TECHNOLOGICNOST KONSTRUKCE I Ing. Bohumír Bednár, CSc. v Doc. Ing. Jan Sanovec, CSc. v , Doc. Ing. Jan Cermak, CSc. Ing. Ladislav Michálek
CVUT v Praze Fakulta strojní
Obsah 1
Úvod (Ing. B. Bednár,CSc.)
5
2
Technologicnost
8
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
konstrukce odlitku (Ing. B. Bednár,CSc.)
Technologie výroby odlitku Zásady volby materiálu odlitku Zásady konstrukce odlitku s ohledem na namáhání Zásady konstrukce odlitku litých do pískových forem Zásady konstrukce odlitku s ohledem na jakost Zásady konstrukce odlitku litých do kovových forem
15 17 26 39 68 78
3
Technologicnost
konstrukce výlisku (Doc. Ing. Jan Šanovec, CSc.)
86
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
Volba materiálu Presnost výlisku Technologicnost Technologicnost Technologicnost
výlisku výstrižku výtažku ohýbaných soucástí
86 88 89 95 103
Technologicnost
výkovku (Doc. Ing. Jan Cermák, CSc.)
105
4 4.1 4.2 4.3 5 5.1 5.2 5.3
Zásady volby technologie kování Technologicnost a zásady konstrukce zápustkových Zásady konstrukce volných výkovku Technologicnost
výkovku
konstrukce svarencu (Ing. Ladislav Michálek)
106 108 124 128
Proces svarování Proces návrhu konstrukce svarovaných výrobku Proces technologické prípravy, svarování a kontroly
128 129 137
Literatura
145
Úvodem Technologicnost konstrukce se zameruje na sladení požadavku uživatele výrobku a možností výrobce s cílem dosažení vytycených parametru pri co možná nejnižších výrobních nákladech. Naplnení tohoto cíle ovšem nezbytne vyžaduje osvojení rady disciplín a prístup k velkému množství, casto obtížne vyhledatelných, informacÍ. Proto je predmet zarazován až do ucebních plánu vyšších rocníku strojní fakulty. První díl ucebního textu zamerený na konstrukci odlitku, výkovku, výlisku a svarencu predpokládá predevším jako nezbytné zvládnutí látky z predmetu Nauka o materiálu, Technologie I a Cásti a mechanismy stroju, na které tesne navazuje. Užitecné však jsou poznatky získané i v dalších predmetech, nebot predem nelze vyloucit z rozhodování o konstrukci urcitého dílu žádný aspekt ani žádný prístup ... Je jiste pochopitelné, že vzhledem k omezenému rozsahu ucebního textu zde nemuže být uveden vycerpávající návod k tomu, z jakého materiálu jednotlivé strojní soucásti navrhovat, a pro který díl je ta která technologie optimální, což bývají dve z nejvýznamnejších východisek ovlivnujících konstrukci dílu. Proto je treba uživatele v tomto smeru odkázat na obsáhlejší zdroje informací, zejména normy, databáze, lexikony, odborné casopisy apod. Navíc nelze opomíjet ani casový faktor, nebot v oblasti materiálu i v technologiích se mnoho vecí vyvíjí, takže kopírování starých výkresu osvedcených sestava dílu nebo užívání tradicních materiálu nemusí být zárukou úspechu v budoucnosti, kdy se muže prosadit jakostnejší nebo levnejší konkurencní výrobek zhotovený pokrocilejší technologií. V poslední dobe konstruktérum stále více usnadnuje práci nasazení výpocetní techniky, která umožnuje dokonalejší propracování konstrukce z hlediska pevnosti a tuhosti, zkracuje provádení prípadných úprava nabízí možnost rycWé výroby modelu, nástroje nebo prototypu. Tato pomoc však sama o sobe ješte není zárukou úspechu, nebot muže být i cestou k rychlejšímu hromadení chyb a sériové výrobe zmetku, pokud není brán ohled také na technologická a ekonomická hlediska. Technický vývoj také zvýšil nároky na sledování vývoje materiálunabízejících vlastnosti, které se pred nekolika desítkami let zdály nedosažitelné, i zavádení nových technologií, které vedou ke zmenám vžitých omezujících faktoru (napr. potrebných tlouštek sten~ dosažitelné složitosti tvarových prvku, úkosu, tolerancí, typu spoju apod.). Navíc by konstruktéri meli reagovat i na menící se ceny investic a surovin, skladbu nákladu a situaci na trhu. Rust ceny lidské práce vyvolává stále vyšší tlak na omezování potreby rucních operací a zavádení automatizace. Moderní technika je však drahá a lze ji hospodárne využívat predevším v hromadné výrobe. V ní se pak mnohonásobne zúrocí veškerá úsporná opatrení, která promyšlená konstrukce dílu prinese. Do budoucna je treba pocítat i s možným nárustem ceny energií a nekterých surovin, sílícím tlakem zahranicní konkurence a zduraznením ekologických aspektu konstrukce. I když jsme si vedomi, že složitost problematiky presahuje možnosti strucného ucebního textu, bylo našim cílem predložit posluchacum nejenom soubor základních informací, které budou potrebovat pro práci na cviceních a pro úspešné složení zkoušky, ale predevším podnet k usmernení jejich myšlení pri samostatné tvurcí práci v jejich budoucím studiu i praxi.
Autori
4
1. ÚVOD Konstrukce strojírenských výrobku není urcována pouze jejich funkcí, ale i zpusobem a ekonomikou výroby, pri respektování hledisek estetických, ergonomických a ekologických. Cílem každého konstruktéra má být dosažení pritažlivosti výrobku zajištením požadované úrovne užitných hodnot s co nejnižšími materiálovými a výrobními náklady. Optimální konstrukce proto bývá kompromisem mezi technickými požadavky, vyjadrovanými funkcí, tvarem, pevností, jakostí, životností, spolehlivostí, požadovaným výkonem apod., na strane jedné a technologickými možnostmi spolecne s ekonomicností výroby na strane druhé. Technologicnost konstrukce je široký pojem postihující komplexní souhrn požadavku, které má splnit konstrukce dílu nebo celku pro zajištení funkcní zpusobilosti, požadované životnosti a spolehlivosti pri maximální hospodárnosti výroby. Obecne je možno shrnout hlavní požadavky na konstrukci z hlediska technologicnosti do následujících zásad: • • • • • •
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
jednoduché kinematické schéma, jednoduchý tvar a nízký pocet dílu, vyhovující mechanické, fyzikální a fyzikálne-chemické vlastnosti materiálu, vysoké využití materiálu (malý odpad, vhodné profily, odlehcení nezatežovaných cástí), vyhovující technologické vlastnosti materiálu (slévatelnost, tvaritelnost, svaritelnost, obrobitelnost atd.), prizpusobení konstrukce technologii výroby, která musí být volena s ohledem na predpokládaný objem výroby a požadovanou jakost, prihlédnutí k vlivu technologie na vlastnosti materiálu (zpevnení plastickou deformací, vliv tlouštek, prubeh vláken, anizotropie a nehomogenity, drsnost a stav povrchu, velikost a rozložení vnitrních pnutí, vmestky, poruchy souvislosti atd.), nízká cena a spotreba materiálu, nízký pocet druhu materiálu, využití hromadne vyrábených polotovaru a dílu, volba tvaru a rozmeru s ohledem na technologii výroby (tlouštky sten, otvory, dutiny, drážky, úkosy, výstupky, žebra, delící plochy, zaoblení atd.), primerené nároky na drsnost, presnost, výskyt vad, rozptyl hodnot mechanických vlastností, kombinace vlastností apod. a prihlédnutí k vlivu možných vad a odchylek, využití tepelného a chemicko-tepelnéhozpracování, resp. povrchových úprav, jednoduchá, krátká a nenákladná príprava výroby, co nejmenší potreba speciálních nástroju, prípravku, stroju a zarízení, co nejmenší pocet a co nejnižší složitost operací, co nejkratší doba a prubežný cas výroby a montáže, co nejjednodušší manipulace a doprava, co nejmenší potreba výrobních a skladovacích ploch, využívání typizace (omezování poctu druhu soucástí a celku), využívání unifikace (sjednocování rozmeru, tvaru, materiálu, soucástí a skupin), využívání dedicnosti (prebírání osvedcených dílu a konstrukcních prvku - tím i výrobních postupu, nástroju, náradí a pomucek), využívání možností mechanizace a automatizace výroby, nízká spotreba surovin, energie, maziv, vody atd., dobrá úroven bezpecnosti a hygieny práce; minimální a nezávadný odpad a emise, možnost výmeny a renovace poškozených a opotrebených dílu, možnost nenárocné recyklace výrobku, resp. materiálu, po vyrazení výrobku z provozu.
5
TRH
--r NÁMET ,J,
PODNIKATEL ,J,
I
ZADÁNÍ PROJEKTU I ,J,
funkce provozní podmínky životnost a spolehlivost vlastnosti materiálu normy, zkušenosti požadované množství
KONSTRUKTÉR
schéma, tvar, kinematika, • siIové toky pevnostní výpocty, volba materiálu, dimenzování, tolerance, drsnosti, povrchové úorav
,J,t NÁVRH VÝROBKU výkresy, specifikace
,J,t techno logické vlastnosti materiálu vliv technologie na vlastnosti materiálu možnosti technologií nárocnost operací požadované množství ožadovaná iakost
TECHNOLOG
volba technologie zpresnení vplby materiálu úpravy tvaru a tlouštek polotovary, prídavky, úkosy sled operací stanovení technologických parametru výroby návrh onoravku a nástroiu
,J,t VÝROBNÍ POSTUP
,J,t výrobní kapacity výrobní stroje a zrízení plochy a doprava zkušenosti, personál náklady a financování (ceny, odpisy, mzdy, dane, ... ) dodavatelé hygiena a bezoecnost oráce
VÝROBCE
organizace výroby výroba prípravku objednávky polotovaru zajištení kooperace kalkulace nákladu a ceny výrobku zajištení likvidace odpadu rooafZace
,J,
VÝROBEK ,J,
PRODEJCE ,J,
užitné vlastnosti výrobku (funkcní, ekonomické, estetické a ekologické) I ~ poptávka obdobné vÝrobk
TRH
Obr. 1.1 Schéma vztahu ovlivnujících konstrukci výrobku
6
zisk
Protože je treba zvažovat celé spektrum casto zcela protichudných požadavku, bývá cesta k optimální konstrukci zpravidla velmi složitá a nárocná. Napr. požadavek nízké spotreby materiálu vede ke snaze používat pevnejší oceli, které jsou ale nevhodné pro svarování a obrábení; snaha o využívání hromadne vyrábených polotovaru vede k horšímu využití materiálu a zvyšování pracnosti; nároky na jakost zvyšují náklady apod. Protože konstruktéri nemohou znát do podrobností všechny strojírenské technologické procesy a z nich vyplývající omezení ci naopak možnosti, je zejména u nárocnejších výrobku nebo vetších sérií nezbytná spolupráce celé rady odborníku z oblastí konstrukce, materiálu, technologie, rízení jakosti i ekonomiky. Podle schématu na obr.1.l je výrobek navrhován na základe požadavku trhu. Aby se na nem úspešne uplatnil, je treba respektovat veškerá hlediska ovlivnující jeho užitné vlastnosti, vcetne vlastností ekonomických. Pri vytvárení konstrukcí odpovídajících všem zásadám technologicnosti je vzhledem k složitosti úkolu treba postupne sladovat požadavky zákazníka s možnostmi hospodárné výroby co nejtesnejší spoluprácí mezi konstruktérem a výrobcem. Pro zkrácení doby potrebné k uspokojení poptávky je žádoucí prubežná kooperace ve všech etapách od prípravných fází rešení úkolu, pres prípravu technologických postupu a zavádení výroby, až po vstup výrobku na trh. Jedine tím lze predejít uvedení výrobku dražších nebo méne jakostních než muže zákazník snadneji a dríve získat od konkurence. Proto je doporucován následující postup: 1. Formulovat jednoznacne
a pokud možno jednoduše základní požadavky, které musí výrobek splnovat, a to vcetne omezujících požadavku na prípustné odchylky, jakost, cenu, termíny a množstvÍ. 2. Zacít rešením hlavního úkolu, napr. kinematikou mechanismu, prenosem sil, potrebou uzavrít urcitý prostor apod. 3. Navrhnout soucasne nekolik variant, ve spolupráci s technology je zhodnotit a vybrat nejvýhodnejší rešenÍ. 4. Upravit a propracovat zvolenou variantu ("pri tom užívat víc gumu než tužku") a konzultovatji s odborníky z oblasti materiálu, technologie výroby a ekonomiky. 5. Konzultovat navrženou variantu s konkrétním výrobcem stran zkušeností, technických možností, vybavenosti a kapacity pracovišt, prípravy výroby, organizace práce, dodavatelských vztahu apod. 6. Prizpusobit konstrukci zvolenému materiálu a zpusobu výroby. 7. Reagovat vcas zmenami konstrukce na problémy s jakostí, vývoj materiálu a technologií, pohyby cen, situaci na trhu apod. Následující kapitoly jsou venovány technologicnosti konstrukce z hlediska výberu a návrhu "polotovaru", cástecne tedy i volby materiálu, kdy východiskem volby bývají predevším tato kriteria: • • • • • • • • •
požadavky na materiál - druh, vlastnosti (vcetne technologických), množství, cena, velikost, tvar a složitost dílu (rozmery, tlouštky sten, dutiny, ... ), požadavky na presnost, drsnost a jakost, specifické vlastnosti výrobku (houževnatost, obrobitelnost, svaritelnost, ... ), množství výrobku (celkové za casovou jednotku), náklady na polotovar a jeho další zpracování (výrobní postup, pracnost, energie, ... ), potrebné výrobní zarízení (stroje, prípravky, nástroje), potrebná doba prípravy výroby a termíny dodávek, množství, škodlivost, použitelnost a likvidace odpadu. #o
i
7
2. TECHNOLOGICNOST
KONSTRUKCE ODLITKU
Bez odlévaných dílu se v soucasnosti neobejde žádný složitejší strojírenský výrobek. V prumeru se na jejich hmotnosti podílejí zhruba 30 % a pracnosti približne 5 %. Napr. v konstrukci osobního automobilu bývá použito více než sta odlitku. Pri tom se jedná o díly tvarove nejsložitejší a nekdy i znacne namáhané. Odlitky prevládají v konstrukci cerpadel, armatur, spalovacích motoru, kompresoru, obrábecích i tvárecích stroju. Užívají se i ve výrobcích elektrotechnického a optického prumyslu, kancelárských a domácích strojcích a zarízeních. letadlech, lodích, kosmických a jaderných zarízeních. Odlitky najdeme dnes dokonce i v lidských telech jako implantáty nebo zubní protézy. Presto nekterí konstruktéri ješte stále pohlížejí na odlitky s neduverou. Zdají se jim príliš težkopádné ci robustní, a tím i nevhodné pro moderní výrobky. Neverí príliš ani v jejich spolehlivost a jakost pro nebezpecí vnitrních vad, kolísavou kvalitu povrchu a omezenou presnost. Pri návrhu více namáhaných dílu proto dávají prednost polotovarum tváreným. Soucasné možnosti slévárenské technologie však mohou tyto obavy vyvrátit díky pokroku v oblasti metalurgie i výroby forem, systémum rízení jakosti a možnosti využití pocÍtacové simulace, která napomáhá optimalizovat konstrukci odlitku s ohledem na zatížení, nebezpecí výskytu vad, pnutí i deformací. Navíc je treba si uvedomit, že za radu uvádených nedostatku odlitku nesou spoluzodpovednost sami konstruktéri tím, že nedokáží plne využít širokou škálu nabízených slitin a slévárenských technologií, že se obávají zodpovedne navrhovat tvarove složité tenkostenné odlitky, a že opomíjejí nekteré zásady technologicnosti konstrukce. Místo hledání nových vhodnejších radeji konzervativne užívají tradicní materiály, místo požadavku na zvýšenou presnost odlitku radeji na výkresech predepisují obrábený povrch, místo pracných výpoctu, simulací a zkoušek radeji zvyšují soucinitel bezpecnosti a tlouštky sten, a tím i hmotnost atd. Pri tom práve vetší prídavky na obrábení a vetší tlouštky sten odlitku vedou casto k zhoršení mechanických vlastností, vyššímu riziku vzniku vad a zvýšení celkových nákladu na výrobek. Výhody odlitku K hlavním výhodám odlévání patrí predevším: III
Prímá cesta od surovin k výrobku
III
Možnost zhotovovat
s nízkým poctem operací a meziproduktu.
díly v široké škále hmotností od nekolika gramu do desítek tun.
