ODLEWNICTWO rysunku surowego odlewu

Transkrypt

1 ODLEWNICTWO Odlewnictwo jest to dział technologii w którym wytwarzanie wyrobów polega na doprowadzeniu metalu lub stopu do stanu ciekłego i wypełnieniu nim odpowiednio przygotowanej formy odlewniczej. Wyroby takie nazywamy odlewami. Odlewnictwo pod względem tworzywa (materiału) odlewu można podzielić na: odlewnictwo żeliwa, staliwa i metali nieżelaznych (głównie miedzi, aluminium, cynku i magnezu). Wytwarzanie odlewów niezależnie od metody i rodzaju tworzywa dzieli się na trzy główne etapy: 1. Wykonanie formy odlewniczej i rdzeni, 2. Przygotowanie ciekłego metalu i wypełnienie nim formy odlewniczej, 3. Wybijanie lub usunięcie odlewu z formy, wyciąganie rdzenia, oddzielenie układu wlewowego, oczyszczenie i wykończenie odlewu. Proces odlewniczy rozpoczyna się w biurze konstrukcyjnym od wykonania rysunku surowego odlewu, który zawiera wymiary odlewu po wyjęciu go z formy. Posiada on wiele informacji umożliwiających wykonanie oprzyrządowania odlewniczego. Oprócz niektórych danych, które podaje się na rysunku konstrukcyjnym odlewu, powinien on posiadać następujące oznaczenia: a - płaszczyznę podziału formy, b - naddatki na obróbkę skrawaniem, c - naddatki technologiczne, d - układ wlewowy i nadlewy, e - bazy obróbkowe do wyjściowych operacji obróbki skrawaniem. Płaszczyzna podziału formy dzieli fikcyjnie odlew na dwie części: tę którą w trakcie odlewania znajduje się w górnej połowie formy i tę która znajduje się w dolnej połowie formy. 1

2 Podczas wyboru płaszczyzny podziału formy należy kierować się następującymi wskazówkami: - płaszczyzna podziału formy powinna umożliwiać łatwe wyjęcie przedmiotu z formy, dlatego powinna przechodzić przez największy przekrój odlewu. - jeśli jest to możliwe, przedmiot powinien znajdować się w jednej połówce formy. - odpowiedzialne powierzchnie odlewu powinny być usytuowane w dolnej połówce formy (zanieczyszczenie żużlem i masą formierską. Na wszystkich powierzchniach odlewu, które mogą być poddane obróbce mechanicznej należy przewidzieć naddatek na obróbkę skrawaniem. Naddatki te zależne są od klasy odlewu (od I do V), od największego wymiaru gabarytowego i wymiaru mierzonego - dla żeliwa szarego, odlewanego w formach piaskowych, mieszczą się w granicach 2-10 mm. Do naddatków technologicznych zaliczamy: - wypełnienie wnęk i otworów odlewanych jako pełne i dopiero później wykonywanych obróbką skrawaniem, - naddatki wynikające z pochyleń ścian odlewu, - dodatkowe nadlewki służące do uchwycenia przedmiotu podczas obróbki, - żebra zapobiegające odkształceniu lub pękaniu przedmiotu. Nie jest ściśle określone kiedy otwory mają być odlane z odpowiednim nadddatkiem na obróbkę skrawaniem, a kiedy wykonywane są jako pełne i dopiero później obrabia się je mechanicznie. Jednak na podstawie doświadczeń przyjęto pewne ogólne zależności; dla odlewów żeliwnych wykonanych w formach piaskowych zależą one od grubości ścianki odlewu. Grubość ścianki odlewu [mm] Min. średnica odlewanego otworu [mm] Pochylenie ścian jest niezbędne, aby było możliwe wyjęcie odlewu z formy. Kąt tego pochylenia zależy od wysokości odlewu i waha się w granicach od 30 do 3. Układ wlewowy doprowadza ciekły metal do wnęki formierskiej. Na rysunku oznacza się go za pomocą linii dwukropkowej. Układ wlewowy składa się zazwyczaj z wlewu głównego ze zbiornikiem wlewowym, belki wlewowej, wlewów doprowadzających i przelewów lub nadlewów. 2

