ŰRTECHNOLÓGIA gyakorlati kérdések
Anyagválasztás és konstrukció ea: dr. Bánfalvi Antal V1/105
GY 1
GY 2
A Konstrukcióban a legizgalmasabb feladat az ANYAGVÁLASZTÁS (igénybevételek) KÖLTSÉG ANYAG TECHNOLÓGIA FÉMEK A színfémekből nem készítenek ipari felhasználásra félkészterméket. Ok: rossz megmunkálhtóság. Megoldás: ötvözetek Az ötvözet látszatra egynemű fémes kinézetű elegy melyet több fém összeolvasztásával nyerünk.
GY 3
A valóságban van az alapfém, valamennyi szennyező anyag és az ötvözők. Az ötvözők: - fémek pld.: Cr, V, Mo, W - metalloid: C, Si, Sb - nem fémes elem: S, P - gáz: N2 Az alkotóelemek kapcsolata: - szilárd oldat (szénacél) - fémes vegyület (NaCl) - eutektikum (SnPb)
GY 4
ANYAGISMERET Fémek, néhány „közismert” fém illetve félkésztermék adatai:
GY 5
MŰANYAGOK HŐRE KEMÉNYEDŐ: Hő hatására térhálósodnak és felveszik végleges alakjukat. Az epoxigyanták és uretánok már szobahőmérsékleten térhálósodnak. A térhálósodás közben a láncmolekulák között keresztkötések jönnek létre. Ezek biztosítják a merev 3D-s szerkezetet. Hő hatására bizonyos mérvű lágyulás bekövetkezhet, de már sohasem ömleszthetők újra. Alkidgyanták, aminoplasztok, epoxik, poliészterek, kemény Szilikonok. Félvezetők és IC-k tokozása – „DIP” és azt követő rengeteg betűszó, rövidítés.
GY 6
HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK: Melegítéskor folyékony halmazállapotba mennek. Ennek megfelelően a feldolgozásuk nyomás alkalmazásával történik: fröccsöntés, extrudálás, termo-formázás. Többször feldolgozhatók, de az újraömlesztések száma korlátos. ABS /akrilnitril-butadién-sztirol/, acetátok, poliészter, fluorszénhidrogének, teflon /CTFE/ , poliamídok, poliamídimid /Kapton, 370°C/, polietilén, polisztirol, PVC. CTFE: klórtrifluoretilén A teflon anyagok felületi energiája kicsi. Ennek tulajdonítható, hogy adhéziós hajlama más anyagokhoz kicsi. Ezért jól alkalmazhatók acél ellenanyaggal párosítva tapadó-csúszás -mentes mozgások megvalósítására.
GY 7
Az anyagok ragaszthatósága a felületi energaszintjüktől függ. A felületi energia növelésére koronakisüléses kezelőket használnak az iparban. Ezzel javúl a festékek, ragasztók kötődése a papírok műa. fóliák, fém fóliák felületén.
GY 8
ELASZTOMEREK /elasztikus polimer/ Korábban a természetes gumi és néhány szintetikus gumi volt forgalomban. A polimer-kémia fejlődésével számos új gumiszerű anyagot fejlesztettek: (természetes gumi), szintetikus gumi, neoprén, sztirol, butadién, szilikon, uretán, akril. Fluorgumi – vegyszerálló, lángálló; Poliuretánok – beágyazásra; SBR gumi – jól ragasztható; Szilikongumik – jó szigetelők, hőállók, dielektrikumok
GY 9
TÖLTŐ és VÁZANYAGOK: Elterjedtebben alkalmazzák a hőre keményedő műanyagoknál. A hőre lágyuló műanyagok alapvetően szívósak, rugalmasak, ami lehetővé teszi alkalmazásukat töltőanyag ill. vázanyag nélkül is. Az adalékok merevítő vagy ömlesztő hatásúak. A sajtolóporoknál leggyakrabban alkalmazott vázanyagok: AlO, Al-por, azbeszt, bronz, korom, szénrost, őrölt szén, üvegszál, grafit, juta, kaolin, orlon, szizál rost, talkum. A hőre lágyuló műanyagokat leggyakrabban üvegszállal, üvegszövettel erősítik. Az összes műanyagfóliából készítenek ragasztószalagot is. Ciánakrilát ragasztók: rendkívül gyorsan térhálósodnak. Anaerob ragasztók /O2 elvonás!/– csavarrögzítők.
GY 10
MŰANYAGBEVONATOK Az egyéb műa. termékekhez hasonlóan ezek is hőre keményedő ill. lágyuló osztályba sorolhatók. Továbbá valamely adott műa.-ból készített bevonatnak a végterméken kapott tulajdonságai hasonlók lesznek a kinduló anyagként használt műa. tulajdonságaihoz. Szigetelőlakkok, Oldószermentes – toxitróp bevonatok: 0.025 ÷ 1.2mm. Porbevonatok – fluidizált-ágyas eljárás. Fluidágyas bevonás – mártás – pld. 100 nF fólia kond. Csepp Ta kond. Beágyazó anyagok – tokozás – burkolás – öntés pld. Monolit kerámia kond. A beágyazás valamely alkatrész v. szerelvény azonos külső alakra való „hozását” – beágyazását jelenti.