• Možnost dosažení i pomerne jednoduchými postupy znacne složitých prostorových tvaru. Ve srovnání s jinými polotovary jsou odlitky výhodné zejména pro soucásti se složitou trojrozmernou geometrií a vnitrními dutinami. • Možnost tvarování odlitku dle zatížení nebo potreby ohranicit prostor. Odlitky je možno prakticky neomezene dimenzovat (napr. dle prubehu silových toku) tak, aby byl jejich materiál plne využit a zároven se nikde nevytvárely nebezpecné "špicky" napetí. Tzn., že odlitek muže být zesílen v místech nejvetšího zatížení, napr. v okolí spojovacích šroubu, prírub, ložisek,styku sten apod. a na druhé strane odlehcen v nezatížených oblastech . • Možnost dosažení vysoké tuhosti vhodným prostorovým rozložením materiálu. III
Možnost odlévání vetšiny kovu a slitin. Pri tom není nutné se omezovat pouze na slitiny uvádené v normách. Znacný podíl tvorí odlitky zhotovené ze slitin "ušitých na míru" funkci soucásti dle požadavku konstruktéra. Volbou složení lze ovládat radu fyzikálních a mechanických vlastností, odolnost proti korozi apod. a dosáhnout jejich optimální kombinace.
8
-
~------------------------------
• Možnost ovládání struktury a vlastností odlitku volbou složení, modifikací a ockováním taveniny, rízeným tuhnutím a tepelným zpracováním. Napr. u litin je možno ovládáním rychlosti tuhnutí dosáhnout zjemnení struktury, zmen podílu grafitJcementit i podílu jednotlivých strukturních složek. Rozpouštením grafitu pri tepelném zpracování je možno základní hmotu "zevnitr" nauhlicit a tak zvýšit podíl perlitu na úkor feritu nebo umožnit zakalení. Pri vhodném chemickém složení lze takto dosáhnout široké škály struktur a vlastností, a to dokonce i na jediném odlitku. Rízením postupu tuhnutí je možno ovládat i orientaci vznikajících krystalu, a tím získat odlitky se zvýšenými pevnostními charakteristikami v urcitém smeru (užíváno napr. u lopatek turbín). • Nezávislost vlastností materiálu na smeru namáhání (s výjimkou výše zmínených speciálních postupu). • Vysoké využití materiálu a vysoká míra recyklovatelnosti. Ztráty kovu rozstrikem a propalem ve slévárnách ciní pouze nekolik procent (vtoky, nálitky a zmetky se pridávají do vsázky následujících taveb) a prakticky všechny odlitky je možno po uplynutí jejich životnosti použít jako soucást vsázky. • Relativne nízká spotreba energie ve srovnání s tvárením i obrábením z vá1covaných polotovaru (viz tab. 2.1). • Hospodárnost v kusové i hromadné výrobe. Díky široké škále technologií je možno volit provedení modelu, postup výroby forem a jader i zpusob lití nejen dle technických specifikací, ale i s ohledem na požadované množství odlitku tak, aby náklady na jeden odlitek nebo požadovanou sérii nebyly príliš vysoké. Napr. pro výrobu jednoho odlitku, i pomerne znacne složitého tvaru, je možno použít metodu spalitelného modelu, pro strede velkou sérii lití do pískových forem a pro hromadnou výrobu lití do forem trvalých. Ve srovnání se svarováním vyžaduje sice výroba odlitku model, ale je pak méne pracná a nákladná. Ve srovnání s tvárením odpadá výroba nákladných nástroju z obtížne obrobitelných materiálu . • Možnost dosažení speciálními postupy pomerne vysokých presností (u meších rozmeru až !T8, tj. zhruba 0,2 %) a nízkých drsností. (Ra až 1,6 - 3,2 /.lm). Uvedené parametry však rozhodne není hospodárné vyžadovat u bežných odlitku, kde je lze snadneji dosahovat kombinací obvyklých technologií lití (obvyklé tolerancní stupne IT 12 až 15 a drsnosti Ra 12,5 až 100 f-lm) a dodatecného obrábení ploch, na které jsou kladeny vyšší nároky. Nejpresnejší technologie - metoda vytavitelného modelu je hospodárná zejména pri odlévání tvarove znacne složitých dílu z težko obrobitelných materiálu, na druhé strane tlakové lití pro velkosériovou výrobu odlitku ze slitin s nižšími teplotami tavení. • Možnost zalévání dílu z jiných kovu (napr. ložiska, pouzdra, cepy, matice apod.) tam, kde je potreba získat jinak nedosažitelnou kombinaci vlastností). Tab.2.1
Porovnání materiálové a energetické nárocnosti odlitku s jinými výrobky Využití materiálu 75-80 95 25 18-38 -MJ/kg - 95 180 50 primární 90 70 - 95 80 28105 -v --32 40-50 46 66 82 energie Spotreba Typ výrobku
9
Príciny problému s odlitky Na rozdíl od jiných technologií zpracování kovu, které pracují s polotovary známých vlastností, je jedinecností slévárenské technologie skutecnost, že struktura materiálu a tvar produktu vznikají spolecne v relativne velmi krátkém casovém intervalu bez možnosti prubežných korekcí. Jakost odlitku tím ovlivnuje velmi široká škála faktoru postihujících konstrukci a stav modelového zarízení, vlastnosti formovací smesi a odlévané slitiny, technologii a podmínky výroby forem a lití, chladnutí a následující zpracování odlitku. Nepromyšlená konstrukce, volba nevhodné technologie nebo nedodržování technologických podmínek zpusobují kolísání kvality a vznik více ci méne závažných vad. Jejich výskytu musejí výrobci predcházet peclivou prípravou výroby a kontrolou všech rozhodujících fází technologického procesu. K tomu získávají slévárny v poslední dobe stále dokonalejší prostredky. Tím se ve stále vetší míre presouvá zodpovednost za nedostatky a selhání litých dílu na konstruktéry, kterí neodhadli správne provozní zatížení odlitku, zvolili nevhodný materiál, ocekávali od odlitku dosažení nereálných vlastností nebo jejich kombinací, nerespektovali zásady konstrukce beroucí ohled na slévárenskou technologii nebo nespecifikovali dostatecne svoje požadavky. Vhodnou volbou materiálu, konstrukce a konzultacemi s výrobci odlitku je možno rade obtíží a nedostatku predcházet. Pri tom je treba mít na pameti predevším následující: • Rozdíly v tlouštce sten odlitku vedou k nerovnomernému tuhnutí a chladnutí, které zpusobuje rozdíly ve strukture a vlastnostech jednotlivých cástí odlitku, vznik pnutí, deformací, prípadne až poruch souvislosti (trhlin, prasklin). • Pomalé chladnutí silnostenných odlitku vede ke vzniku hrubozrnné struktury, odmíšenin, zhoršení mechanických vlastností a rozdílum vlastností na povrchu a uvnitr odlitku. • Vlastnosti uvádené v normách a materiálových listech slévárenských slitin jsou vztahovány na vzorky standardních rozmeru lité urcitou technologií. U masivních odlitku je obvykle nereálné vyžadovat jejich dosažení v plném rozsahu. • U obdobných odlitku litých z urcité slitiny odlišnými technologiemi nelze ocekávat shodné vlastnosti . • Pro odstranení nedostatku licí struktury a dosažení v normách uvádených hodnot mechanických vlastností vyžaduje rada odlitku tepelné zpracování. To platí predevším pro ocelové odlitky. U vetšiny odlitku z litiny s kulickovým grafitem jsou normami stanovené vlastnosti dosažitelné i bez tepelného zpracování. Odlitky z litiny s lupínkovým grafitem se tepelne zpracovávají jen výjimecne, nebot požadované vlastnosti tu bývají dosahovány prevážne vhodnou volbou složení. Urcité skupiny slitin hliníku jsou urceny k vytvrzování. • Nebezpecí výskytu vnitrních vad (staženin, porezity, bublin apod.) muže být výrazne eliminováno promyšlenou konstrukcí, která zajištuje vhodný postup tuhnutí, pamatuje na prístupnost pro umístení nálitku (prípadne chladítek) i možnost odvodu plynu z formy a jader. • Velké smrštování nekterých slitin pri tuhnutí vyžaduje používání mohutných nálitku, které snižují využití tekutého kovu a zvyšují pracnost pri úprave odlitku. Prednost by proto mela by'rt dávána takovým slitinám, které stahují méne (napr. litiny než oceli) a takovým konstrukcím, které jsou co nejlehcí (potrebný objem nálitku je úmerný objemu odlitku). • Pro tenkostenné odlitky je treba volit slitiny s dobrou zabíhavostí, kterou mívají zpravidla eutektické slitiny,. tedy napr. ze slitin železa litiny s vyšším obsahem uhlíku. Pri gravitacním lití do pískový~h forem jsou u eutektických slitin železa i hliníku dosažitelné nejmenší tlouštky sten zhruba 3 mm, výjimecne 2,5 mm. Nedoporucuje se však navrhovat takto tenké rozsáhlé souvislé plochy a je treba zvážit i prípustné tolerance. Speciální technologie umožnující dosahování tlouštek kolem 1 mm (tlakové lití, lití metodou vytavitelného modelu) jsou menší série, resp. bežné odlitky príliš nákladné.
10
• S ohledem na omezenou možnost dosažení vysoké presnosti a jakosti povrchu je treba usilovat o taková konstrukcní rešení, která kladou nejmenší nároky na potrebu obrábení, a to tím více, cím pevnejší a tvrdší je zvolený materiál. Porovnání výhod odlitku s dalšími polotovary Tab. 2.2 Pomerné náklady na vybrané typy polotovaru ve srovnání s litinovými odlitky 180 615 1170 cm3 220 250 100 2400 160 100 150 90 350 240 120 140 150 200 - 95 31255 150 185 120 5030 - 45 10220 255 240 165 100 330 550 260 850 2200 70 1220 400 000 - 90 v tahu silou 105 N tyc namáhanou Pomerné náklady na
Tab. 2.3 Príklad materiálové a energetické bilance výroby príruby Polotovar odlitek
Polotovar válcovaná tyc
( ((O([@ Tavenina Ztráty pri lití a válcování Trísky pri obrábení Hotová soucást Využití materiálu Polotovar Obrábení Hotová soucást celkem
6,84 kg 0,41 kg 5,43 kg
Tavenina
1,00 kg
Propal, nálitky, vtoky Trísky pri obrábení Hotová soucást
16 % 141 MJ 125 MJ
Využití materiálu Surový odlitek Obrábení
266 MJ/kg
Hotová soucást celkem
11
2,85 kg 1,71 kg 0,14 kg 1,00 kg 40% 59,6 MJ 3,2 MJ 62,8 MJ/kg
Válcované polotovary jsou podle údaju v tab. 2.2 levnejší nežli odlitky, ale tato jejich výhoda je tím menší, cím více se tvar vá1covaného polotovaru odlišuje od požadovaného tvaru soucásti. Tak napr. pro výrobu hrídele prevodovky je kruhová vá1covaná tyc ideálním polotovarem, ale pri výrobe prírub z tycových polotovaru obrábením je velmi nízké využití materiálu a mnohem vyšší spotreba energie než pri jejich odlévání (tab. 2.3). Výhodné jsou levné válcované polotovary také v kusové výrobe, kde by se nevyplatila výroba modelu, resp. tvárecích nástroju. Výkovky mají ve srovnání s odlitky následující nevýhody: •
odlitky mohou být tvarove složitejší (mohou mít složité dutiny, vysoká tenká žebra, prekrývající se plochy apod.),
•
odlitky se mohou tvarove lépe prizpusobit funkci soucásti Ue u nich možno snáze dosáhnout takového rozložení materiálu, které zajistí vysokou tuhost nebo pevnost),
•
odlitky mohou mít menší tlouštky sten, menší úkosy, menší zaoblení hran i koutu,
•
odlitky obvykle mívají menší prídavky na obrábení,
•
díky výše uvedeným výhodám bývají odlitky o 10 až 50 % lehcí než výkovky stejné funkce, pevnosti nebo tuhosti,
•
litím je možno zpracovávat širší škálu materiálu,
•
horní hranice hmotnosti zápustkových výkovku jsou kolem 500 kg (bežne do 50 kg), zatímco odlévat je možno díly o hmotnosti až pres 100 000 kg,
•
modelová zarízení jsou levnejší než kovací zápustky a mohou mít i vyšší životnost,
•
celkové náklady na výrobu soucástí bývají obvykle nižší pri použití odlitku než zápustkových výkovku (obr. 2.1).
1O 000
Zápustkové kování "
."
1 000
- --- ----
" "'.
. ....:.~~
.•.. ...............•...
100
Lití na syrovo
•.....
, ........•.
-"
""",-
.
:---...
Lití metodou vytavitelného
--------- ------.
mOjdelu
- ..-- .. -- .,--..__-o '"'-
~~ -......:: "-..""'-.
.
..
..