3 Do zadań układu wlewowego należy: 1. ciągłe i równomierne doprowadzanie metalu do formy, 2. zabezpieczenie przed przedostaniem się żużla i zanieczyszczeń do formy, 3. zasilanie odlewu podczas krzepnięcia i kompensacja skurczu. Przy projektowaniu układu odlewowego należy kierować się następującymi zasadami: a) F g > F b > F d gdzie: F g -suma powierzchni przekrojów wlewu głównego, F b - suma powierzchni przekrojów belki wlewowej, F d - suma powierzchni przekrojów wlewów doprowadzających. Różnice pomiędzy tymi przekrojami powinny wynosić od 10 20%; zapobiega to zasysaniu żużla i zanieczyszczeń. b) aby przepływ metalu był spokojny zamiast jednego grubego wlewu głównego należy zastosować kilka wlewów o mniejszym przekroju, c) metal wpływając do formy powinien być kierowany możliwie stycznie do ścian i rdzenia odlewu a nie prostopadle do nich. Zadaniem nadlewów jest zapobieganie tworzeniu się jam i rzadzizn skurczowych w odlewach. W trakcie krzepnięcia metali nadlewy zasilają odlew ciekłym metalem, kompensując wpływ skurczu metalu. Nadlew jest zaprojektowany prawidłowo, jeśli krzepnie dopiero po całkowitym zakrzepnięciu odlewu lub jego części zasilanej przez nadlew. Wtedy w nim tworzy się jama skurczowa. Często nadlewy służą jednocześnie jako przelewy lub do wprowadzania ciekłego metalu do formy. Bazy obróbkowe o wyjściowych operacji obróbki mechanicznej służą do ustalenia przedmiotu w przyrządach i uchwytach w pierwszych operacjach obróbki skrawaniem. Najczęściej są to powierzchnie, które w gotowym wyrobie pozostaną nieobrobione, a jeżeli jest to niemożliwe powinny być to powierzchnie o najmniejszym naddatku na obróbkę skrawaniem, najlepiej znajdujące się w czasie zalewania w dolnej połówce formy. Modele i rdzenie Zadaniem modelu jest odwzorowanie kształtów i wymiarów zewnętrznych odlewu w formie. Modele mogą być: - drewniane - przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej, - ze stopów metali i tworzyw sztucznych - przy produkcji seryjnej i masowej, - kombinowane z drewna, metalu i tworzyw sztucznych. Wymiary modelu muszą być powiększone w stosunku do wymiarów surowego odlewu, ponieważ powinny uwzględnić skurcz metalu w trakcie procesu odlewania. Powinny również posiadać odpowiedni kształt umożliwiający usunięcie modelu z formy po jej wykonaniu (pochylenia odlewnicze, płaszczyznę podziału formy). Rdzennice Rdzennice lub skrzynki rdzeniowe służą jako formy do wykonywania rdzeni. Ich wewnętrzne kształty odpowiadają kształtom i wymiarom tych części odlewu, które będą odtwarzały rdzenie. Rdzenie mogą być wykonywane ręcznie lub maszynowo. 3

4 Czynności przy ręcznym wykonywaniu rdzeni: 1. oczyszczenie rdzennicy, 2. złożenie połówek rdzennicy, 3. napełnienie rdzennicy masą rdzeniową i zagęszczenia z jednoczesnym wstawieniem drutu stalowego, 4. wykonanie kanału odpowietrzającego, 5. ostukanie odlewnicy i rozłożenie połówek rdzennicy, 6. suszenie rdzenia. 4

5 Metody wykonywania odlewów Proces formowania skorupowego metodą C (Croninga) Płytę modelową, która połączona jest z płytą wypychaczy, pokrywa się olejem silikonowym, który zabezpiecza płytę przed przywarciem doń masy formierskiej. Płytę tę podgrzewa się elektrycznie lub gazem do temp C. Płytę modelową obraca się o C i dołącza się do niej zasobnik z masą skorupową. Po powrocie do położenia początkowego masa skorupowa opada na gorącą płytę, gdzie następuje proces jej twardnienia. Po kilkudziesięciu sekundach, gdy grubość skorupy wynosi 4 10 mm, płytę obraca się o C, a nie związana masa opada na dno zasobnika i może być wykorzystana do dalszych operacji. Formę poddaje się jeszcze obróbce cieplnej w temp C, aby osiągnęła odpowiednią wytrzymałość, po czym płyta wypychaczy zdejmuje skorupę z modelu. Połówki form są sklejane, łączone w zespoły, a formy o dużych rozmiarach układane są do skrzynek formierskich i zasypywane piaskiem. Odlewanie kokilowe Odlewanie kokilowe jest to proces wytwarzania odlewów w formach metalowych zwanych kokilami. Ciekły metal może wypełniać formę bez udziału dodatkowego ciśnienia lub pod niewielkim ciśnieniem (0,01-0,05 MPa). Kokile wykonane są najczęściej z żeliwa szarego perlitycznego. Stosuje się je odlewania wszystkich stopów metali nieżelaznych (aluminium, magnezu i miedzi) oraz cienkościennych wyrobów z żeliwa. Poprzez odlewanie kokilowe można osiągnąć podwyższenie dokładności wymiarów i gładkości powierzchni. Zwykle odlewy dają się łatwo wyjąć. Niekiedy jednak odlewy zakleszczają się w kokili. Dla ułatwienia wybicia odlewów z kokil stosuje się w nich często specjalne wypychacze w postaci kołków z główką cylindryczną lub stożkową. Własności mechaniczne odlewów odlanych w kokilach są znacznie lepsze niż odlanych w formach piaskowych. W najprostszym wykonaniu kokila składa się z dwóch połówek. Jej powierzchnia wewnętrzna odtwarza kształt zewnętrzny odlewu, natomiast powierzchnie wewnętrzne odlewu są odtwarzane przez rdzenie. 5

6 Kokila z poziomą powierzchnią podziału Przebieg procesu technologicznego odlewania kokilowego: 1. Oczyszczenie powierzchni roboczej kokili : - usunięcie zużytej powłoki ochronnej, - udrożnienie kanałów odpowietrzających. 2. Naniesienie na powierzchnię roboczą kokili powłoki ochronnej: Zadania powłoki ochronnej : - ochrona kokili przed oddziaływaniem wysokiej temperatury, - ułatwia wyjęcie odlewu z formy, - reguluje szybkość odprowadzania ciepła, 6