GY 11
KERÁMIÁK Dísz és használati
Műszaki darabok
GY 12
Történetileg:
Kína
GY 13
A műszaki kerámiák és a fémek sűrűsége és hajlítószilárdsága. Az alkatrészek tömege és szilárdsága szerint nem kétséges az előny.
GY 14
KERÁMIÁK
GY 15
KERÁMIÁK
GY16
KERÁMIÁK
GY 17
Autogén hegesztő készülék Védőgázos ívhegesztők Rövidítések jegyzéke Forrasztó pákák Hullámforrasztó készülék Tisztítási eljárások
GY 18
KERÁMIÁK
GY 19
KERÁMIÁK A műanyagokhoz hasonlóan jó elektromos szigetelők, és a hővezető képességük sokkal jobb. Magas üzemi hőmérsékleten is mérettartóak. Könnyen elláthatók fémbevonattal. Műszaki kerámiák: Bizonyos fémek oxidjaiból (Al, Ti, Cr, Zr, stb.) kerámiák készíthetők – ezeket nevezik műszaki kerámiának. A műszaki kerámiák rendkívül kemények, kopásállóak, vegyileg ellenállók. Az oxidokat poralakban állítják elő, melyekből többféleképpen gyártanak különféle termékeket. Drazsírozás vagy pelletezés: Ennek során egy magra növesztik a réteget egy forgódobban. Kis átmérőjű golyók készítéséhez használatos eljárás.
GY 20
Sajtolás: kisebb csúszógyűrűk, alakos testek gyártására használható. Nagyobb darabokhoz azért nem, mert a sajtolóerő igénye a mérettel meredeken nő, és a por belső súrlódása miatt a termék sűrűsége inhomogénné válik. Öntés: A porból masszát készítve azt egy gipszformába öntik. A gipsz a nedvességet gyorsan kiszívja a masszából. Izosztatikus sajtolás: Egy ballont megtöltenek kerámia porral, majd azt egy vízzel teli tartályba lógatják. A tartály nyomását fokozatosan 1500 bar-ig növelik, majd lecsökkentik. A vízzel teli tartályban a nyomás eloszlása homogén, így az eredmény is egy homogén, kréta állapotú tömb lesz. Megmunkálás: A fenti eljárások során kapott előgyártmányok megmunkálhatók, /eszterga, maró, fúró/, bár a szerszámok hamar kopnak. Az így elkészült darabok kemencében 1600°C -on kiégethetők, miközben térfogatuk akár 20-%ot is csökken. Ezután csak gyémánt szerszámmal lehet megmunkálni.
GY 21
Nincs porozitás - a felületük tükörfényesre leppelhető. Termékek: dugattyúk, csúszógyűrűk, perselyek, hüvelyek, szelepgolyók, szelepek, kerámia szivattyúk, fúvókák.
GY 22
KÖTÉSEK Szegecs, csavar, hegesztés, forrasztás - lágy és kemény forr. SZEGECSEK: Normál – Ferenc József híd – sok-sok szegecs. Csőszegecs ld. minták. Popszegecs ld. Minták. CSAVAROK: Menetféleségek:
GY 23
Amerikai menet:
Csavarkötések biztosítása: Rúgós alátétek, egymenetes r., hullám rúgó, belső vagy külső fogazású, Nord-Lock alátétek, Loc-tite csavarrögzítők, /aneorob/, műanyag betétes anyák, alakzárással-alátéttel, „roncsolásos”.
GY 24
GY 25
HEGESZTÉS, KÖTÉSTECHNOLÓGIÁK: 1. Autogén eljárások Az autogéntechnikai eljárásokhoz égőgázra és oxigénre van szükség – de a láng nem csak egyszerűen láng. Lánghegesztéshez pl. nagy égési sebességű és pontszerű acetilén+oxigén láng kell. Forrasztáshoz ezzel ellentétben kisebb égési sebességre van szükség, és ezt propán+levegő lánggal lehet elérni. Az ismert égőgázok sorába a következők tartoznak: acetilén, földgáz, etilén, propán, propilén, hidrogén, stb. 1.1 Autogénhegesztés / lánghegesztés A kézi autogénhegesztés a legrégebbi hegesztési technológiák közé tartozik. A hegesztendő fémet acetilén+oxigén lánggal hevítik olvadási olvadáspontra a kötési zónában. Hegesztési hozaganyag (hegesztőhuzal) hozzáadásával olvadnak össze az összekötendő munkadarabok, amelyek között oldhatatlan KOHÉZIÓS kötés keletkezik. Égőgázként kizárólag acetilént alkalmaznak. Az autogénhegesztés előnye a redukáló láng, amely könnyen a hegesztési feladathoz igazítható. Acélokat és nemvas fémeket egyaránt lehet lánghegeszteni.