-j<=-
Kokilovélití-
~~~~T'
10
10
100
1 000
1O 000
100 000
Celkový pocet kusu Obr. 2.1 Porovnání nákladu na výkovky a odlitky vyrábené ruznými technologiemi
12
Na druhé strane pro výkovky hovorí zejména: • lepší mechanické vlastnosti (zejména houževnatost a mez únavy), • méne castý výskyt a nižší závažnost povrchových i vnitrních vad. Nejznámejší skupinou SOtlCástí;u nichž, prináM zámena výkovku odlitky teehnické-i ekonomické výhody, jsou klikové-hrídeiespalovacich'motOTUodlévané'v-poslednídobe ve stále vetší míre z litiny s kulickovýmgrafitem; K hlavním výhodám litin tu patrfnižší citlivost k vrubum, schopnost tlumení-kmitu, iepšíkluznévlastnosti,'pomalejší opotrebení a nižší modul 'pružnosti, který vede k nižším-pnutím zpusobených-deformacemi (napr; pri'vyosenÍ hlavních ložisek nebo kmitání). V kritických'místech je možno odlitky z litinys-kutickovýnrgrafitem zpevnit váleckováním a jejich tyrdost lze zvyšovat povrchovým kalením nebo nitridováním. Hlavní výhodou však je, že odlévání nabízí možnost dávat soucástem vhodnejší tvar z hlediska tuhosti a potreb obrábeni Hrídele-odlévané-z-Htiny mohou mít'odleheovacidut-iny (obr. 3), výztužná žebra, menšítechnologické prídavky'aúkusy;' Vrtání mazacích-kanálku. je možno nahradit zaléváním ocelovýchtmbieek. Pri-potlŽitílit-iny-s·kulickovýmgmfitem-jetak možno proti výkovkum výrazne snížit hmotnost i výrobní náklady, a to dokonce pri zachování tuhosti ipevnostních.charakteristik a zlepšení nekterých užitných vlastností (tab. 4). Výlisky mohou mít ve srovnání s odlitky menši"tlouštky sten. Pro tlouštky sten nad 3 až 4 mm však již muže být výhodnejší-odléváni apri-tlako-vém-lití dokonce-odtlOtlštekještenižších. Lisování je doporucováno'používat predevším'prodíly Dtevrenýchtvarusjednotnou tlouštkou sten (nádoby, kryty, atd;}. Vzhledem k vyšší-cen~nástfoju ve sroVHáHf· s-ceoou-IOOdelu pro výrobu odlitku se výliskum dává prednost predevším ve velkosériové a-hromadné výrobe. Tam bývá ekonomícky výhodnejší-nežli odlévání· za-predpokladu; že--je-možno- kon-strukci dílu prizpusobit možnostemtéto-technologie.-Další výhodou výlisku-bývají -veimidob'wmeehanieké-vlastnosti a jakostní-povrch; Nevýhooo-u výHslffi-bývá nižší· tuhost, kterou-jemožno u odlitku snadno prizpusóbitpOtrebám, napr. zesílením tlouštky steny nébo'žebrovaním.
Tab. 2.4 Porovnání klikových hrídelu kovaných aJitý~h.zJitin.y s kulickovým grafitem 1°3.0'až7° .. .. . nahrubování, - ZápHstkový 85 20'až 95 30'výkovek do --70 90'% 80 1% mm % 60 100% jemné .užití odlehcovacích dutin 50 - .60% 20 100-% ..do d02mm Hodnotící kriterium jen pro broušení Odlitek z litiny s kulickovým grafitem zalitíamazacíchk:m~ 11<1"] výztužných namáhání a žeber, vyvážení, o-ptimalizacetvaru-s ohledem-na-
13
tt)11J !_rfJt
~tl ~~
Obr. 2.2 Možnosti tvarování litých klikových hrídelu Svarování je proti odlévání pohotovejší a casto nevyžaduje nákladné prípravky a zarízenÍ. Ekonomicky výhodná je výroba svarovaných dílu predevším tehdy, postacují-li kjejich zhotovení hromadne vyrábené polotovary bez velkých nároku na úpravu pred spojováním. Pri výrobe znacne složitých nebo rozmerných dílu (rámy lokomotiv, rozvádecí kola velkých turbín a turbokompresoru atd.), bývají svarováním spojovány i odlitky, výlisky nebo výkovky. Odlévání bývá zpravidla výhodnejší zejména pro menší a kompaktní díly. Prechod ze svarencu na odlitky je obvykle doprovázen výrazným snížením poctu dílu, poctu operací i pracnosti a zkrácením doby výroby .. V kusové výrobe tvarove jednodušších dílu bývají náklady na výrobu svarencu nižší než na výrobu odlitku, které vyžadují zhotovení modelu. Jako príklad je v tab. 2.5 porovnána cena litého a svarovaného stojanu o stejné tuhosti. Vzhledem ke zhruba polovicnímu modulu pružnosti litiny ve srovnání s ocelí, musí mít litá konstrukce silnejší steny a více výztužných žeber. Bývá proto až dvakrát težší, což se odráží i v podstatne vyšších nákladech za materiál. Pri lití malého poctu odlitku tvorí znacný podíl nákladu cena modelového zarízení, a proto je pro výrobu jediného kusu nebo malé série výhodnejší svarování. Pri výrobe vetší série, napr. 100 kusu, však bývá již výhodnejší odlévání. Z tab. 2.6 je patrno, že hlavní prícinou vyšších nákladu je vysoká pracnost spojená s prípravou a spojováním jednotlivých dílu svarence. K výhodám litinových odlitku ve srovnání se svarenci však patrí i: • • • • • • • • • • •
vyšší presnost a reprodukovatelnost rozmeru, dlouhodobá stálost rozmeru i vlastností (nestánou), možnost optimalizace tvaru dle zatížení a vyztužování zmenou tlouštek sten a žebry, menší citlivost na vruby (kterým je navíc možno se vhodnou konstrukcí vyhýbat), menší vnitrní pnutí (tím casto odpadá potreba žíhání k jejich odstranení), schopnost tlumení kmitu (významná napr. u presných obrábecích stroju), klidnejší a tišší chod a menší amplituda kmitu pri rezonanci, lepší kluzné vlastnosti a menší opotrebení pri kluzném trení, menší pnutí a deformace pri zmenách teploty, lepší obrobitelnost, mnohdy pritažlivejší vzhled.
14
Znacnou nevýhodou svarování je i špatná svaritelnost materiálu s vyššími pevnostmi. Zatímco zarucenou svaritelnost mají oceli prevážne do pevnosti 500 MPa, je možno pro nárocné odlitky využívat speciální litiny s pevnostmi vyššími. Tab. 2.5 Porovnání vlastností a nákladu na výrobu litých a svarovaných stojanu 100 % litiny 100 40% 50%% 200% 120% Odlitek z bežné Svarenec z bežné oceli
Tab. 2.6 Porovnání skladby nákladu pri výrobe odlitku a svarencu v sériové výrobe 10 15 50 0-5 %%% litiny 10 4-8% 2-3 2-5 20 %2% OO60 - -301-2% 80 % %-20 15 25 5 -% (model) Odlitky z- 20 bežné Svareneci z bežné oceli
2.1 Technologie výroby odlitku Ve slévárnách jev soucasnosti používána široká škála postupu, které se liší predevším zpusobem výroby forem Gader) ci lití. Volbu technologie pri tom nejvýrazneji vymezuje konstrukce odlitku (vcetne typu slitiny), požadavky na jakost a predpokládaný objem zakázky (tab. 2.7). Slitiny železa jsou odlévány v prevážné míre do netrvalých syrových pískových forem, do nichž jsou pro vytvárení dutin a bocních výstupku zakládána dle potreby jádra, zhotovená nejcasteji z chemicky vytvrzovaných smesÍ. V kusové výrobe se pro výrobu forem používají volné modely, zatímco pro sériovou výrobu na formovacích strojích se používají modely upevnené na modelových deskách. Tato nejméne nákladná technologie vhodná pro kusovou až velkosériovou výrobu však neumožnuje odlévat znacne složité ani težké odlitky. Nekdy také nevyhovuje pro nižší presnost a hrubší povrch odlitku. V takových prípadech je možno používat pevnejší a presnejší pískové formy obsahující jako pojivo nejcasteji umelé pryskyrice nebo vodní sklo, které dávají formám vyšší pevnosti než pojiva jílová. Pro výrobu odlitku ze slitin s nižšími teplotami tavení je nejpoužívanejší odlévání do trvalých kovových forem (gravitacní = kokilové, nízkotlaké a tlakové). Vzhledem k vyšší rychlosti tuhnutí dosahují odlitky odlévané do kovových forem jemnejší strukturu a vyšší hodnoty pevnostních charakteristik. Protože výroba techto forem je nákladnejší než výroba modelu pro formy netrvalé, jsou tyto technologie hospodárné až pro vetší zakázky. Výjimecne jsou do kovových forem odlévány i jednodušší litinové odlitky, které zde pri vhodné volbe složení dosahují velmi jakostní strukturu i povrch.
15
Tab. 2.7 Technické možnosti sten Tlouštky Vhodná Jádra forem za 102 Produktivita Drsnost hod 1 11-104 nad 02 od 02 12313,2-25 _104 25-200 2-40 23,2-25 3-1 120-300 --1 00 -02 1-5 04 100 F 1103 1O 600 oj 05 Ra 50 10-15 11-15 11-16 12-16 12-14 10-14 12-15 9-15 8-14 8-13 odlitku 251-1Q4 -2-50 600 1102_1 1-1 10-3 -105 FJ F 04 20 102-10) 107_165 _104 3,2-12,5 12,5-200 12,5-100 [ks] .102 12,5-100 [kg] 6,3-100 1,6-25 0,5 0,1-30 0,1-300 12,5-200 6,3-25 [/lm] F 10-100 1-2 (1) 103 10 od 1,6-12,5 pro 0,1 21-1 2Hmotnost (F) -Formy 1-100 F -FJ 10 600 (1) 40 50 102 J20 0,1 2série 56,3-25 100-200 20-100 -10 5-*) 200 500 Technologie 0,5 -04 20 10 *) IT14-16 Tolerance
základních
metod výroby forem a lití
*) výrazne závisí na velikosti
odlitku a vybavení
[mm]
Tab. 2.8 Príklad porovnání efektivnosti Nízkotlaké lití formy 503000 140 3-150 120-150 20 180 2-3 225 500 1- 000 2-1000 -kové 100 200 53-5 - 200 80 10 5000 300000 10 50 150 50 40 000 -100 80 60 0,5 1,5 -ks/h 3,2 3,2 1,6 12,5 25 12,5 strojne kové vyrábené formy Lití do písLití do písks Tlakové MPa mm Kc % lití lití do kovoGravitacní vé formy Zivotnost Zarucovaná Cena mo- ci 11m Max. Bežné modelu odchylky prídavky Produktivita
slévárny
výroby odlitku ze slitiny
AlSi 13
Prakticky neomezené možnosti pro tvarování odlitku nabízejí konstruktérum metody vytavitelného a spalitelného modelu. Není tu totiž nutné prizpusobovat tvar dílu potrebe vyjímání modelu z pískové formy, resp. ztuhlého odlitku z trvalé formy. Nevýhodou ovšem je,
16
že každý odlitek vyžaduje výrobu vlastního modelu. Technologie výroby keramických forem pomocí vytavitelného modelu je sice velmi nákladná a pracná, ale na druhé strane umožnuje dosahovat vysokou presnost a hladký povrch, a tak výrazne snížit potrebu následujícího obrábení. Hlavní použití proto nachází pri výrobe znacne složitých dílu z hure obrobitelných materiálu. Vedle meritelných parametru slévárenských technologií uvedených v tabulce 2.7 je pro volbu zpusobu výroby odlitku významná i rada dalších kriterií, k nimž patrí zejména: • • • • • • • • • • • • • •
druh odlévané slitiny (licí teploty, reakce s formou, ... ), požadovaná složitost tvaru (dutiny, úkosy, žebrování, ... ), cena a životnost modelového zarízení nebo trvalých forem, požadavky na rozpadavost forem a jader a nároky na cištení, požadavky na jakost a dodatecné úpravy odlitku vcetne obrábení, predpokládaný objem zakázky, možnost mechanizace a automatizace, nároky na výrobní zarízení, výrobní plochy, energie a suroviny, potrebná doba prípravy, hygiena práce - prašnost, zápach, toxické látky, hluk, odpady, spotreba a možnost regenerace smesí, zkušenosti s urcitou technologií, cena pracovní síly, celkové náklady na kus, resp. objednané množství.
Príklad základních parametru, podle nichž bývá rozhodováno pri volbe technologie lití dílu ze slitin hliníku, je uveden v tab. 2.8. 2.2 Zásady volby materiálu odlitku V olba vhodného materiálu je nejen jedním ze základních predpokladu splnení požadavku kladených na odlitek, ale i jedním z nejvýznamnejších faktoru ovlivnujících hospodárnost jeho výroby. Pri návrhu slitiny tedy nelze vycházet pouze z mechanických nebo fyzikálních vlastností urcovaných zamýšlenou funkcí dílu, ale je nutné respektovat i hlediska výrobní a ekonomická. Je tedy treba napr. zvažovat, zda prínos vylehcení dílu, které umožnuje použití pevnejší slitiny, preváží negativní doprovodné jevy této zmeny, k nimž bude patrit nejspíše vyšší cena materiálu, nižší houževnatost, obtížnejší úpravy odlitku, zhoršená obrobitelnost a svaritelnost, nárocnejší tepelné zpracování, a tím pravdepodobne i vyšší náklady na výrobu soucásti. Ty však mohou být zcela kompenzovány napr. úspornejším provozem nebo menším opotrebením, a tím zvýšenou životností.
Mechanické vlastnosti Specifickou zvláštností litých materiálu, na kterou by konstruktér nemel pri pevnostních výpoctech nikdy zapomínat, je výrazný vliv metalurgie, podmínek lití, chladnutí a tepelného zpracování na strukturu a vlastnosti odlitku. Proto není možné ocekávat, že hodnoty mechanických vlastností uvádené v norme urcitého materiálu (merené na normalizovaných vzorcích, litých, a prípadne i tepelne zpracovaných, za presne definovaných podmínek) budou shodné s vlastnostmi konkrétního dílu. Pevnostní charakteristiky bývají napr. výrazne závislé na tlouštce steny odlitku, ochlazovací schopnosti formy a podmínkách prípadného tepelného zpracování. Rozdíly v pevnosti je možno ale zaznamenat i mezi jednotlivými cástmi odlitku, napr. v závislosti na hloubce pod povrchem, možnosti dosazování z nálitku, vzdálenosti od
17
chladítka nebo ústí vtokové soustavy apod. U odlitku užívaných "v litém stavu" (bez tepelného zpracování) je také treba pocítat s prítomností vnitrních pnutí, která mohou únosnost výrazne oslabit. Pokud se z techto skutecností vychází již pri konstrukci odlitku, je možno predejít jeho selhání nebo naopak predimenzování volbou zbytecne velkého soucinitele bezpecnosti. Pri dané metalurgické jakosti slitiny ovlivnuje nejvýznamneji strukturu, a tím i vlastnosti odlitku, rychlost chladnutí. Rychlejší chladnutí tenkostenných odlitku nebo odlitku litých do kovových forem zpravidla zpusobuje zvýšení pevnostních charakteristik a nekdy dokonce i plastických vlastností. Soucasne je však treba i pocítat s tím, že rychlé ochlazování zvyšuje rozdíly mezi smrštováním jednotlivých cástí odlitku, a tím zvyšuje hladinu vnitrních pnutí. Pri pomalém chladnutí, zejména u silnostenných odlitku, je treba naopak pocítat s tím, že hodnoty jejich mechanických vlastností budou horší než u standardních vzorku a tenkostenných odlitku, zvlášte v místech která tuhnou naposledy. Proto by mel konstruktér znát podmínky, za jakých se vlastnosti zkoušejí a vztahy mezi vlastnostmi zkušebních vzorku a reálných odlitku. U materiálu, které jsou nejcitlivejší na tlouštku sten odlitku a podmínky lití, je na tuto skutecnost pamatováno již v príslušných normách. U ostatních je treba vyhledat potrebné údaje v odborné literature nebo konzultovat otázku vlastností urcitého materiálu pro konkrétní díl a technologii lití se slévárnou, která bude jeho výrobu zajištovat. Jen mezi litinami jsou vzhledem k jejich specifickým vlastnostem v tomto ohledu znacné rozdíly: •
Pevnost litin s lupínkovým grafitem se obvykle zjištuje na vzorCÍch obrobených ze samostatne odlitých tycí o prumeru 30 mm. Vzhledem ke znacné citlivosti vlastností této litiny na rychlost chladnutí (obr. 2.3) z nich bývá odhadována skutecná pevnost materiálu odlitku pomoCÍ vhodných diagramu, tabulek nebo empirických vztahu (viz CSN EN 1561).