7 - możliwość wprowadzenie przez pokrycie pierwiastka do powierzchni 3. Podgrzanie kokili do temperatury pracy Cel : - regulacja szybkości krzepnięcia odlewu, - zapobieganie zjawisku powstawania niedolewów, pęknięć i jam skurczowych 4. Zalewanie form kokilowych Czynności związane z tym etapem : -sprawdzenie temperatury kokili -zamontowanie rdzeni, złożenie kokili i jej zamknięcie -kontrola temperatury ciekłego metalu -zalanie kokili ciekłym metalem -wyjęcie rdzeni bocznych -demontaż kokili i usunięcie odlewu Zalety odlewania kokilowego : - wyeliminowanie wielu operacji w porównaniu z odlewaniem w formach piaskowych - spadek kosztów wytwarzania w przypadku produkcji wielkoseryjnej - łatwa mechanizacja i automatyzacja procesu (obniżenie kwalifikacji personelu) - duża dokładność wymiarowa (pole tolerancji ±0.3mm na odcinku pomiarowym 50 mm ) - dobra jakość powierzchni ( Ra 30mm ) - duża wydajność procesy,zwiększenie uzysku metalu, Wady : - technologia stosowana tylko w przypadku produkcji wielkoseryjnej i masowej ( wysoki koszt oprzyrządowania kokili ), - materiał kokili musi być dostosowany do rodzaju metalu zalewanego do formy - dużą prędkość studzenia metalu w formie może być źródłem wystąpienia niepożądanej struktury lub naprężeń w odlewie, -występują ograniczenia w kształcie odlewu (minimalna grubość ścianki odlewu) Odlewanie odśrodkowe Odlewanie odśrodkowe polega na odlewaniu w formach wirujących. Wyróżniamy tutaj dwa procesy: - odlewanie odśrodkowe, w którym oś odlewu pokrywa się z osią wirującą formy, - odlewanie, w którym płynny metal wtłaczany jest do formy pod wpływem ciśnienia powstałego w wyniku działania siły odśrodkowej. 7

8 Odlewy wykonane w formach wirujących wykazują lepsze właściwości mechaniczne niż sporządzone w formach piaskowych. Ponadto są pozbawione porowatości wewnętrznej i wtrąceń niemetalicznych. Oprócz odlewania półodśrodkowego dokładność wymiarowa, czystość i gładkość powierzchni odlewów zależą rodzaju i staranności wykonania form odlewniczych Formy do odlewania odśrodkowego sporządza się najczęściej z żeliwa szarego zwykłego i stopowego oraz ze stali węglowej i stopowej w postaci tulei jedno-, dwu- lub nawet trójwarstwowych. Do chłodzenia form stosuje się głównie natrysk wodny. Temperatura form (kokil) zależy od rodzaju odlewanego w nich metalu oraz kształtu i grubości ścianek odlewów. Przy odlewaniu cienkościennych odlewów z żeliwa szarego (rury żeliwne) Temperatura formy powinna wynosić stopni Celsjusza. Formy tzw. zimne, pracujące w temperaturze ok. 200 stopni Celsjusza, są przeznaczone do odlewów grubościennych. Są one przeważnie chłodzone wodą. Dla zwiększenia trwałości form (kokil) oraz dla zapobieżenia zabielaniu odlewów żeliwnych wewnętrznie powierzchnie form pokrywa warstwa izolacyjną. W tym celu stosuje się różne powłoki ochronne i pasty oraz suche pokrycie w postaci pyłowych materiałów ogniotrwałych, niekiedy z dodatkiem modyfikatorów( np. Fe-Si). Odlewanie ciągłe i półciągłe Odlewanie to polega na wlewaniu ciekłego metalu do formy trwałej zwanej, podobnie jak przy odlewaniu kokilowym, kokilą. Po ostygnięciu odlew usuwany jest z drugiej strony formy w sposób ciągły lub skokowy. Można w ten sposób uzyskać odlew, który jest wielokrotnie dłuższy od formy. Odlew taki jest później cięty na odcinki określonej długości. Odlewanie 8

9 półciągłe tym różni się od ciągłego że długość odlewu jest ściśle określona i nie trzeba go już ciąć na odcinki. Za pomocą odlewania ciągłego można wytwarzać pręty i profile o różnych kształtach, oraz rury a także wlewki jako półwyroby do przeróbki plastycznej. Zalety odlewania ciągłego: - oszczędności energii, zmniejszenie emisji i zmniejszenie zużycia wody ze względu na wyeliminowanie walcowni kęsów płaskich i walcowni kęsów - polepszenie warunków pracy - wysokie wartości uzysków, przekraczające 95% - wysoka wydajność Odlewanie pod ciśnieniem Odlewanie pod ciśnieniem jest stosowane do masowego wytwarzania odlewów cienkościennych z różnych materiałów odlewniczych głównie ze stopów metali nieżelaznych. Polega ono na wtłaczaniu ciekłego materiału do form metalowych pod ciśnieniem wynoszącym MPa. Formy metalowe przeznaczone do tego rodzaju odlewów 9

