni. Spełniając wymagania normy PN ISO 4288: 1997 klasyfikacja badanej powierzchni odbywa się według dwóch zasad: - zasady 16% lub - zasady maksimum (max). Zasada 16% stanowi, że badana powierzchnia będzie uważana za zgodną z wymaganiami wówczas, gdy nie więcej niż 16 % wszystkich wartości zmierzonych na danym odcinku pomiarowym nie przekroczy wartości podanej na rysunku lub w dokumentacji technicznej wytworu. Zasady 16% nie zapisuje się obok parametru geometrycznej struktury powierzchni. Brak tego zapisu stanowi informację domyślną. Zasada maksimum (max) stanowi, że żadna wartość parametrów zmierzonych na obserwowanej powierzchni nie powinna przekroczyć wartości podanej na rysunku lub w wymaganiach technicznych wytworu. Rys.6. Zapis i sposób odczytu parametrów geometrycznej struktury powierzchni

6 Elementy maszyn są wytwarzane różnymi metodami. Wobec czego po obróbce powstają na powierzchniach obrobionych ślady mające różne postaci, w zależności od rodzaju przeprowadzonej metody obróbki. W Tablicy 1. podano symbole graficzne, które stosuje się w oznaczeniach Geometrycznej Struktury Powierzchni, np. przy oznaczaniu dopuszczalnej chropowatości. Na rysunkach technicznych, wymagania dotyczące stanu powierzchni zapisuje się przy pomocy odpowiedniego symbolu graficznego, a w dokumentacji technicznej w postaci tzw. kodu trzech liter. Symbol i kod literowy uzupełniony może być dodatkowymi znakami i zapisami. Podstawowy symbol graficzny Geometrycznej Struktury Powierzchni (GSP) stosowany na rysunkach technicznych składa się z dwóch ukośnych linii różnej długości, nachylonych pod kątem 60º do poziomu (rys.7.). Jest on stosowany również jako rozszerzony: z poziomą kreską(rys.7d.) oraz z kółkiem stycznym do linii symbolu podstawowego (ry.7c.). Tablica 1. Symbole graficzne kierunkowości struktury geometrycznej powierzchni wg PN-ISO 1302 Rys. 7. Symbole graficzne do oznaczania struktury geometrycznej powierzchni: H 1 1,4h; H 2 3h; d grubość linii pisma, h wysokość liter i cyfr.

7 W Tablicy 2. przedstawiono interpretacje symboli graficznych i kodów literowych GSP. Przykład zapisu GSP oraz interpretacje poszczególnych oznaczeń przedstawiono w Tablicy 3. Tablica 2. Symbole graficzne i kody literowe geometrycznej struktury powierzchni. Tablica 3. Przykład zapisu GSP oraz interpretacja

8 Symbol graficzny geometrycznej struktury powierzchni wraz z informacjami związanymi należy zapisać na rysunku według następujących zasad (rys. 8.): Symbol musi być czytelny od dołu tub z prawej strony rysunku (zasada ogólna), powinien stykać się z linią przedstawiającą powierzchnię lub z jej przedłużeniem od zewnętrznej strony materiału oznaczanego przedmiotu, może być narysowany na linii odniesienia, nie może być przecięty żadną linią rysunkową. Rys.8. Położenie symbolu graficznego GSP względem powierzchni przedmiotu Symbol graficzny powinien być stosowany tylko jeden raz do danej powierzchni, umieszczony na tym samym rzucie co wymiary określające wielkość i położenie powierzchni (rys. 9). Powierzchnie walcowe i wielościanów należy oznaczać tylko jeden raz. Normy pozwalają na stosowanie uproszczeń w oznaczaniu GSP w przypadkach, jeżeli: dla większości powierzchni wymagania dotyczące GSP są takie same; oznaczanie tych wymagań można zapisać tak, jak na rys. 10., dla większej liczby powierzchni wymagania dotyczące GSP są takie same ; oznaczenia tych wymagań można zapisać tak, jak na rys. 11, informacja o GSP jest złożona, np. jak w Tabl. 3, to zapis tego oznaczenia wolno zastąpić symbolem uproszczonym (rys. 11), a jego znaczenie należy podać w pobliżu tabliczki rysunkowej. Rys. 9. Oznaczanie GSP na powierzchniach walcowych Rys. 10. Dwa sposoby oznaczania GSP dla większości powierzchni o jednakowych wymaganiach

9 W przypadku powłok, nakładanych na niektóre powierzchnie przedmiotu, GSP należy zapisać tak, jak na rys. 12. Rys. 11. Uproszczony zapis informacji o GSP dla powierzchni o złożonych wymaganiach Rys. 12. Zapis GSP przy występowaniu powłok na niektórych powierzchniach KONIEC Dziękuję za uwagę