•
Mechanické vlastnosti litin s kulickovým grafitem se obvykle zkoušejí na vzorCÍch obrobených ze samostatne odlitých kusu (tlouštky 12,5 - 25 - 50 nebo 75 mm, která se volí podle smerodatné tlouštky steny odlitku). Dále je možno používat zkušební telíska zhotovená z prilitých zkušebních vzorku (u odlitku s tlouštkou steny pres 30 mm) nebo vyrezaná na dohodnutém míste prímo ze zkušebního odlitku. Pro vzorky z prilitých zkušebních kusu uvádí CSN EN 1563 predepsané mechanické vlastnosti v závislosti na tlouštce steny odlitku. U vetších tlouštek je treba pocítat s poklesem pevnostních charakteristik i tažnosti (obr. 2.4).
•
Mechanické vlastnosti temperovaných litin se zkoušejí na samostatne odlitých neobrobených zkušebních tycích (prumeru 6, 9, 12 nebo 15 mm, který se volí podle smerodatné tlouštky steny odlitku) zpracovaných tepelne stejným zpusobem jako príslušné odlitky. Zatímco u temperované litiny s cerným lomem tlouštka odlitku prakticky mechanické vlastnosti neovlivnuje, je u temperované litiny s bílým lomem vliv tloušttky výrazný. Tencí odlitky se totiž pri tepelném zpracování silneji oduhlicí a vykazují nižší hodnoty pevnostních charakteristik pri vyšší tažnosti (obr. 2.5).
•
Mechanické vlastnosti neželezných slitin bývají v normách uvádeny oddelene pro jednotlivé doporucené zpusoby lití. I zde je potreba pocítat s tím, že se jedná o hodnoty zjištené na vzorcích litých tak, aby vykazovaly co nejmenší porezitu.
18
---r----
----r--. ---- -----.. --
-
--
---350
I"'---
-...........
--..
~ ...••.. ~.... --
-..... ....•..
...••..
.....•
•.....•.••.•. """"'--
r................••..
300 250
MPa
EN-GJL-350
200
EN-GJL-300
150
EN-GJL-250 EN-GJL-200
100
EN-GJL-150
50
5
2,5
10
20
Tlouštka steny
40
80
160
mm
Obr. 2.3 Vliv tlouštky steny na pevnost litiny s lupínkovým grafitem
1000
800
--
MPa
-----
-
-
600
EN-GJS-600-3
400
EN-GJS-500-7 EN-GJS-400-18
200
2,5
5
10
20
Tlouštka steny
40
80
160
mm
Obr. 2.4 Vliv tlouštky steny na mez kluzu litiny s kulickovým grafitem
Jako první vodítko pri hledání vhodné slévárenské slitiny z hlediska namáhání zpravidla slouží mez pevnosti nebo kombinace meze kluzu a tažnosti. Podle techto kriterií se však vždy nabízí celá rada materiálu, z nichž by pak mel být volen takový, jehož užití: 1. je reálné - z temperované litiny nelze napr. zhotovit silnostenný odlitek, a naopak z oceli jen velmi obtížne odlitek tenkostenný; 2. splnuje další specifické požadavky - napr. kombinaci dobrých kluzných vlastností a odolnosti proti opotrebení, zarucenou svaritelnost apod.; 3. je nejhospodárnejší - je treba zvážit nejen cenu a využití materiálu, ale i náklady na výrobu formy a Úpravy po odlití vcetne tepelného zpracování a obrábení.
19
5 %
600
-,. /'i...
•...GJMW-450-7 .•.• /' , GJMB-450-6 GJMB-450-6
...-'
GJMW-450-7 I ~
A
•....
•..
15
'\ I
;
GJMB-450-6 \"-.. GJMW-450-7\I \!\ r-..
RpO,2
\
10
Rm..•...•.
i
"I
'\
\
,
400
MPa
200
o o
o
10 Tlouštka steny
20 mm
o
10 Tlouštka steny
20 mm
Obr. 2.5 Vliv tlouštky steny na mechanické vlastnosti temperované litiny Jak již bylo výše naznaceno, nemusí zdaleka platit, že nejlepší volbou je nejpevnejší slitina nebo slitina s nejvyšším pomerem pevnosti k cene materiálu apod. K castým chybám pri volbe materiálu napr. patrí: •
Používání pevnejších jakostí litin s lupínkovým grafitem pro tenkostenné odlitky, kde mohou dosáhnout pevností pres 200 MPajiž litiny EN-GJL-100 nebo EN-GJL-150 (CSN 42 2410, CSN 42 2415) pri tvrdosti kolem 200 HB. Litina EN-GJL-200 (CSN 42 2420) sice dosáhne u tenkostenných odlitku pevnosti pres 230 MPa, ale vzhledem k tvrdosti až pres 250 HB a k možnému výskytu zákalky na povrchu a hranách odlitku bude jejich obrobitelnost znacne obtížná. Naopak pro odlitky s velkými tlouštkami sten je nutno používat litiny znacek s vyšší pevností.
•
Nevhodná interpretace materiálových charakteristik - napr. predpoklad, že pri prechodu z litiny s lupínkovým grafitem EN-GJL-200 (CSN 42 2420) o pevnosti 200 MPa na litinu s kulickovým grafitem EN-GJS-400-15 (CSN 42 2304) o pevnosti 400 MPa dosáhneme zdvojnásobení statické únosnosti dílu. Zmínená litina s kulickovým grafitem má totiž zarucenou mez kluzu pouze 250 MPa. Bude-li se navíc jednat o díl s malou tlouštkou steny (kde vykazují litiny s lupínkovým grafitem zvýšenou pevnost) a namáhaný na ohyb (který litina s lupínkovým grafitem snáší lépe než cistý tah), muže se díl z litiny s kulickovým grafitem poškodit (trvalou deformací) dokonce již pri menším zatížení než díl z litiny s lupínkovým grafitem (krehkým lomem). Navíc je treba pri zmínené zámene materiálu pocítat s poklesem tvrdosti, vyšší rychlostí opotrebení a nárustem ceny.
•
Specifikace materiálu obtížne dosažitelnými kombinacemi mechanických vlastností. Nesplnitelné bývají zejména požadavky kombinující vysokou pevnost s nízkou tvrdostí nebo vyžadující úzké rozmezí tvrdosti merené na libovolném míste odlitku, které od sléváren vyžadují zpracovatelé odlitku pro usnadnení obrábení.
•
Neoduvodnené požadavky na vysokou houževnatost jako pojistky proti lomu znacne namáhaných dílu. Kvantifikace míry potrebné schopnosti odolávat rázum je totiž nesnadná a casto zavádející. Houževnatost se totiž zjištuje na zvláštních vzorcích (obvykle obrobe-
20
ných s vrubem, pri cemž díl bude nejspíš v kritickém míste neobrobený a bez vrubu) za podmínek, které se znacne liší od podmínek, pri kterých bude odlitek pracovat. Proto konstruktéri casto stanovují nároky na houževnatost vyjadrované minimální nárazovou prací (vrubovou houževnatostí), nebo tažností materiálu, pouze na základe intuice. Takto formulovaný požadavek na materiál však nekdy bývá neoduvodnene prehnaný vylucuje užití pevnejších slitin . •
Opomenutí možnosti využití tepelného zpracování nebo mechanických úprav k náprave nekterých nedostatku lité struktury. Napr. mechanické vlastnosti odlitku ze slitin AI, Ti, Ni a Co je možno zlepšit izostatickým lisováním, pri nemž je plastickou deformací odstranována vnitrní porezita, což se odrazí ve zlepšení mechanických vlastností, zejména meze únavy .
•
Opomenutí vlivu zvýšených nebo nízkých provozních teplot.
•
Opomenutí nebo precenení potrebné odolnosti proti korozi nebo opotrebení.
Mechanické vlastnosti za zvýšených teplot Pro nekteré slévárenské slitiny bývají uvádeny i základní mechanické vlastnosti za zvýšených teplot. Pokud to jsou hodnoty zjištené pri krátkodobých zkouškách, které uvádí napr. obr. 2.7 pro litiny s kulickovým grafitem, nelze je prímo využít pro dimenzování dílu vystavených zatížení za zvýšených teplot dlouhodobe, kdy dochází kjejich plastické deformaci, tzv. tecení (creepu) a do hry tím vstupuje i casový faktor. Tak napr. uhlíková ocel s 0,2 % C o pevnosti min. 420 MPa vykáže pri krátkodobé zkoušce za 450 oe pevnost pres 240 MPa. Za 10 000 h ji ale pri této teplote poruší již zatížení kolem 130 MPa a za 100 000 h zatížení pouze 80 MPa. U litin vystavených dlouhodobe teplotám nad 500 oe je treba navíc pocítat i se zvetšováním objemu pri rozpadu cementitu a perlitu, prípadne i oxidaci. 800
30 -
Rm [MPa]
----Rp -.-.
0,2
[MPClJ
A [%]
600 20 A
[%]
-
10
E cr:
200
..
-- --.-
.----. .__ .-- ~
..
.•.
o O
500
20J
600
ObL 2.7 Vliv teploty na mechanické vlastnosti litiny s kulickovým grafitem
21
Z rady materiálových charakteristik se pro díly pracující za zvýšených teplot nejcasteji používají: Mez pevnosti pri tecení RmT t1T je napetí, které zpusobí pri teplote T [OC] lom po dobe t [h] (napr. RmT 104/600 znací pevnost za teploty 600°C pri trvání zkoušky 104 hod). Mez tecení RT t1E1T je napetí, které zpusobí pri teplote T [°C]za dobu t [h] deformaci E [%]. Její hodnoty bývají východiskem napr. pri dimenzování dílu, které si mají udržet za zvýšených teplot dlouhodobe rozmerové tolerance (napr. RT 1000/0,1/550 znací napetí, které za 1000 h zpusobí pri 550°C trvalou deformaci 0,1%). Rust [%11000 h] zpusobený u litin strukturními premenami a vnitrní oxidací. Okujení [g/m2.h] zpusobené oxidací (u litin výrazné nad 700°C)
Fyzikální vlastnosti Volbu materiálu odlitku mohou v nekterých prípadech ovlivnovat požadavky na specifické vlastnosti, napr. tepelné, elektrické, magnetické apod. Vzhledem k rozptylu chemického složení jednotlivých slévárenských slitin, možné porezite a heterogenite struktury lze uvádet pouze jejich orientacní hodnoty (tab. 2.9). Pouze u nekterých slitin lze najít v normách nekteré bližší údaje. Z významných velicin je možno pripomenout: •
Hustota (merná hmotnost) p slévárenských slitin není dána pouze chemickým složením slitiny. Ovlivnuje ji i cistota, licí teplota, podmínky chladnutí, odmešování, porezita (staženiny a bubliny), tepelné zpracování, fázové premeny atd. Výrazné rozdíly v hustote vykazují zejména litinové odlitky v závislosti na složení a množství vylouceného grafitu .
•
Modul pružnosti v tahu E urcuje nejen tuhost dílu, ale ovlivnuje i velikost pnutí pri deformaci odlitku nebo zmenách jeho teploty. U vetšiny slitin s homogenní strukturou je jeho velikost málo závislá na odchylkách složení a podmínkách lití. U litin (E = 60 až 185 GPa) je ale silne závislá na tvaru, velikosti a množství vylouceného grafitu. Nejvýrazneji se to projevuje u litiny s lupínkovým grafitem, kde pri urcitém chemickém složení dosahuje rozptyl až ± 40 GPa. Navíc je u ní velikost modulu pružnosti závislá i na smyslu a velikosti zatížení, tzn. deformace není úmerná zatížení. Odchylky jsou však výrazné až pri zatíženích presahujících 50 % meze pevnosti. Modul pružnosti všech slitin se snižuje s rostoucí teplotou zhruba neprímo úmerne výšce teploty tavení slitiny. Tak napr. zvýšením teploty z 20°C na 250°C klesne tuhost ocelových odlitku na zhruba 95 %, litinových na 90 %, ale odlitku ze slitin hliníku na 70 % puvodní hodnoty. Pro odlitky vystavené výrazným teplotním zmenám (výfuková potrubí, brzdové kotouce, soucásti pecí apod.) je dávána prednost materiálum s nižšími hodnotami modulu pružnosti, protože se tím zmenšují pnutí vyvolaná teplotní roztažností. Nejméne pevné litiny s vysokým podílem lupínkového grafitu a nízkým modulem pružnosti proto casto v podmínkách tepelné únavy predcí materiály výrazne tužší a pevnejší. Nevýhodou však je, že v celém souboru slévárenských slitin nelze najít žádnou, která by mela vedle nízké tuhosti i vysokou pevnost.
•
Soucinitel teplotní roztažnosti ex. ovlivnuje velikost pnutí pri zmenách teploty. Jeho vysoké hodnoty (napr. u slitin hliníku a austenitických ocelí) zvyšují hladinu vnitrních pnutí a snižují rozmerovou stabilitu. Problémy vznikají pri pevném spojení dílu s rozdílnou teplotní roztažností, pracují-li za podmínek menících se teplot (napr. slitiny železa se slitinami hliníku). Soucinitel teplotní roztažnosti je možno u nekterých slitin výrazne ovlivnovat volbou chemického složeni. Tak napr. u bežných litin je ex. = 12.1O-6K-1• Prísadami niklu je však možno tuto hodnotu zvýšit až na ex. = 18.lO,6K-l (pri 18 %Ni) nebo naopak snížit
22
vým u
až na a = 4.10-6K-1 (pri 35 % Ni). Zvýšení teplotní roztažnost litin je pri tom požadováno napr. u dílu zalévaných do slitin hliníku (nosice pístních kroužku, pouzdra) nebo pevne spojených s díly z hliníkových slitin (hlava válcu - výfukové potrubí), zatímco malé hodnoty jsou výhodné napr. pro díly zalévané sklem ci keramikou. •
Soucinitel tepelné vodivosti "A a merná tepelná kapacita c ovlivnují (spolecne s hustotou p) teplotní pole pri chladnutí a zmenách teploty. Jejich souhrnný vliv bývá vyjadrován soucinitelem teplotní vodivosti a = IJp.c. Vyšší hodnoty tohoto soucinitele (mají zpravidla kovy s malým podílem prísad a necistot) prispívají ke snižování teplotních gradientu, a tím i proti vzniku pnutí a deformaCÍ tepelne zatežovaných odlitku; nízké mohou naopak podporit vznik trhlin.