10 charakteryzują się większą dokładnością wymiarową i większą gładkością powierzchni niż formy służące do odlewania grawitacyjnego. Rdzenie wykonane są wyłącznie z materiałów metalowych. Odlewanie pod ciśnieniem wymaga użycia specjalnych maszyn odlewniczych. Maszyny te dzielimy na : maszyny z gorącą komorą ciśnieniową tłokowe lub powietrzne maszyny z zimną komorą ciśnieniową poziomą lub pionową wykonane tylko jako tłokowe Schemat tłokowej maszyny odlewniczej z gorącą komorą ciśnieniową W maszynach z gorącą komorą ciśnieniową na ciekły materiał odlewniczy działa ciśnienie 2 20 MPa. Ciekły metal wypełnia zbiornik 1 mający stałą i dokładnie określoną temperaturę. Przez kanał doprowadzający 2 ciekły metal dostaje się do komory ciśnieniowej 3. Przy ruchu tłoka 5 w dół ciekły metal jest wtłaczany przez kanał 4 i dyszę 6 do formy 7. Po napełnieniu formy i zakrzepnięciu odlewu tłok przesuwa się do góry, forma otwiera się i następuje wypchnięcie z niej odlewu. Tłok najczęściej jest napędzany siłownikiem pneumatycznym. 10

11 Schemat maszyny odlewniczej z zimną komorą ciśnieniową Maszyny z zimną komorą ciśnieniową wytwarzają ciśnienie MPa. Cykl pracy maszyny można podzielić na trzy fazy. W fazie I komora ciśnieniowa jest napełniana ciekłym metalem. W fazie II tłok wywiera nacisk na ciekły metal powodując wypełnienie nim formy ciśnieniowej. Po zakrzepnięciu odlewu w fazie III forma ciśnieniowa otwiera się i wypychacz usuwa z niej odlew. Odlewanie metodą wytapianych modeli Odlewanie metodą wytapianych modeli nazywane było dawniej metodą traconego wosku. Polega ono na tym że model, który wykonany jest z substancji łatwotopliwej, pokrywany jest powłoką z masy ceramicznej, a następnie wytapiany. Otrzymana w ten sposób skorupa po wysuszeniu i wypaleniu stanowi formę odlewniczą. Pierwszą operacją jest wykonanie modelu. Wytwarza się go w matrycach, które są najczęściej dzieloną formą metalową. Jako materiał modelu stosuje się wosk, stearynę lub parafinę z dodatkiem wosku pszczelego, cerezyny lub kalafonii. Modele odlewa się do matrycy pod ciśnieniem 0,05 1 MPa. Z tego samego materiału wykonuje się wlew główny do którego dołącza się model wraz z wlewami doprowadzającymi, tworząc konstrukcję przypominającą grono. Następnie taki zespół zanurza się na kilka sekund w płynnej masie ceramicznej. Masę ceramiczną sporządza się ze sproszkowanych materiałów takich, jak: mączka kwarcowa i mączka cyrkonowa. Jako spoiwa używa się roztworów na bazie krzemianu etylu lub szkła wodnego sodowego. Po zanurzeniu posypuje się zespól modelowy suchym piaskiem kwarcowym, co przyspiesza utwardzenie masy. Proces zanurzenia powtarza się 3-6 razy, aż do uzyskania powłoki o grubości 2-6mm. Następnie proces może być realizowany dwojako; jako proces powłok zasypywanych piaskiem i proces powłok samonośnych. W pierwszym przypadku zespół modelowy umieszcza się w skrzyni i napełnia masą formierską, wypełniając dokładnie przestrzenie między modelami. Stosuje się te metody w przypadku form o mniejszej wytrzymałości mechanicznej. Forma samonośna ma nieco większą grubość 5-15mm i więcej. Po wstępnym osuszeniu i stwardnieniu powłoki następuje wytopienie modeli w temp C, po czym wnętrze powłoki oczyszcza się wodą lub sprężonym powietrzem. Potem 11

12 formę wypraża się w temperaturze C w celu nadania jej odpowiedniej trwałości i wytrzymałości. Po odlaniu i ostygnięciu odlewu wybija się go na urządzeniach wibracyjnych i oczyszcza z resztek masy, a następnie przeprowadza operację wykańczania odlewu. Tę metodą wykonuje się przeważnie niewielkie odlewy (o masie do 2 kg), głównie ze staliwa. Osiąga się duże dokładności wymiarowe i gładkości powierzchni, a także duże oszczędności materiałowe i czasami wyeliminowanie obróbki skrawaniem odlewów. Jest to jednak metoda bardzo kosztowna, pracochłonna, wymagająca dużych kwalifikacji obsługi i drogich materiałów. Technologia procesu odlewania metodą wytapianych modeli : 1. Wytwarzanie modeli woskowych lub z tworzyw sztucznych w matrycach. Matryce wykonane są z duraluminium lub z mosiądzu. Model wykonany jest z materiału o niskiej temperaturze topnienia (wosk, mieszanka parafinowo- stearynowa ) 2. Dołączenie wykonanych modeli do przygotowanego układu wlewowego (pnia) wykonanego z wosku ( np. metodą lutowania ) 3. Zanurzenie zestawu modelowego (grona) w masie ceramicznej o konsystencji śmietany, złożonej z mączki kwarcowej (lub cyrkonowej, szamotowej) i spoiwa(najczęściej krzemianu etylu), lub w roztworze ciekłej żywicy 4. Posypanie zestawu modelowego materiałem ceramicznym ( np. piaskiem kwarcowym ) 5. Powtórzenie czynności z punktu 3 i 4 kilkakrotnie ( trzy do pięć razy ) 6. Wytopienie modeli woskowych w temperaturze około 100 o C, 7. Wypalenie form ceramicznych w temperaturze ok.1000 o C, 8. Zalewanie ciekłego metalu do form nagrzanych po procesie wypalania, 9 Po zakrzepnięciu metalu w formie następuje rozbicie formy skorupowej i proces oczyszczania odlewu. Korzyści z procesu odlewania metodą wytapianych modeli: - stwarza możliwość odzwierciedlenia skomplikowanych konturów zewnętrznych i wewnętrznych odlewu - pozwala na wykonanie w trakcie jednej operacji precyzyjnego odlewu przy dużym uzysku metalu i małym nakładzie energii na proces - ograniczenie do minimum zabiegu obróbki mechanicznej wykańczającej - cechuje się największą wszechstronnością ze znanych metod odlewania -brak ograniczeń kształtu wykonywanego odlewu -wykonywanie odlewów z prawie wszystkich stosowanych w technice stopów metali, -obecnie przy zastosowaniu tej technologii są już wykonywane odlewy o masie 12