GY 25a
GY 26
2. Védőgázos ívhegesztés A védőgázos ívhegesztés MAG, MIG (AFI), WIG (AVI) és plazma változataival találkozhatunk. A védőgáz jelentősen befolyásolja az ívszerkezetet, a varrat minőségét, ezért nagyon fontos a kiválasztása. A védőgázos hegesztésnél egykomponensű gázokat használnak, a WIG és MIG esetében tiszta argont, a MAG eljáráshoz tiszta szén-dioxidot. Az ötvözetlen acélokhoz a Ferroline, alumíniumhoz az Aluline, ötvözött acélokhoz vagy nikkel alapú ötvözetekhez az Inoxline néven optimalizált keverékcsaládokat kínálnak a gyártók. Előnyei: A hegfürdő védett, nem lép reakcióba a környezeti atmoszférával, nagy a hegesztési sebesség, kicsi a vetemedés, kevés a fröcskölés, tiszta a varrat, kevesebb az utómunkálat, az ötvöző elemek kiégési foka alacsony. Az autóiparban a lézersugaras védőgázos hegesztési technikák terjedtek el.
GY 27
A lángforrasztáshoz szintén égőgáz+oxigén lángot használnak. Az összekötendő munkadarabok felületét ebben az esetben nem olvasztják meg, hanem a kötést egy kiegészítő forrasztóanyaggal hozzák létre, amelynek olvadáspontja alacsonyabb, mint az összeforrasztandó anyagoké. A többnyire huzal formájú forrasztóanyagot folyamatos hevítés alatt vezetik be, és a megolvadt anyag a befolyik munkadarabok közti keskeny résbe. Az olvadék megszilárdulásakor létrejön a diffúziós (adhézió) kapcsolaton alapuló kötés. Folyósító szerek alkalmazásával javulhat a forraszanyag folyékonysága és szétterülése a munkadarabon. A forrasztás szükséges feltétele a nedvesítés, és elégséges feltétele a megfelelő hőmérséklet. A hőmérsékletétől függően 450 °C alatti forrasztás esetében lágy-, míg 450 °C felett kemény forrasztásról beszélünk.
GY 28
Az elektronikai iparban nem lánggal lágyforrasztanak. Pákával vagy gépekkel dolgoznak. A forrasztások jó minőségéhez elengedhetelenül szükséges, hogy a megolvadt forrasz anyag jól nedvesítse a forrasztani kívánt fémek felületét. Ezért a forrasztási pontban a forrasztani kívánt fémeket is a forrasz anyag olvadáspontján kell tartani. Forrasz anyagok: Sn-Pb (60/40) Ólommentes : Sn Cu, Sn Cu Ag Az ólommentes forrasztások minden esetben nehezebben végezhetők el jól, az ólmosokhoz képest. Az egyetlen dolog amiért bevezették a környezetvédelem.
GY 29
Az ólommentes forr. anyagok törvényi szabályozása: USA: nincs törv., az űrkut egyébként is kivétel. Japán: Elkötelezett gyártók, nincs szükség törvényre /különben is Japán „verte keresztül”!/ EU: WEEE és RoHS, 2006.06.01.-jétől Waste Electronic and Electrical Equipments /Hulladék elektronikus és elektromos készülékek/ Restriction of certain Hasardous Substances /Az ismert veszélyes nyersanyagok felhasználásának korlátozása/ Ázsia: Kína. D.Korea, Taiwan, üzleti érdekből betartják. Az ólommentes forrasztási műveleteknél sokkal kisebb a technológiai ablak az „ólmos” technikához képest.
GY 30
A kisebb a műveleti ablak „hozadéka”: sokkal nagyobb a meghibásodási ráta. A technológiai soroknál beállítási nehézségek tömkelege!
GY 31
A folyasztó szerek funkciója – a vékony felületi oxidréteg oldása. „Gyári” készítmények: • folyadékok, • porok – az „ónhuzal” töltése - 3÷5 csatornás huzalok. FÉLELEM a vegyszermaradéktól ami hosszútávon korróziót okozhat. a) Megoldás: Az alkoholban oldott fenyőgyanta házilag is elkészíthető. A fenyőgyanta tisztító hatású, mert /rezinol/-savat tartalmaz. b) Megoldás: alkoholos lemosás, vagy ultrahangos tisztítás. Felhasznált irodalom: Szépvölgyi János: Korszerű műszaki kerámiák Tersztyánszky László: Ólommentes forrasztás C. Harper: Elektronikus szerkezetek konstrukciója és gyártása Izsák: Konstrukciós számítások
GY 32
Zh kédések: 1. Miért érdekes a műanyagok felületi energiája? 2. Mi a plasztik tokozás alapanyaga? 3. Az oxidkerámiák üzemi hőmérséklet határa? 4. Mire használhatjuk a ciánakrilát anaerob ragasztókat? 5. Műszaki kerámiák tömörítési eljárásai? 6. A világon elterjedt csavarmenetek? 7. Milyen módszereket ismer a csavarkötések biztosítására ? 8. Mi az autogén hegesztés lényege? 9. Mi a forraszthatóság szükséges és elégséges feltétele? 10. Mi a különbség a kemény és a lágy forrasztás között? 11. Mi az ólommentes forrasztás alapproblémája? 12. Miért használunk folyasztószert?