•
Logaritmický dekrement tlumení o (prirozený logaritmus pomeru dvou po sobe následujíCÍch amplitud kmitu) vyjadruje schopnost materiálu absorbovat cást energie pružné deformace pri jednom zatežovaCÍm cyklu. Vysokou hodnotu tohoto soucinitele, a tedy i vysokou tlumíCÍ schopnost, mají zejména látky s heterogenní strukturou; mezi slévárenskými slitinami predevším litiny s lupínkovým grafitem. Tato vlastnost je duležitá pro zajištení klidného chodu a zvýšení presnosti práce rady stroju, zmenšení opotrebeni vedení, ozubení a ložisek i snížení hlucnosti (napr. u motoru, prevodovek, kompresoru, obrábeCÍch a tkalcovských stroju).
Tab. 2.9 Hodnoty významných fyzikálních vlastnosti bežných slitin na odlitky Soucinitel 60-150 1750- v tahu 65-67 8600vodivosti 7800Hustota 270050-63 76005-25 teplotní 0,050,03Logarit0,02mický vita RezistiModul 220 G 8 GPa Merná 160 1307200100195 7800 19038-63 12-15 10-4 60-180 26-28 23-30 16-18 1100 13-46 24-28 pružnosti 40-55 35-53 24-57 500 25-35 185 16511-13 46-63 17565-300 130 17-22 11-13 dekrement ve smyku P kg/m3 1O-óK-1 440-495 4-5 870-900 460-570 515 380-450 tepelná 20-500 C20-200 kapacita 0,1-0,3 2-4 E GPa 0,5-2 0,3-0,4 j..lQm "A20-200 W/m.K J/kg.K 0,08 0,500;17 0,05 roztažnosti tlumení Modul Soucinitel pružnosti tepelné 680077-86 7350 42-45 6672 69007100 70007200 70-90 42-47 200 0,54 0,4 Litiny Temperované s
23
Technologické vlastnosti K výrobe odlitku je používána široká škála slitin lišících se výrazne svým chováním pri tavení, lití, tuhnutí a chladnutí odlitku. Nekteré slitiny je možno odlévat bez obtíží, zatímco výroba zdravých odlitku z jiných slitin je komplikována potrebou nárocných a nákladných opatrení. Vhodnost slitin k výrobe odlitku odrážejí jejich slévárenské vlastnosti nazývané souhrnne slévatelnost. S ohledem na celý výrobní cyklus dílu však mohou o volbe materiálu odlitku spolurozhodovat i další technologické vlastnosti materiálu, jako napr. obrobitelnost a svaritelnost. Jako hrubé vodítko pro volbu typu slévárenské slitiny na základe technologických, technických, ekonomických kriterií muže sloužit tab. 2.10, která prináší orientacní klasifikaci (od 1 - nejlepší až po 5 - nevyhovující) vybraných vlastností, které bývá treba pri konstrukci odlitku zvažovat. Z jejích údaju je patrné, že volba optimálního materiálu je zpravidla kompromisem mezi radou protichudných požadavku a dosažení nadprumerných parametru odlitku bývá obvykle spojeno s technologickými potížemi i zvýšenými náklady.
~ ~ ~!:1-•..
-
-
Tab 2.10 Porovnání vybraných vlastností bežných slévárenských slitin '(I) ;>-.~ ~ . .-c roI '(I) r/1 :> o~Io-o;>-.~;>-. o1-3 .::: ro r/1 ;>-. (I) o... 22-4 41-2 3-4 35 11-2 23-4 443 33 23 4(/)'f;' 1~.~?~ 38 412-3 2.S 1:> 341-2 218 :>.......• 4234 3-4 1-3 2-3 53-4 54'"d .S 11 bi:(I) e~::5 8~~ ~ tE .S tE ~~.;5 :E 8 :Š:.a 1-2 28 :a ;::! Smrštování a sklon ke vzniku trhZabíhavost a možnost lití tenkoStahování, cistení potrebaodlitku nálitkování a Nárocnost
:::J
.~
~
of"""'4
Cd
>(1)
l
24
tíde) alév. AI C)
Tab. 2.11
Charakteristiky a príklady použití slévárenských slitin Nárocná a nákladná technologie Vysoká Dobrá houževnatost kombinace mechanických a technovlastnosti a prijatelná cena Možnost Pro odlitky ovládání s malou kombinace tI. sten, od pevnostních nichž je Výhodné slév. vlastnosti a prijatelná cena 'v kombinaci s odolností proti korozi, vysovlastností vztažených kvodivost cene Špatná obrobitelnost Velmi Velmi dobré dobrá odolnost vlastnosti opotrebení Mechanické vlastnosti srovnatelné se zuVysoký pomer Charakteristika Rrr,: pproti šlechtenými ocelovými výkovky Nízká houževnatost Znacne namáhaná ozubená aopotrebení retezová namáhané soucásti silnicních vozidel azaa Nárocná Vysoká el. technologie aslévárenské tepelná skríne, del (kola, kryty, skríne, rámy, rámy); kola, ... remenice, Malá citlivost na vruby ky, Díly Lodní zoly, nosti dulních, kola vystavené páky, (tvrdosti) šrouby, kolejových zemních, teplot, svorky, akorozi abrazivnímu houževnatosti opotrebení težebních cerpadel vidlice, vozidel, (obežná ... ahracky, za nebo aamotoru, ventilu, zemedelkola rázu, eroprístroju, vacích Písty dverí avznetových cerpadel, bloky nábytku, dopravních spalovacích elektrotechnika, zámky, prostredku kování motoru, domácí apreletaVhodnost pro složité lehké vodovek Menší Kryty, zemedelských kové kola, nu, nejiskrící stroju, Telesa oxidaci ložiska vodních kalových skríne), klikové odlitky telesa karburátoru, dalekohledy, a(tvárecí za turbín asvarované kluzná nástroje, vysokých diferenciálu, cerpadel cerpadel, ozubená hrídele, skombinace stroju tI. vedení, cerpadel), sten kontakty prístroju teplot, (prevodové rucní akola, drticu, 2,5 elektromotoru ... ozub. -chlazení, vodící namáhání klikové náradí, stykacu, 20 separátoru kola, vstriko-' mm, ajiž kladložisa... díly soucásti dopravních prostredku plyn. touce Méne remenice, válcu válce fitinky, VýfukQvá dové za tvarovky zivnímu rázu pro kotouce kompresoru, namáhané bubny, klíce, opotrebení, pro kotouce potrubí, rozvod díly adíly bloky disky, nástroje, odlitky motoru, zámku, spojek, sklárské stojany konstrukce napr. vody), acepy, bloky hlavy stežební tI. upínky, soucásti skríne, brzdové obrábecích formy, ložiska, asoucásti sten hlavy aaoken, stroje), díly konbrzmlýkood Príklady 2,5 vackové ských svysokých Stojany požadavkem mm stroju, použití (skríne, tvárecích hrídele, ... víka, díly stroju, motoru radiátory, dynamicky vysoké kompretrouby pevNekteré zarucene svaritelné spatre bicu, topení, vetrání, ...... spotrebice, kancel. potreby, Citlivost na výr. podmínky a odIitky tlouštky sten Malá citlivost na zmeny teploty Svaritelné pouze speciálními postupy Nárocná a nákladná technologie Skupina soru, skríne a obežná ko1a cerpadel
25
2.3 Zásady konstrukce odlitku s ohledem na namáhání Zásady konstrukce s ohledem na statické zatížení Technologie lití umožnuje velmi dobre prizpusobit konstrukci odlitku provoznímu zatížení, bez zbytecného plýtvání materiálem, tj. tvarování soucásti dle predpokládaného prubehu "silocar". Místa, kde bude soucást intenzivneji zatížena, lze zesilovat a naopak nenamáhané cásti odlehcovat jen s malými omezeními. K obecným zásadám konstrukce odlitku patrí snaha omezovat tahová namáhání, nebot vetšina materiálu, a zejména litiny s lupínkovým grafitem, snáší hure zatížení v tahu nežli v tlaku. Z tohoto duvodu je napr. vhodné víka, kryty a tlakem namáhané steny odlitku vzklenout proti pusobícímu zatížení podle obr. 2.7 a.
a
b
méne vhodné
vhodnejší
Obr. 2.7 Konstrukce odlitku s ohledem na namáhání Nadmerná tahová napetí vznikající u odlitku namáhaných na ohyb je možno výhodne snížit tím, že se použije nesymetrickýprofil zesílený v tažené cásti, aniž by bylo nutno zesílit cást profilu namáhanou na tlak (obr. 2.7 b). Toto opatrení je využíváno zejména u odlitku z litiny s lupínkovým grafitem, pro kterou jsou charakteristické výrazné rozdíly deformace pri tahovém a tlakovém namáhání. Vyšší tuhost litiny ve stlacované oblasti ve srovnání oblastí namáhanou tahem zpusobuje posuv neutrální osy prurezu a odlehcování tažených "vláken". Dusledkem je pri ohybovém namáhání zhruba dvojnásobná pevnost než pri namáhání tahem (pri tlakovém namáhání zhruba ctyrnásobná). Proto je u litinových odlitku dávána prednost prurezum odlehceným v oblastech namáhaných na tah. Napr. z obr. 2.8 je patrné, že pro nosník zatížený urcitou silou a dimenzovaný tak, aby max. napetí v tahu spodních vláken neprekrocilo povolenou hodnotu, nabízejí práve nesymetrické profily nejvyšší 90 46,8I I 42,2 100 úspory materiálu . 38,5 A~ 41,4 I I
00 I
100
i a ~
.&,
~ ~
Obr 2.8 Vliv prurezu na potrebnou hmotnost nosníku z litiny s lupínkovým grafitem
26
Pro dosažení co nejvyšší pevnosti pri ohybovém namáhání je z hlediska hospodárnosti výhodné dávat prednost profilum s velkým prurezovým modulem Wo a pro dosažení vysoké tuhosti profilum s vysokým momentem setrvacnosti I (obr. 2.9). Nevýhodné jsou tedy prurezy plné ve srovnání s temi, které mají materiál rozložen daleko od neutrální osy (V, I, T, trubky). S prihlédnutím k slévárenské technologii jsou výrobne méne nárocné takové profily, které lze vytvorit bez pomoci jader.
66 31 234 283 168 24,8 pro nevhodný namáhání 64 Nevhodný 46,7 76,2 242 1 21,4 33,5 12,2 10,4
prijatelný jen
a krutem namáhání temohykru-výhodný bem 116 330 66 92 252 141 290 58 pro namáhání vhodný máhání pro ohybem na450 nevhodný 15,5 16,2 pro nejlepší 28,2 82,7 89,9 12,2
Obr. 2.9 Momenty setrvacnosti a prurezové moduly profilu stejného prurezu Velikost prurezu (prurezových modulu) je pro úsporu hmotnosti výhodné navíc odstupnovat dle prubehu ohybového momentu. Jako príklad jsou na obr. 2.10 hodnoceny ctyri návrhy provedení páky, pri cemž za optimální je treba považovat takovou konstrukci, která má díky vhodným prurezum nejvyšší pomer dovoleného zatížení k hmotnosti (Fmax / m). Pri významnejším namáhání krutem je nezbytne nutné dávat prednost dutým uzavreným prurezum, u kterých je možno nejefektivneji dosáhnout vysokých hodnot prurezového modulu v krutu Wk (obr. 2.9). Velkou výhodou odlitku (napr. ve srovnání se svarovanými konstrukcemi) je dále velká volnost pri hledání optimálního tvaru a možnost plynulé zmeny tlouštek sten a místního zesilování odlitku v nejvíce namáhaných místech. Z obr. 2.11 je napr. patrný velmi príznivý vliv relativne nepatrné úpravy litinového odlitku v míste pusobište síly, a tedy i maximálního ohybového momentu. Proto je doporucováno místní zvyšování tlouštky odlitku ve všech oblastech s predpokládanou zvýšenou intenzitou napetí, jakými jsou napr. patky, príruby, okolí otvoru pro šrouby, cepy, hrídele, pouzdra, ložiska apod. Hledání optimálních zmen tlouštek v takových místech je však velmi nárocné. Na základe zkušeností se užívá plynulé zesílení proti méne zatíženému okolí až na dvojnásobek tlouštky (obr. 2.12).
27
1728 2775 981 3240
~t--~}
Womax
1571 2504 892 5866 2945 4804 6786 3457
0,500 0,330 0,370 F0,260 max mFlm [kg] max [mm3]
[N]
~~._-{® I
_~_
Obr. 2.10 Príklad hledání optimálního profilu páky
% 114 100 1002,5 155 131 115 171 124 54 h mm % 154 6182 Výška výstupku
O
Obr. 2.11 Príznivý úcinek zesílení desky v míste nejvyššího ohybového momentu 1.5
t
Obr. 2.12 Zesilování odlitku v místech nejvetšího namáhání
nevhodné
vhodnejší
optimální
nevhodné
Obr. 2.13 Vliv provedení spoje dvou sten na koncentraci napeti v míste styku
28
Ze stejných duvodu je vhodné zaoblovat kouty v místech spoju sten, napojení prírub apod. Tím lze predcházet zvýšené koncentraci napetí, jehož špicka se tu rychle zvyšuje s klesajícím polomerem zaoblení. Protože velké hodnoty polomeru zaoblení vytvárejí místní tepelné uzly, v nichž mohou vznikat staženiny, je doporucováno volit pomer polomeru zaoblení k tlouštce steny odlitku R/t = 0,3 až 0,5. Za optimální rešení je však považováno takové spojení sten, kde je zaoblen kout i vnejší hrana bez zmeny tlouštky steny (obr. 2.13).
Bezpecnost a dovolené namáhání odlitku Pevnostní výpocty odlitku obvykle vycházejí z hranice, oznacované jako je nejvyšší dovolené napetí. Jeho velikost ale není možno automaticky odvozovat od pevnosti materiálu uvádené v norme. Predevším je treba respektovat povahu materiálu, zpusob lití, rychlost chladnutí (tlouštky sten) a podmínky zatežování odlitku. Vychází se obvykle z: • • • •
meze meze meze meze
pevnosti kluzu, resp. meze 0,2 únavy tecení
- u krehkých materiálu, - u houževnatých materiálu, - pri cyklickém namáhání, - pri namáhání za zvýšených teplot.