13 dochodzącej do 250 kg Technologia odlewania metodą wytapianych modeli 13

14 PRZERÓBKA PLASTYCZNA Przeróbka plastyczna jest to proces technologiczny kształtowania części maszyn poprzez plastyczne odkształcanie materiału wyjściowego. Przez odkształcenie plastyczne należy rozumieć odkształcenie trwałe, powstałe w materiale w czasie jego obciążenia i pozostałe w nim po całkowitym usunięciu obciążenia, które spowodowało to odkształcenie, bez naruszenia spójności materiału. Oznacza to, że stan naprężeń w materiale musi spełniać dwa warunki: - materiał musi osiągnąć granicę plastyczności, - materiał musi zachować spójność. Jedną z cech odkształcenia plastycznego jest duża zmiana struktury odkształcanego materiału, przez co ulegają zmianie niektóre własności mechaniczne, fizyczna i chemiczne. Za miarę wartości odkształcenia przyjmuje się procentowe zmniejszenie przekroju przedmiotu odkształconego, które określa się jako zgniot. Ao A Z = 100% Ao A o przekrój przedmiotu przed odkształceniem, A przekrój przedmiotu po odkształceniu. W trakcie odkształcenia ziarna materiału wyciągają się w kierunku działania obróbki plastycznej np. walcowania. Tworzy się w nich w ten sposób tzw. tekstura zgniotu. Materiał ma budowę włóknistą, wykazuje właściwości anizotropowe. Właściwości materiału w miarę wzrostu odkształcenia ulegają znacznym zmianom. Można to przedstawić na następującym wykresie: Wpływ zgniotu na właściwości mechaniczne mosiądzu M68 14

15 W wyniku zachodzącego umocnienia (zgniotu) wzrasta: wytrzymałość na rozciąganie R m granica plastyczności R e granica sprężystości R 0,05 granica proporcjonalności R H twardość HB natomiast maleje: wydłużenie A przewężenie Z Klasyfikacja przeróbki plastycznej W zależności od warunków w jakich wykonywana jest przeróbka plastyczna dzielimy ją na: 1. przeróbkę plastyczną na zimno, 2. przeróbkę plastyczną na gorąco. Przeróbka plastyczna na zimno jest to proces który odbywa się poniżej temperatury rekrystalizacji (T r). Występują tu wszystkie zjawiska związane z umocnieniem materiału, zmianą jego właściwości mechanicznych, fizycznych i chemicznych. Odkształcenia, jakich doznaje materiał nie mogą przekroczyć pewnych wartości ze względu na utratę stateczności i pękanie. Przeróbka plastyczna na gorąco zachodzi w temperaturze przekraczającej T r. Stosuje się ją w celu: 1. zmniejszenia nacisków potrzebnych do kształtowania, 2. zwiększenia wartości odkształcenia, które doprowadza do pęknięcia materiału. Musi być ona przeprowadzona w odpowiednio dobranym zakresie temperatury. Orientacyjnie przyjmuje się 0,6 0,9 T topn. Temperatura ta powinna być możliwie najwyższa, a ograniczenie jej wynika z takich przyczyn jak: utlenienie, odwęglenie, rozrost ziaren. Do czynników, które wpływają na podatność materiału na odkształcenie plastyczne należą przede wszystkim: 1. temperatura, 2. stopień odkształcenia plastycznego materiału. 15

16 Cięcie Cięcie jest procesem kształtowania przedmiotów polegającym na oddzieleniu jednej części materiału od drugiej. Towarzyszą temu duże odkształcenia plastyczne, które doprowadzają do utraty spójności materiału. Cięcie może być realizowane za pomocą dwóch elementów tnących lub za pomocą jednego elementu. 16

17 Różne sposoby cięcia Przebieg procesu cięcia Proces cięcia można podzielić na 5 faz. Wszystkie występują tylko w przypadku cięcia za pomocą dwóch elementów tnących wzdłuż linii zamkniętej. Fazy procesu cięcia: 1. odkształcenie sprężyste, 2. odkształcenie sprężysto-plastyczne, 3. plastyczne płynięcie, 4. pękanie, 5. rozdzielenie wyciętego przedmiotu od blachy. Siły i praca cięcia W trakcie cięcia materiał odkształca się i siła nacisku zwiększa się osiągając na początku fazy plastycznego płynięcia punkt P 1. Gdyby materiał nie ulegał umocnieniu (np. cięcie ołowiu) to w wyniku doznanych odkształceń siła P zaczęłaby maleć w miarę zmniejszania przekroju ciętej blachy (linia przerywana). Gdy materiał umacnia się, to pomimo zmniejszenia się przekroju, siła P rośnie do wielkości P max. Gdyby teraz nie następowało pękanie, to dalszy przebieg siły P byłby taki, jak pokazuje cienka linia. Gdy materiał wykazuje skłonność do pękania, to siła P maleje, tak ja pokazuje linia gruba. Pękanie następuje zwykle wtedy gdy P zbliża się do P max. W chwili pęknięcia siła P nie spada do zera, gdyż należy ściąć nierówności na powierzchni cięcia oraz pokonać siłę tarcia krążka o płytę tnącą P w i stempla o materiał P s. Siły te powstają w wyniku pojawienia się sił promieniowych: T s obciskającej materiał cięty na stemplu i siły T w którą krążek rozpycha płytę tnącą. Zwiększenie luzu powoduje spadek tych sił. 17