Z uvedených hodnot se potom dovolené napetí urcuje vydelením soucinitelem bezpecnosti k, na jehož vhodném stanovení závisí hospodárnost konstrukce a spolehlivost odlitku. Menší hodnoty soucinitele bezpecnosti je možno volit pri splnení nekterých z následujících podmínek: •
jsou dobre známy vlastnosti materiálu s prihlédnutím chladnutí a tepelného zpracování konkrétního odlitku,
k podmínkám
lití, tuhnutí, .
•
jsou dobre známy provozní podmínky (vcetne teplot, možných pretížení, rázu apod.),
•
tvar soucásti dovoluje provést spolehlivé stanovení stavu napjatosti v kritických místech výpoctem,
•
konstrukce soucásti je proverena s ohledem na namáhání experimentálne covou simulací,
•
díly budou pred nasazením podrobeny defektoskopické kontrole,
•
díly budou pred nasazením odzkoušeny,
•
prípadná porucha dílu nezpusobí závažné následky.
nebo pocíta-
Obvykle se hodnoty soucinitele bezpecnosti volí následující: k = 1,3 - 2,0
proti pretvorení
k = 2,0 - 4.0
proti lomu
k = 1,6 - 2,5
proti únavovému lomu
k =3
proti vybocení
Vetší hodnoty se volí tam, kde porucha muže zpusobit závažné havárie (rychlo bežné stroje, tlakové nádoby apod.). Vyšší hodnoty soucinitele bezpecnosti bývají používány i pro zahrnutí vlivu vibrací, rázu, zeslabení vlivem záporné tolerance, koroze, opotrebení, otlacení, vnitrních vad, vrubu, zvýšených teplot apod. (Napr. u výkovku mohou vnitrní vady snížit pevnost asi o 10 %, ale u odlitku až o 30 %.). Pri hrubých orientacních výpoctech se volí hodnota tohoto soucinitele až 20 nebo dokonce i vetší, což ovšem nelze chápat jako návod pro konstrukci všestranne vyhovujících odlitku.
29
Zásady konstrukce odlitku s ohledem na tuhost Rada odlitku pracuje za podmínek, kdy nehrozí ani jejich deformace nebo lom. Je však od nich požadována co nejvyšší tuhost, tj. minimální deformace pri provozním zatížení, které bývá casto cyklické. Obvykle tu proto bývají užívány litiny vzhledem k jejich dobré schopnosti tlumit vibrace. Týká se to zejména loží, rámu, nosníku, skríní a stojanu rady stroju, bloku motoru apod. Zde musí být nalezeno takové konstrukcní rešení, které je pri splnení všech technických požadavku i pokud možno lehké, hospodárné a snadno realizovatelné. U vetšiny takovýchto dílu prevažuje namáhání ohybem a krutem. Proto se provádené výpocty i experimenty zamerují práve na efektivní zvyšování tuhosti dílu pri tomto charakteru zatežování. Z výsledku jsou významné následující závery: • Pri namáhání ohybem mají být díly co nejkratší s co nejvetšími prícnými rozmery. Tlouštka sten a modul pružnosti materiálu hrají až druhoradou roli. Nejvhodnejší jsou tedy profiIy s hmotou rozloženou co nejdále od neutrální osy (I a duté profily - obr. 2.9). • Pri namáhání krutem jsou uzavrené profiIy až o tri rády tužší než profily otevrené, které jsou tedy zcela nevhodné. Prícné rozmery mají být co nejvetší. Délka, tlouštka a modul pružnosti hrají až druhoradou roli. Nejvhodnejší jsou tedy uzavrené profily s lUIlotou rozloženou co nejdále od osy krutu (obr. 2.9). • Plochy na které pusobí zatížení je výhodné vzklenout proti pusobící síle (obr. 2.14) nebo vyztužovat žebrováním (obr. 2.15). V tom prípade mají žebra vycházet z míst nejvetšího zatížení dílu a pokud možno sledovat hlavní "silové toky". • Otevírání nosníku a skríní z technických ci technologických duvodu se projevuje na snižování tuhosti pri namáhání krutem mnohem výrazneji než pri namáhání ohybem (obr. 2.16). • Vnitrní prícky a žebra v dutých profilech daného vnejšího obrysu zpravidla neprinášejí výrazné zvýšení tuhosti. Pokud tyto prícky nejsou navrženy a dostatecne presným výpoctem ci experimentálne overeny pro reálné zatížení dílu (tedy ne pouze s uvažováním osamocených sil v místech zvolených tak, aby bylo možno tuhost zjistit jednoduchým výpoctem), zpusobí jimi zamýšlené vyztužení konstrukce casto nárust pomeru hmotnosti k tuhosti, což pravdepodobne konstruktéra od tohoto opatrení odradí.
107 %
100 %
120 %
140 %
460 %
5 15
. 40
4-
~5 5
7,5
40
5 100 %
5
27.5
265 %
398 %
5 401 %
Obr. 2.14 Porovnání tuhosti dílu stejné hmotnosti z litiny s lupínkovým grafitem
30
., ,
I I II
I
I II
I
I
,,
II
L __
- --
I I ,
.II
-- -.,
"
" "
f
770 %
I
_______
j-------, II1-----
I
100 %
I
I
715 %
, 1
910 %
,
1----------, 1-- - - - ---, I . , I
I
I.I
,I
I
"II ,I
II J
"
,
Obr. 2.15 Vliv žebrování na relativní tuhost desek pri namáhání ohybem
100 %
100 %
14 %
67%
100 %
D
namáhání ohybem
9%
namáhání krutem
Obr. 2.16 Porovnání tuhosti uzavrených a otevrených skrínových konstrukcí Presto jsou uvádeny príklady odlitých dutých stojanu a rámu, kdy podélná vnitrní žebra a prícky zvýšily tuhost konstrukce až o 50 % pri zvýšení hmotnosti jen o zhruba 30 %, a to predevším díky zesílení nejzatíženejších míst odlitku, tedy zejména spoju sten a okolí míst, kde pusobí vnejší síly, napr. prírub, otvoru, pouzder, patek, vedení, dosedacích ploch apod. Pri tom se na zvýšení pevnosti a tuhosti projevuje prítomnost prícek a žeber ve vetší míre u profilu a skríní otevrených než uzavrených. U dutých uzavrených profilu mají tedy žebra a prícky predevším následující funkce:
31
•
Rozkládat rovnomerne zatížení a z pevnostních duvodu snižovat jeho maximální hodnoty v nejzatíženejších místech. Potom bývají navrhovány podle ocekávaných silových toku v odlitku, takže na málo zatížených místech nejsou nutná. Pri namáhání v ohybu bývá snahou snížit predevším nejvyšší hodnoty tahového pnutí (obr. 2.17) umístením žeber na strane s pnutím tlakovým. V opacném prípade jsou úcinná žebra s prurezem T, který však znacne komplikuje výrobu slévárenských forem. Proto muže být výhodnejší presunutí žeber dovnitr profilu, kde je tahové namáhání menší.
• • •
Bránit pruhybu a kmitání tenkých sten. Zajištovat pri lití rovnomerné plnení dutiny formy. Vyztužovat prechody mezi cástmi s rozdílným charakterem smrštování odlitku a tím prispívat k potlacení nebezpecí vzniku trhlin.
Tlak
~[]
Tah
pri chladnutí
\[] málo úcinné
výhodné
výhodné, ale pracné
výhodné
Tlak
Tah velký tah v žebru
Obr.2.17 Vliv žeber na potlacení tahového napetí pri namáhání ohybem
--,----/,-, \\ 1/:
I:
\ '- __ , I
I
"- __"\
I
\\"'
"I,
:
/~,---
..\\
~_I;I ,--, I \' \
r --,., ---1,. r---'I ,I
I I
,I II I 'L JL __ J r--rr---' ,---... I " " I
~_'!
L I
'- __
,f IL
,f
IL_J
I J
\~\.._J /,---,I I
~\\_J
I
I
;I --;" ;--- -;í---, II r ' I.l __ .1 L __ J
nevhodné pro nebezpecí trhání
vhodnejší
Obr. 2.18 Doporucovaná vyztužení soustavou žeber
32
Z technologického hlediska se doporucuje volit vetší vzdálenosti mezi jednotlivými žebry a rozkládání jejich prusecíku pro potlacení nahromadení materiálu a vzniku staženin. Vnitrní žebra mají mít s ohledem na omezenou možnost odvodu tepla tlouštku zhruba 70 - 80 % tlouštky vyztužované steny, vnejší 75 - 80 %. Nadmerné vyztužení odlitku sítí prímých žeber muže však zpusobit vznik trhlin. Proto se doporucuje volit žebra kratší, vzájemne presazená, zakrivená apod. (obr. 2.18). Toto pružné usporádání žeber však prispívá ke zvýšení celkové tuhosti odlitku výrazne slabeji. Zásady konstrukce s ohledem na namáhání rázy Nekteré odlitky vystavené úcinku rázu se porušují lomem nebo deformují. Jiné bývají z obavy pred tímto nebezpecím zbytecne pre dimenzovány, a najít optimální rešení zpravidla vyžaduje dlouhodobé zkušenosti a nákladné experimenty. Konstruktéri odlitku tu narážejí na dva hlavní problémy. Prvním je to, že velikost rázu bývá težko odhadnutelná a druhým skutecnost, že je težce postižitelná v pevnostních výpoctech. Úcinek dynamických sil na soucásti muže být v konstrukci odlitku respektován nekolika zpusoby: • • •
Odhadem maximální síly vyvozené rázem pomocí dynamického standardních metodách výpoctu pro statické namáhání. Odhadem požadavku na houževnatost materiálu dílu.
soucinitele rázu pri
Odhadem množství energie, která má být zachycena a dimenzováním zachytil bez poškození.
dílu tak, aby ji
Podle první metody se vychází z odhadu velikosti výsledné sily pomocí vztahu F
= Fm ± cp.Fa
kde je: Fm - stálá nebo strední síla Fa - amplituda síly cp - dynamický soucinitel rázu, který se volí následovne: stroje stroje stroje stroje
s rovnomerným rotacním pohybem (el. stroje, turbíny, brusky) s vratným pohybem bez rázu (spalovací motory, hoblovky) s pozvolne rostoucími rázy (lisy, nužky) s náhle pusobícími rázy (drtice, válcovací stolice, buchary)
1,0 - 1,1 1,2 - 1,4 1,5 - 2,0 2,0 - 3,0
Použití vysoce houževnatého materiálu pro díly namáhané rázy mívá zpravidla tu nevýhodu, že se soucást místo lomem poruší deformací, nebot nejhouževnatejší slévárenské slitiny (napr. nízko uhlíkové oceli a feritické litiny s kulickovým grafitem) mívají pomerne nízkou mez kluzu. Proto práve nalezení vyváženého pomeru mezi houževnatostí a pevnostními charakteristikami bývá klícovým problémem pri konstrukci takto namáhaných dílu. Houževnatost materiálu vyjadrovaná nárazovou prací pri zkoušce rázem v ohybu, je nejužívanejší charakteristikou k vyjádrení odolnosti materiálu proti lomum. Nejsou však k dispozici vhodné vztahy, které by umožnily tuto charakteristiku využívat pri dimenzování soucástí, a proto u vetšiny slitin na odlitky ani nebývají její hodnoty predepisovány ci zarucovány. (Její velikost však do jisté míry naznacuje tažnost a mez kluzu.) S ohledem na to bývá v pevnostních výpoctech užíván soucinitel bezpecnosti, beroucí ohled na míru krehkosti a necelistvosti struktury. Napr. u houževnatých tvárených ocelí se predpokládá, že neobsahují žádné póry a staženiny. Vychází-li se zde pri dimenzování z meze kluzu, volí se soucinitel bezpecnosti obvykle k = 1,5 - 2,0. Pro litou ocel se pak s ohledem na možnou porezitu užívá k = 2,0 - 2,5 a pro mnohem krehcí litiny s lupínkovým grafitem (k mezi pevnosti) až k = 7. Tretí metoda je založena na kalkulaci energie rázu, kterou mohou díly absorbovat pružnou deformací, aniž by došlo k jejich poškození. Vychází se pri ní z energie pružné de-
33
rN.mm -2]
formace daného prvku konstrukce vyvolané silou F. Mezi deformací y a zatežující silou (napetím) pri tom platí v oblasti pružných deformací známé vztahy, proto dostaneme napr.: - pro tahové nebo tlakové namáhání tyce délky I a prurezu S (y = F.l/E.S = cr.liE) Wel
= P.y/2 = p2.l/(2.E.S) = cr2.V/(2.E)
- pro ohyb nosníku konstantního prurezu na dvou podperách silou pusobící uprostred (y = F.e/(48.E.I) s použitím vztahu crmax= Momax/Wo= F.l/(4.Wo» Wel
= P.y/2 = p2e/(96.E.I) = crma/.l.Wo2/(6.E.I)
V prvním prípade tahu nebo tlaku, kdy bylo napetí rozdeleno rovnomerne v celém prurezu, je schopnost dílu absorbovat energii prímo úmerná jeho objemu V. Ve druhém prípade je napetí v nosníku rozdeleno nerovnomerne a to jak po délce, tak i v jeho prurezu. Nejvyšší napetí crmaxjeuprostred nosníku, a to v pouze horních a spodních vláknech profilu. Schopnost dílu absorbovat energii rázu je tu prímo úmerná délce a pomeru Wo2fI = I/c2= S/k, kde znací I - moment setrvacnosti prurezu, Wo (= I/c) - prurezový modul, S - prurez a k konstantu príslušející urcitému typu profilu, viz obr. 2.19.
II
O H
1321
256% 166% 133% 4 I 3I3II III 30895% 2,41I 1,56 1,30 %" Obr. proti rázum nosníku stejné hmotnosti I 133 % odolnosti I absorbo.:at~~ /1002.19 % Porovnání ~
Z energetických ných záveru: •
rozboru v oblasti pružných deformací dílu vyplývá nekolik význam-
Schopnost zachycovat rázy pružnou deformací je úmerná druhé mocnine napetí, pri kterém dojde k poškození dílu (plastickou deformací ci lomem). Soucasne je ale neprímo úmerná modulu pružnosti materiálu, což ponekud snižuje nevýhodu menší pevnosti litin a neželezných kovu ve srovnání s ocelí (tab.2.12).
Tab. 2.12 Porovnání schopnosti vybraných materiálu zachycovat rázy pružnou deformací [N.mm 200 500 1500 100 110 210 150 do vole180 67-2] 400 220 44 Modul 0,269 né Enamáhání crDMaximální 0,190 1,190210 10,714 0,204 0,149 0,889 pružnosti 0,227 crD2/ E[GPa]
34
•
Nejlépe odolávají rázum materiály s vysokou mezí kluzu. Vyšší hodnoty tažnosti jsou pouze pojistkou v prípade pretížení.
• Konstrukce má být navržena tak, aby pri rázech byl namáhán co nejvetší objem materiálu maximálním dovoleným napetím. V optimálním prípade by melo být zatížení rovnomerne rozdeleno do celé konstrukce. Tomuto požadavku je ale možno plne vyhovet v praxi pouze u cástí konstantního prurezu namáhaných pouze tahem ci tlakem. Pri namáhání ohybem se (u litiny s lupínkovým grafitem i prurezu T - je-Ii tah mu nejvíce blíží nosníky prurezu v širší cásti profiIu) a pri namáhání krutem trubky .
I
•
Další zvýšení schopnosti zachycovat rázy pružným ohybem se nabízí používáním "nosníku stejné pevnosti", tj. nosníku, jejichž prícný prurez se mení tak, aby v krajních vláknech bylo všude maximální dovolené napetí. Tak, napr. vetknutý nosník s prurezem odstupnovaným tak, aby mel v krajních vláknech všude stejné napetí (obr. 2.20), je schopen zachytit dvakrát více energie a má tedy pri o 1/3 menší hmotnosti odolnost proti rázum dvakrát vyšší než stejne namáhaný nosník konstantního prurezu ..
b -r-r--
/
b
~F v
h
h
F
x v
y = F.13/(3EI) = 4.F./3/(E.b.h3) Wel1
ITIIIIDI!IITJII
6
ITIIillIIJJJIII
WrL
= (6.F.x/b'O"dOV)1/2
y = 8.F.13/(E.b.h3)
= F.y/2 = 2.F2·13/(E.b.h3)
Wel2
= F.y/2 = 4.F2PI(E.b.h3)
Obr. 2.20 Zvyšování dynamické únosnosti odlehcením prurezu •
Na druhé strane pusobí velmi nepríznive pri dynamickém namáhání vruby, a to zejména v nejvíce namáhané oblasti dílu. K takovým místum patrí napr. náhlé zmeny prurezu, otvory, vady nebo svarové spoje. Zde dochází ke koncentraci napetí, jehož lokální špicky mohou dosáhnout hodnot meze kluzu nebo pevnosti materiálu daleko dríve nežli v místech, kde je napetí rozloženo rovnomerne. Proto zpusobují vruby i u pevných materiálu velmi dramatický pokles práce potrebné na porušení soucásti. Úcinek vrubu je závislý predevším na jeho geometrii. Na základe teoretických výpoctu je vyjadrován soucinitelem koncentrace napetí a
= <Jmax
: <Jstr
= 1 + 2 tip
kde t znací hloubku a p polomer zaoblení korene vrubu. Nebezpecné jsou proto predevším ostré a hluboké vruby, u nichž místní maxima napetí dosahují až petinásobku napetí stredního, címž se pak zhruba 25 x sníží energie rázu, který díl snese bez poškození. • Pro omezení dynamických úcinku je výhodné používat poddajné (pružné) uložení, které muže absorbovat podstatnou cást energie rázu. Toto opatrení je UŽÍváno napr. tehdy, když je díl vystaven také opotrebení a musí být zhotoven z tvrdšího a krehcího materiálu.
35
Zásady konstrukce s ohledem na únavu Prestože se jedná o problematiku spadající predevším do oblasti pevnostních výpoctu, je i zde možno najít pomerne tesný vztah mezi konstrukcí a technologickými procesy, kterými je chování dílu pri cyklickém namáhání ovlivnováno. K hlavním faktorum urcujícím únavové deje patrí cistota a homogenita materiálu. Negativne pusobí nejen vmestky, poruchy souvislosti apod., ale i prítomnost odlišných strukturních složek. Casto únavu výrazne ovlivnují drobné koncentrátory napetí, které nevadí pri statickém namáhání. Pri tom rade z nich je možno predcházet vhodnou konstrukcí, napr. vyloucením tenkých žeber a ostrých rohu, kde se tvorí u litinových odlitku zákalka .. U dílu vystavených cyklickému namáhání se pri dimenzování vychází obvykle z Wohlerových krivek nebo Smithových diagramu. Pro lité materiály však casto nejsou k dispozici, a pokud ano, pak zpravidla jen pro vzorky s hladce obrobeným povrchem, a proto mohou být použity pouze jako hrubé orientacní východisko. Porovnáním vlastností ocelí a litin ruzných jakostí je možno zjistit, že jejich mez únavy roste výrazne pomaleji než pevnost, tj. s rostoucí pevností klesá pomer (Je : Rm. Napr. u bežných ocelí dosahuje hodnot kolem 0,4 ; zatímco u nejpevnejších ocelí je menší než 0,2. U litin s lupínkovým grafitem bývá tento pomer 0,30 až 0,60 - což naznacuje vliv celé rady faktoru, které mez únavy významne ovlivnují. Feritické litiny s kulickovým grafitem mívají uvedený pomer 0,50 - 0,55 - zatímco perlitické pouze 0,40 - 0,45. Proto se pro únavové namáhání nedoporucuje volit nejpevnejší slitiny ani se nedoporucuje zušlechtovat materiál na maximální dosažitelnou pevnost. U ocelí obecne platí, že lité vzorky bez vrubu mají (vzhledem k dendritickému charakteru struktury) mez únavy nižší než vzorky z tvárené oceli stejné pevnosti. Zato pri zkoušení vzorku s vrubem je mez únavy litých a tvárených vzorku obdobná, nebot úcinek vnejšího vrubu tu prekrývá vliv vnitrní heterogenity. U litých ocelí zpusobuje vrub pokles meze únavy obvykle na 60 až 85 % její hodnoty na vzorku bez vrubu. U tvárených ocelí bývá tento pokles dokonce výraznejší. Ve srovnání s ocelemi je u litin vliv vrubu menší, a navíc u nich v praxi casto príznive pusobí schopnost tlumení, která omezuje kmitání dílu a tím i velikost amplitudy napetí. Proto jsou v podmínkách cyklického namáhání nekterých dílu (ozubená kola, stojany, klikové hrídele, hrídele s hlubšími drážkami, ložiskové skríne, soucásti diferenciálu apod.) litiny považovány za výhodnejší materiál ve srovnání s ocelemi obdobné pevnosti. Slitiny hliníku a horcíku mají odolnost proti únave relativne nízkou a' proto je jejich užívání pro cyklicky namáhané díly pomerne omezené. Pri návrhu odlitku vystavených cyklickému namáhání je treba také respektovat citlivost dosahovaných výsledku na stav povrchu zkušebních vzorku, resp. odlitki)., který se projevuje tím výrazneji, cím je materiál pevnejší. Jakostní nepoškozený litý povrch muže dávat hodnoty meze únavy srovnatelné, nebo dokonce i vyšší než povrch hrube obrobený. Negativní dopad mají ale povrchové vady a všechna poškození povrchu vcetne stop po odstranování vtoku, nálitku a zateklin, koroze a opotrebení. Príznive naopak pusobí tlaková zbytková pnutí, která je možno v povrchu i zámerne vytváret. U ocelí a litin s kulickovým grafitem se užívá napr. tryskání broky, kulickování, váleckování nebo kalibrace kritických míst odlitku. Vnitrní povrchy otvoru se zpevnují protlacováním tmu nebo kulicky. Dále jsou využívány vhodné tepelné ci chemicko-tepelné úpravy, jako povrchové kalení, cementování nebo nitridování. Výrobci klikových hrídelu z litiny s kulickovým grafitem napr. uvádejí, že se jim temito opatreními darí zvýšit mez únavy až na trojnásobek. Pro nárocné odlitky ze slitin hliníku a titanu se osvedcilo izostatické lisování (HIP), pri kterém se mez únavy zvýší až o 50 % výrazným zpevnením povrchu odlitku. Dalším významným cinitelem ovlivnujícím náchylnost k únavovým lomum je prubeh napetí v soucásti, a tedy i její tvar a zpusob zatežování. Proto je treba mnohem více než 36
v prípade zatížení statického ci namáhání rázy usilovat o potlacení špicek napetí, které snižují životnost dílu až o nekolik rádu (obr 2.21 a 2.22).
rrrr I 8I 601 000
270 000
cyklu do lomu:
1 850 000
5 900 000
Obr. 2.21. Vliv tvaru napojení sten odlitku na životnost cyklicky namáhaného
-.
LC
spoje
= 85 160 120 150MPa MPa M Pa
~
Obr. 2.22 Vliv tvaru klikového hrídele na mez únavy Základní požadavky na konstrukci dílu z hlediska cyklického namáhán~ a únavy, které je možno u odlitku splnit casto snáze než u dílu vyrábených jinými technologiemi, lze shrnout do následujících pravidel: • Usilovat o rovnomerné zatížení všech dílu konstrukce (dimenzovat na "rovnomernou totu silocar").
hus-
• V ést zatížení více paralelními cestami stejné tuhosti /poddajnosti (obr. 2.23). • Používat symetrická konstrukcní usporádání (obr. 2.24), nezbytná nesymetrická usporádání dostatecne "predimenzovatlt• • Dle možností se vyhýbat tahovému namáhání a dvouosé ci tríosé napjatosti. • Nespojovat díly v místech nejvyšší koncentrace napetí. • Vyhýbat se kombinovanému
namáhání, napr. kombinacím tah - otlacení, apod.
• Brát ohled na teplotní roztažnost a napetí vznikající pri strídavém ohrevu a ochlazování dílu.
37
• Usilovat o stejnomernou tlouštku sten a pozvolné prechody, vyhýbat se náhlým zmenám prurezu i tuhosti (momentu setrvacnosti i prurezových modulu). • Vyztužovat místa, kde bude soucást nejvíce zatížena (príruby, kraje otvoru a sten, místa pro šrouby a ložiska, apod.). • Zaoblovat nejen kouty (kde se obtížne dosahuje kvalitní povrch a vznikají špicky napetí), ale i hrany pro zajištení rovnomerného chladnutí. • Vhodnou tuhostí nebo volbou materiálu omezit kmitání. • Umožnit dosažení hladkého povrchu (nejlépe již vhodnou technologií lití). • Usilovat o co nejnižší hodnoty tahových zbytkových vnitrních pnutí. • Usilovat o dosažení tlakových zbytkových pnutí v povrchové vrstve. • Usilovat o snížení výskytu vnitrních vad, strukturních nehomogenit a výrobních odchylek. U odlitku se muže nepríznive projevit již napr. výskyt zateklin v delící rovine a podél známek jader v podobe strukturních heterogenit nebo poškození povrchu odlitku pri jejich odstranování (obr. 2.25), zejména jedná-li se o místa s vysokou intenzitou napetí za provozu. • Usilovat o eliminaci poškození povrchu opotrebením a korozí. • Omezit nebezpecí poškození, deformací a vnesení pnutí pri cištení, opravách, obrábení, tepelném zpracování, manipulaci a montáži.
" , méne vhodné
Vhodnejší
méne vhodné
Obr. 2.23 Rozložení zatížení užitím více šroubu
vhodnejší
Obr. 2.24 Umožnení symetrického namáhání
"'~r-b'* delící rovina
méne vhodné
vhodnejší
méne vhodné
vhodnejší
Obr. 2.25 Opatrení k odstranení strukturní heterogenity a zateklin v kritických místech
38
.~_.
2.4 Zásady konstrukce odlitku litých do pískových forem S ohledem na velkou prizpusobivost technologie a nízké náklady je prevážná vetšina v soucasnosti vyrábených odlitku lita do pískových forem. Tato technologie má radu variant l~šících se zejména provedením a jakostí modelového zarízení, typem použitého pojiva a zpusobem zhutnování (vytvrzování) forem a jader. Umožnuje zhotovovat hospodárne odlitky i velmi složitých tvaru, od kusové až po velkosériovou výrobu. Její použití. má však i svá omezení daná vlastnostmi formovacích materiálu a podmínkami pri plnení forem a tuhnutí odlitku. Tak napr. nejlevnejší zpusob výroby forem ze smesí s jílovým pojivem na syrovo nelze použít pro odlévání težkých, znacne složitých nebo jemne žebrovaných odlitku a ani pro výrobu bežných jader. Smesi s anorganickými pojivy obecne zvyšují potíže pri cištení odlitku, zejména jsou-li použity pro vytvárení hlubokých drážek a složitých dutin. Zásady pro usnadnení výroby modelového zarízení, forem a jader Úplný výcet jednoznacných pravidel pro konstrukci odEtku s ohledem na usnadnení výroby modelového zarízení, jader a forem nelze stanovit vzhledem k široké škále typu modelových zarízení a výrobních postupu, které se dnes ve slévárnách používají. Pro radu z nich jsou charakteristické urcité zvláštnosti. Nekteré zásady si také protirecí, nebot' zjednodušení konstrukce modelového zarízení prináší casto na druhé strane zvýšení pracnosti pri výrobe forem a naopak. Proto v rade prípadu vyžaduje hledání optimálního rešení hlubokou znalost slévárenské technologie a podrobnou kalkulaci nákladu (vcetne nákladu na obrábení), pri níž je nutno zvažovat i požadovanou jakost a predpokládaný 'objem výroby. Takovéto rozbory jsou pochopitelne nákladné, casove nárocné a vyžadují spolupráci rady odborníku. V první fázi návrhu odlitku je doporucováno vycházet z následujících zásad, které mají pomerne velmi širokou platnost. Tvar odlitku • Odlitek má být sjednocením pokud možno jednoduchých geometrických teles, kde prevládají rovinné a válcovité plochy. Tam, kde však je tvarová složitost nezbytná pro zajištení funkce dílu (napr. díly cerpadel a kompresoru, lopatky turbín, lodní šrouby, armatury apod.), bývá dávána prednost získání požadovaného tvaru bez potreby obrábení, pokud vyhovuje dosahovaná presnost a drsnost povrchu odlitku. • Pocet vystupujících a vpadlých cástí na povrchu odlitku má být co nejmenší. Každá technologie výroby forem dává v tomto ohledu specifická omezení závislá predevším na dosahované pevnosti formy (pred litím i pri styku se žhavým kovem), ale i na orientaci výstupku ve forme. Príklad takovýchto omezení pro odlitky lité do bežných syrových forem uvádí obr. 2.26.
d ;:::3 mm d ;:::h
d ;:::3 mm d ;:::h
d ;:::50m 0,3 d ;:::h
d ;:::50 mm d ;:::h
Obr. 2.26 Omezení vystupujících a vpadlých míst odlitku litých do syrových forem
39
IIi-I:"-=·
==:II~;:;~
Potrebné výstupky dutiny a žebra mají být orientovány kolmo k predpokládané delící rovine formy (obr. 2.31). V prípade potreby se však nevhodne orientované výstupky dají vytvorit za pomoci volných cástí modelu nebo jader (obr. 2.27), ovšem za cenu zvýšených nákladu a casto i na úkor presnosti odlitku. Výhodnejší je protažení techto výstupku až do delící roviny nebo úprava tvaru odlitku. Podobne se mají smerem k delící rovine pokud možno rozširovat i otevrené dutiny v odlitku (obr. 2.28).
použití nepravého jádra
použití volné cásti modelu
optimálnlrešenL. s protažením výstupku
Obr. 2.27 Konstrukce výstupku z hlediska formování
použití jádra
použití volné cásti modelu optimální recení rešení Obr. 2.28 Konstrukce odlitku z hlediska formování
• Pri volbe tvaru odlitku je treba pamatovat na to, aby pocet jader (a tím i jaderníku) a dílu formy byl co možná nejmenší. Napr. k vytvorení odlitku na obr. 2.29 a je nutná forma složená ze trí cástí a jednoho jádra nebo dvou cástí a trí jader - 2.29 b. Zjednodušením konstrukce podle obr. 2.29 c je možno vnejší dve jádra (a odpovídající jaderníky) ušetrit a konstrukce podle obr. 2.29 d již nevyžaduje jádro žádné .