18 Maksymalną siłę cięcia oblicza się ze wzoru: P max = k l g R T Gdzie: l długość linii cięcia [mm]; g grubość ciętego materiału [mm]; R T wytrzymałość materiału na cięcie [MPa]; k współczynnik uwzględnia stępienie krawędzi tnących, niewłaściwy luz (k = 1,1 1,25). Praca cięcia pole pod krzywą przebiegu siły P: g L c = Pdg L c = λ P max g λ - współczynnik wypełnienia wykresu stosunek pola pod krzywą do pola prostokąta o bokach P max i g λ - przyjmuje tym mniejszą wartość, im materiał jest grubszy i im ma większą skłonność do pękania. Dla stali miękkiej λ = 0,45 0,65 0 Gięcie W zależności od ruchu narzędzia można wyróżnić następujące metody gięcia: 1. na prasach - narzędzie wykonuje ruch prostoliniowy, 2. za pomocą walców narzędzie wykonuje ruch obrotowy, 3. przez przeciąganie. Przebieg gięcia W procesie gięcia można wyróżnić 3 fazy 1. odkształcenia sprężyste, 2. odkształcenia sprężysto-plastyczne, 3. odciążenie. 18

19 faza odkształceń sprężystych faza odkształceń sprężysto-plastycznych faza odciążania stan napręż. i odkszt. po odciążeniu Rozpatrzymy odcinek pręta, który zginany jest momentem M przyłożonym na jego końcach. Poszczególne warstwy materiału ulegają tylko odkształceniom sprężystym, rozkład naprężeń i odkształceń jest liniowy. Faza ta trwa do momentu, gdy naprężenia w skrajnych warstwach osiągną granicę plastyczności. Przy dalszym zginaniu wierzchnie warstwy pręta ulegają odkształceniom plastycznym. Jednak warstwa w pobliżu osi pręta, na której brzegach odkształcenie mają wartości graniczne dla rozciągania sprężystego, pozostaje nadal poddana odkształceniom sprężystym. Rozkład odkształceń w całym przekroju pręta jest liniowy, natomiast rozkład naprężeń można wyznaczyć wg wykresu rozciągania. Zakładamy teraz, że pręt ulegnie odciążeniu moment będzie malał do zera. Nastąpi częściowe wyprostowanie pręta. Po zdjęciu odciążenia w pręcie pozostaną pewne naprężenia, których rozkład można wyznaczyć dodając rzeczywisty układ naprężeń w pręcie i rozkład, jaki powstałby w pręcie pod wpływem przeciwnie skierowanego momentu, przy założeniu, że cały pręt pozostanie w stanie sprężystym. Spowodowane jest to faktem, że rdzeń pręta, który przez cały czas pozostawał w stanie sprężystym, będzie starał się wyprostować pręt do stanu początkowego, czemu będą przeciwstawiać się wierzchnie warstwy odkształcone plastycznie. Zjawisko to powoduje, że promień maksymalny krzywizny w czasie gięcia jest większy od promienia krzywizny po odciążeniu przedmiotu. Dlatego projektując proces gięcia musimy wyznaczyć większą krzywiznę, którą należy osiągnąć pod obciążeniem, by po zdjęciu obciążenia oś zgiętego przedmiotu miała krzywiznę żądaną. Wyznacza się ją wg wzoru: 19

20 1 1 M = ρ1 ρ 2 EJ ρ 1 krzywizny pod obciążeniem ρ 2 żądany promień krzywizny po odciążeniu, M moment gnący, E moduł Younga, J osiowy moment bezwładności przekroju poprzecznego. Procesy kształtowania brył Procesy kształtowania brył Wydłużanie Spęczanie Wgłębianie Nagniatanie Kształtowanie w matrycach wyprężanie ciągnienie wyciąganie przepychanie wyciskanie współbieżne wyciskanie przeciwbieżne walcowanie kucie swobodne matrycowe na zimno na gorąco Według rodzaju zmian kształtu, jakim może podlegać materiał procesy kształtowania brył dzielimy na wydłużanie, spęczanie, wgłębianie i nagniatanie. Wydłużanie polega na zwiększeniu długości przedmiotu kosztem jednego lub dwóch pozostałych wymiarów. Do najczęściej występujących metod wydłużania można zaliczyć wyprężanie, ciągnienie, wyciąganie, przepychanie, wyciskanie współbieżne i przeciwbieżne, walcowanie i kucie. Ciągnienie polega na przeciąganiu materiału w postaci pręta przez zwężający się otwór w narzędziu zwanym ciągadłem. W materiale oprócz rozciągania przy przejściu przez otwór występuje dwuosiowe ściskanie. Wyciąganie polega na zwiększeniu wysokości wytłoczki kosztem pocienienia jej ścianki. 20

21 Przepychanie tym się różni od wyciągania, że siła nacisku wywierana jest na nieodkształcony odcinek pręta. Jej wielkość ograniczona jest niebezpieczeństwem wyboczenia pręta znajdującego się przed narzędziem. Wyciskanie polega na kształtowaniu wyrobu w otworze matrycy, przez który wypływa materiał pod naciskiem tłoka. Proces wyciskania stosuje się głównie do wyrobu prętów, kształtowników i rur, głównie z miedzi, mosiądzu, aluminium oraz magnezu. Wyciskanie można, zależnie od kierunku wypływu produktu w stosunku do kierunku ruchu tłoka, podzielić na współbieżne, przeciwbieżne i złożone. Przy wyciskaniu współbieżnym ruch wyrobu jest zgodny z kierunkiem ruchu tłoka. W przypadku wyciskania przeciwbieżnego materiał wyrobu ma kierunek ruchu przeciwny kierunkowi ruchu tłoka Wyciskanie współbieżnie pręta 21

22 Wyciskanie przeciwbieżne Spęczanie Proces spęczania polega na zgniataniu materiału między dwiema płytami płaskimi lub kształtowymi. W wyniku zgniatania następuje zwiększenie wymiarów przekroju poprzecznego, kosztem wysokości odkształcanego materiału lub jego długości. Wgłebianie Wgłebianie polega na kształtowaniu w materiale różnego rodzaju wgłębień. Wyróżniamy wgłębianie swobodne i wgłębianie w matrycy. Przy wgłębianiu swobodnym materiał płynie prostopadle do ruchu stempla; w tym przypadku materiał musi mieć duży przekrój poprzeczny. Sposoby wgłębiania: a)wgłębianie swobodne b)wgłębianie z obejmą 22

23 Nagniatanie polega na wywołaniu odkształceń plastycznych tylko w zewnętrznej warstwie przedmiotu. Rozróżnia się dwa typy procesów nagniatania warstwy wierzchniej: a) mające na celu zmianę właściwości materiału i wygładzenie powierzchni, b) mające na celu zmianę kształtu powierzchni np. wykonanie gwintu. Kształtowanie w matrycach ma na celu wytwarzanie przedmiotów o złożonych kształtach. Występują tutaj zarówno procesy wydłużania spęczania, jak i wgłębiania. Kształtowanie w matrycach może być przeprowadzone na zimno i na gorąco. Proces matrycowania wielowykrojowego 23

24 TECHNOLOGIA MONTAŻU Proces technologiczny montażu maszyn odgrywa dominującą rolą w ogólnym procesie produkcyjnym. Świadczy o tym nie tylko udział pracochłonności montażu w ogólnej pracochłonności wykonania maszyny (40-60%, a niekiedy nawet więcej), ale również charakter tego procesu i jego miejsce w ogólnym procesie produkcyjnym. Należy bowiem wziąć pod uwagę, że montaż łącznie z czynnościami o charakterze wykończeniowym (np. lakierowanie, opakowanie itp.) jest ostatnim etapem produkcji maszyny. Od właściwego więc opracowania procesu technologicznego montażu i właściwej jego realizacji, która powinna eliminować ewentualne błędy wykonania części, będzie zależało czy maszyna wykona postawione przez konstruktora zadania i jak długi będzie okres jej eksploatacji. Każdy proces technologiczny montażu ma swoje właściwości zależnie od konstrukcji montowanej maszyny lub urządzenia. Maszyną nazywa się urządzenie techniczne zawierające mechanizm lub zespół mechanizmów we wspólnym korpusie, służące do wykonywania określonej, użytecznej pracy stąd przyjęto ogólną nazwę maszyna robocza Rodzaje maszyn: energetyczne transportowe technologiczne Urządzeniem nazywamy wszelkiego rodzaju rozwiązania konstrukcyjne służące do wykonywania zadań pomocniczych w stosunku do maszyny głównej. Jedną z cech wyróżniających urządzenie w stosunku do maszyny jest brak samodzielności w dokonywaniu określonej przemiany materii technicznej (np. urządzenie manipulacyjne w linii obrabiarek, urządzenie transportowe i inne) Podział technologiczny wyrobu Jednostka montażowa - taka część wyrobu, która jest montowana oddzielnie i bierze udział w procesie montażu jako oddzielna całość. Zależnie od form organizacyjnych poszczególnych komórek produkcyjnych (a zwłaszcza wydziału montażowego) jednostką montażową może być część maszynowa (element konstrukcyjny maszyny lub zespołu części). Zbiór określonej liczby części połączonych w taki sposób, że tworzą element składowy wyrobu nazywamy zespołem montażowym Połączeniem nazywamy część wyrobu (tj. maszyny, urządzenia lub ich zespołu dowolnego rzędu) stanowiącą powiązanie dwóch lub więcej jednostek montażowych, ograniczające całkowicie lub częściowo ich wzajemne przemieszczenie i umożliwiające przenoszenie siły 24

25 lub mocy z jednej jednostki na drugą. Obszar połączenia obejmuje jednostki główne oraz jednostki złączne Wydzieloną część jednostki przystosowaną do połączenia z odpowiednio przygotowaną częścią innej jednostki podlegającej łączeniu (np. czop, otwór, gwint, płaszczyzna itp.) nazywamy przyłączem Przykład połączenia zespołu składający się z 3 jednostek głównych i jednostki złącznej ze wskazaniem przyłączy Montażem nazywamy szereg logicznie powiązanych ze sobą czynności potrzebnych dla połączenia dwóch i więcej jednostek montażowych według z góry określonych warunków technicznych, jakim powinno odpowiadać dane połączenie Czynności montażowe: przenoszenie jednostek montażowych do przestrzeni roboczej orientowanie wzajemne jednej jednostki (lub jednostek) względem drugiej ustalenie jednostki przyłączanej powierzchnią ustalającą do powierzchni ustawczej jednostki bazowej utrwalenia połączenia bezpośrednie lub pośrednie za pomocą jednostek złącznych lub środków łączących czynność możliwa, lecz nie występująca w każdym przypadku kontrola połączenia (czynność możliwa lecz nie zawsze konieczna) przemieszczenie jednostki montowanej poza przestrzeń roboczą Elementy składowe procesu technologicznego montażu Operacją montażową nazywamy metodycznie zamkniętą część procesu technologicznego, wykonywaną bez przerw na jednym stanowisku roboczym, przez jednego pracownika (lub grupę pracowników) na określonych jednostkach montażowych, obejmujących logicznie powiązane czynności mające na celu uzyskanie połączenia tych jednostek 25

26 Zabiegiem montażowym nazywamy zamkniętą część operacji wykonywaną w jednym, ściśle określonym miejscu połączenia, jednym narzędziem (lub zespołem narzędzi) dwóch lub więcej jednostek montowanych bez zmiany położenia tych ostatnich Rodzaje operacji montażowych główne - część maszyny, względnie jej zespół uzyskuje własności zezwalające na prawidłowe, zgodnie z założeniami konstruktora, działanie w maszynie pomocnicze - nie wpływają na własności części lub zespołów, jednak są one nieodzowne w procesie kontrolne - zapobiegają przedostawaniu się jednostek nieodpowiednio zmontowanych do dalszego etapu montażu Metody montażu pełnej zamienności selekcyjną z kompensacją z dopasowywaniem części W produkcji o pełnej zamienności dowolnie wybrany przedmiot może być połączony z dowolnie wybranym przedmiotem, bez dodatkowej obróbki, dopasowywania, dobierania itp. Zasada zamienności opiera się na wykonaniu współpracujących części w określonych, na ogół wąskich tolerancjach wymiarów, kształtu, powierzchni i wzajemnego położenia, co pociąga za sobą wzrost kosztów produkcji. 26

27 Cechy montażu o pełnej zamienności łatwy i tani montaż, którego czas może być ściśle ustalony, co ma duży wpływ na koszt i organizację produkcji najlepsze rozwiązanie zagadnienia produkcji tzw. części zamiennych (zastępujących części zużyte) wysoki koszt wykonania części ze względu na zmniejszone tolerancje Metoda montażu selekcyjnego polega na tym, że po wykonaniu przedmiotów z tolerancjami rozszerzonymi przed właściwym montażem następuje przy ich pomiarze podział na grupy o węższych tolerancjach i dopiero elementy zaliczone do tych samych grup łączy się ze sobą Tolerancja wałka w pojedynczej grupie T w / n Tolerancja pasowania Montaż metodą kompensacji opiera się na założeniu, że żądaną dokładność ogniwa zamykającego osiąga się przez zmianę wielkości jednego z ogniw składowych. Można to osiągnąć następującymi sposobami: przez wprowadzenie do łańcucha wymiarowego dodatkowej części (tzw. kompensatora) wykonanej wg różnych wymiarów różniących się między sobą o wielkość tolerancji ogniwa zamykającego; wielkość kompensatora dobieramy przy montażu przez wprowadzenie do łańcucha wymiarowego kilku dodatkowych części (kompensatorów) 27

28 Montaż z kompensatorem stałym: b, c wymiary części, y wymiary kompensatora przez wprowadzenie do łańcucha wymiarowego kilku dodatkowych części (kompensatorów) przez zmianę położenia jednego z elementów zespołu zmontowanego Montaż z kompensatorem zmiennym przez zmianę wymiarów jednej z części, która w tym celu ma pozostawiony naddatek na obróbkę. Wymiar tej części w ogólnym łańcuchu wymiarowym jest ogniwem kompensacyjnym (tzw. kompensacja technologiczna, np. wymiary A 2 lub A 4 listwy, a w zespole przedstawionym na rysunku, dla uzyskania żądanego luzu i, usuwamy naddatek kompensacyjny na powierzeniach 1 lub 2) 28

29 Przykład montażu z kompensacją technologiczną Metoda montażu z dopasowywaniem. Metoda montażu z dopasowywaniem jest podobna do montażu z kompensacją, w którym następuje zmiana wymiarów części. Różnica polega na tym, że oprócz dokładności wymiarowej następuje zmiana dokładności kształtu, wzajemnego położenia i powierzchni. Ze względu na dużą pracochłonność czynności związanych z dopasowywaniem montaż wg tej metody stosuje się w produkcji jednostkowej i małoseryjnej Zalety metody montażu z kompensacją pozwala ona na największe rozszerzenie tolerancji wykonania elementów łączonych (składowych łańcucha wymiarowego) możliwość osiągnięcia dowolnego stopnia dokładności przy montażu i utrzymanie tej dokładności w czasie eksploatacji przez wymianę zużytych kompensatorów lub ciągłą regulację powstających luzów 29