.~
c
b
a
Obr. 2.29 Možnosti snižování poctu dílu formy úpravou tvaru odlitku
40
------
d
• Je-li však nezbytné vytváret dutinu v odlitku pomocí jader, bývá možné Vytvorit pomocí techto jader i prípadne potrebné výstupky a žebra, které je pak vhodné orientovat smerem dovnitr (obr. 2.30).
méne vhodné
vhodnejší
Obr. 2.30 Konstrukce odlitku s ohledem na snížení poctu jader • Potrebné výstupky a žebra mají mít co nejmenší výšku, co nejmenší pomer výšky k šírce a co nejvetší vzdálenost mezi sebou navzájem. Podobne jako v prípade výstupku jsou mezní hodnoty závislé na konkrétní technologii výroby forem. Pri odlévání menších litinových odlitku do pískových forem ze speciálních formovacích smesí (Croningova metoda) je napr. možno odlévat žebra s minimální strední tlouštkou pouze zhruba 2,5 mm pri výšce žeber do 20 mm a mezere mezi nimi 2,5 mm. • Žebra musí být opatrena dostatecným úkosem (min 2 až 3°) a orientována pokud možno kolmo na delící plochu formy (obr. 2.31). • Potrebný pocet jader (a jaderníku) má být co nejmenší a jejich tvar má být co nejjednodušší s ohledem na plnení a rozebírání jaderníku. Vyšší pocet jader a jejich vyšší složitost je však možno pripustit tam, kde to prinese zjednodušení konstrukce modelu a snížení pracnosti pri formování. • Tvar odlitku má umožnovat snadné vyjímání modelu z formy v delící rovine. Pro overení správnosti volby delící roviny složitých odlitku je možno použít ,,metodu stínu", podle níž místa na odlitku, která zustávají po osvetlení odlitku ve smeru kolmém na predpokládanou delící rovinu ve stínu, budou bránit vyjmutí modelu z formy (obr. 2.31). Není-li možno konstrukci upravit, budou muset být použity technologické prídavky, volné cásti modelu nebo vnejší (nepravá) jádra.
nevhodné konstrukce
vhodnejší konstrukce Obr. 2.31 Použití metody stínu k posouzení možnosti snadného vyjímání modelu
41
• Složité díly muže být výhodné rozdelit na nekolik cástí, které se odlijí samostatne a dodatecne svarí nebo sešroubují. Pri tom lze navíc kombinovat ruzné materiály nebo odlitky s tvárenými polotovary . • Konstrukce odlitku musí prihlížet k predpokládané sériovosti výroby. Náklady na zhotovení modelového zarízení predstavují zejména v kusové a malosériové výrobe velmi výraznou položku v celkové cene odlitku. Proto tu prevládá snaha konstruovat odlitky predevším s ohledem na jednoduchost modelu i za cenu zvýšené pracnosti pri formování a vetšího objemu obrábení. Nepredlévají se casto ani vetší otvory, volí se jednodušší tvary, vetší tlouštky sten a vetší prídavky na obrobení slouží i k vyrovnání výrobních nepresností. Ve velkosériové a hromadné výrobe je naopak žádoucí snižovat hmotnost odlitku a pracnost pri výrobe jader, forem a dokoncujících operacích vcetne obrábení. Proto se tu vyplácejí složitejší a nákladnejší modelová zarízení, která umožnují zvýšit produktivitu výroby i jakost odlitku. Minimalizuje se spotreba materiálu i prídavky na obrábení a vyžaduje se proto i vyšší presnost modelu a formy. Z techto duvodu je pak volena zpravidla propracovanejší a nárocnejší konstrukce odlitku a tím i modelu. Delení modelu a forem • Konstrukce odlitku má brát ohled na potrebu delení formy. Delící plochy modelu a formy mají být pokud možno rovinné. V opacném prípade vzrustají náklady na zhotovení modelového zarízení i pracnost pri výrobe formy a roste i nebezpecí nedodržení presných rozmeru odlitku. Nevhodne navržené odlitky vyžadují formování do více než dvou rámu, složité delení modelu na více cástí, používání tvarovaných podložek pri formování nebo vyšší pocet jader (obr. 2.32). Delení forem pri tom bývá nejvýhodnejší navrhovat tak, aby dva nejvetší navzájem kolmé rozmery odlitku ležely v delící ploše (tj. aby forma byla co nejnižší s ohledem na úkosy, tlak kovu a spotrebu formovacího materiálu).
nevhodná konstrukce vyžadující podkládání modelu pri formování
nevhodná konstrukce odlitku vyžadující použití jádra
optimální konstrukce z hlediska formování
Obr. 2.32 Konstrukce odlitku s ohledem na delení modelu a formy • Delení formy na více cástí je jedním z hlavních zdroju nepresností odlitku. Proto má být delící plocha formy volena tak, aby plochy, u nichž záleží na dodržení jejich presné polohy, byly vytváreny jednou cástí formy (obr. 2.33). Obdobne nemají být delící rovinou protínány plochy, u nichž záleží na plynulosti jejich tvaru.
42
Obr. 2.33 Vliv polohy delící roviny na presnost odlitku Úkosy • Pri návrhu odlitku urceného k výrobe bežnými technologiemi je treba pocítat s tím, že model (i jaderníky) je nutné opatrit úkosy umožnujícími vyjímání modelu a jeho cástí z formy (a jader z jaderníku). Používání modelu bez úkosu totiž umožnují jen nekteré speciální technologie, napr. vakuové formování nebo metody vytavitelného a spalitelného modelu. Úkos nemá být opomenut ani na velmi malých plochách kolmých na delící rovinu (obr. 2.34), a to zejména u odlitku urcených pro sériovou výrobu, kdy již malé nedokonalosti zpusobují poškozování forem pri vyjímání modelu a zvýšení pracnosti pri dohotovování forem.
méne vhodné
vhodnejší
Obr. 2.34 Opomíjené úkosy na malých plochách • Doporucované hodnoty slévárenských úkosu dle CSN EN 12890 z roku 2001 uvádí tab. 2.13. V praxi se navíc používané úkosy prizpusobují jakosti povrchu modelového zarízení, používaným delícím prostredkum nanášeným na modelové zarízení, plasticnosti formovací smes~ technologii výroby forem (jader) a zpusobu vyjímání modelu (jader). Napr. u drevených modelu bežne postacují na vnejších plochách odlitku úkosy 1,5° (tj. zhruba 25 mm1m ci 1:40). Vnitrní povrchy (otvory, mezery mezi rovnobežnými stenami apod.) však vyžadují zvetšení úkosu, napr. až na 3°. Nejvetší úkosy vyžadují mezery mezi blízkými žebry a Wuboké dutiny (kapsy) na povrchu odlitku. Naopak úkos muže být zmenšen, je-li model vyroben kvalitne z kovu ci plastu a je-li užito strojní formování s možností presného vedení pri uvolnování modelu. • Pokud je z hlediska funkce odlitku úkos dané steny odlitku neprípustný, je možno takovouto plochu vytvorit za cenu zvýšené pracnosti a nákladu, napr. pomocí deleného modelu, nepravých jader, stíracího hrebene nebo spalitelného modelu.
43
Tab. 2.13 Slévárenské úkosy modelu a jaderníku dle CSN EN 12890, údaje uvádeny v mm vázané Rucní formování vázané formování Hlinité Rucní + formování formování smesi 1324,0 1,0 2,0 3,0 3,5 Hluboké 1,0 na každých dalších Ukos T 250 1,5 3,0 4,0 2,5 1,0 2,5 3,0 2,0 2,0 3,0 Strojní Strojní 2,0 1000mm mmvýšky výšky povrchy 1 < H/W C smesi smesi hemicky
chy 1 ~ H/W
Dutiny • Dutiny v odlitcích mají mít pokud možno jednoduchý tvar. Ideální jsou melké široké dutiny, které se postupne rozširují k delící ploše formy s úkosem min. 30. Ty je potom možno vytváret pouze výstupkem jedné cásti formy bez použití jader (obr. 2.26 a 2.28). • Je-li dutina v odlitku vytvárena pomocí jádra, pak bývá vhodné pomocí tohoto jádra vytváret žebra a místní zesílení odlitku, pokud to prinese snížení poctu vnejších jader, jednodušší konstrukci modelu nebo snížení pracnosti pri formování (obr. 2.30).
i
• Tvar dutin je treba volit s ohledem na možnost plnení jaderníku a vyjímání jader. Navíc mají mít jádra jednu vetší rovnou plochu umožnující jejich ukládání behem výroby a skladování. • Tvar jader musí umožnit jejich snadné založení do dutiny formy. Nejsnáze se zakládají jádra se šikmými stenami, zatímco bocní výstupky mohou zakládání znemožnit (obr. 2.35).
;w[---- .. •.~.,
LlJ: . I ....."
::::.~~;:~t::{X;·tE.~:;:i:~1;~;~~·~JtW~ tvar dutiny znemožnující založení jádra
vhodnejší rešení
Obr. 2.35 Volba tvaru dutin v odlitku s ohledem na možnost zakládání jader • Dostatecne velké a vhodne umístené otvory ve stenách odlitku musí umožnit bezpecné a pevné uložení jader (posunutí a pruhyb jader bývá totiž jednou z hlavních prícin zmetkovitosti, hlavne u tenkostenných odlitku), a to nejen pro zachycení váhy jádra, ale i vztlaku tekutého kovu pusobícího na jádro . • Zejména delší vodorovná jádra musí být možno upevnit na obou koncích, prípadne i uprostred (obr. 2.36) pro zachycení vztlakové síly.
44
• Jádra ve vodorovných jednostranne otevrených dutinách lze zajistit podperkami, které zustanou zality v odlitku. Pak ovšem hrozí nebezpecí, že odlitek nebude dostatecne tesný.
nedostatecné zajištení proti vztlaku
vhodnejší rešení
vhodnejší rešení
vhodnejší rešení
Obr. 2.36 Zajištení polohy jader v dlouhých dutinách I
Dutiny v odlitku mají ústit na povrch otvory umístenými pokud možno v delící rovine fonny. Tím se umožní snadné zakládání jader a zajištení jejich polohy sevrením mezi spodní a horní cástí fonny. Leží-li ústí dutin mimo delící rovinu, jsou pro uložení jádra potrebná další pomocná jádra (obr. 2.37).
Obr. 2.37 Vytvárení dutin ústících na povrch odlitku mino delící rovinu • Jádra v dutinách ústících pouze v horní cásti odlitku je možno zavesit pomocí kovových výztuh nebo známek, presahujících obrys odlitku. Jádra v dutinách ústících pouze v dolní cásti odlitku je nutno zajistit proti vztlaku zalévanými podperkami, jehlami, svorkami nebo prilepením. I Nesymetrické dutiny mají ústit na povrch odlitku nejméne tremi otvory tak, aby byla poloha jádra dostatecne stabilní. • Pevnejší a presnejší uložení jader je možno v nekterých prípadech dosáhnout rovnez propojením dutin v odlitku tak, aby je bylo možno vytváret jediným spolecným jádrem (obr. 2.38).
45
Obr. 2.38 Zvýšení presnosti odlitku vzájemným propojením jeho dutin • Pro zajištení dobré presnosti odlitku je treba volit tvar a polohu dutin tak, aby potrebná jádra bylo možno zakládat pouze do jedné poloviny formy, a to pokud možno do spodní. • Složité dutiny je doporucováno vytváret pomocí vetšího poctu jednodušších v prípadech kdy:
jader zejména
- dílcí jádra mohou být shodná, - výrazne se zjednoduší konstrukce jaderníku, - sníží se pracnost pri výrobe jader a forem, - sníží se spotreba jádrové smesi. • Je treba umožnit únik plynu z jader dostatecne velkými otvory ve stenách odlitku (známkami jader). Celkový minimální prurez plochy otvoru ústících na povrch dutých odlitku Sminmá být volen v závislosti na objemu dutiny v odlitku V. Doporucuje se napr. vyžívat vztahu Smin
= (0,3 až 0,6)
V2l3
• Dostatecná velikost otvoru ve stenách dutých odlitku a jejich vhodné umístení musí také umožnit snadné odstranení zbytku jader ze ztuhIého odlitku. • Dutiny v odlitku nemají mít ostré kouty ani úzké protáhlé nebo zaslepené kapsy, v nichž dochází k zapékání formovací smesi. • Ústí dutin na povrch odlitku má mít kruhový, oválný nebo dostatecne zaoblený prurez. Doporucuje se rovnež kraje otvoru v namáhaných cástech odlitku zesílit, a to u velkých otvoru o 50 až 75 % a u malých otvoru až o 100 % tlouštky steny odlitku (obr. 2.39).
Obr. 2.39 Doporucovaná ústí dutin v odlitcích
46
Otvory ve stenách Slévárenská technologie nabízí možnost vytváret otvory nejenom kruhového, ale napr. i oválného, obdélníkového, elipsovitého, šestihranného apod. prurezu bez výrazného zvýšení pracnosti pri výrobe modelového zarízení i forem. Navíc mohou být snadno odlévány otvory s kuželovitým ci odstupnovaným prurezem, otvory se zakrivenou osou dokonce i složite rozvetvené kanály . • Velké otvory se predlévají vŽdy, nebot se tím vylehcuje konstrukce, omezuje nahromadení materiálu, predchází nebezpecí vzniku staženin a redin, a tím i snižuje potreba nálitkování. • Otvory v odlitcích s prícným rozmerem menším než je tlouštka steny odlitku se však odlévají obtížneji. Pri použití keramických jader, je však možno predlévat otvory již zhruba od prumeru (resp. tlouštky) zhruba 1,5 - 2 mm. Pri tom však ale ·výrazne rostou nároky na výrobu jader a cistení odlitku. Znacne obtížne (s ohledem na pevnost jader a cištení odlitku) se pak predlévají pruchozí otvory, jejichž délka presahuje šestinásobek prumeru a nepruchozí otvory, jejich délka presahuje dvojnásobek prumeru . • Pri rozhodování o tom, zda bude vhodnejší otvor predlévat ci obrábet, rozhoduje rada faktoru, pri cemž hlavním z nich bývá hospodárnost a dosažení požadované kvality. Pri výberu optimální varianty je treba vycházet zejména z: nákladu na zhotovení jaderníku, uvažovaného poctu odlitku, úspor pri obrábení (dle tvaru otvoru a obrobitelnosti materiálu), požadavku na presnost a drsnost . • Krátké válcové otvory v bežných odlitcích se v sériové výrobe vyplácí predlévat zhruba od prumeru 20 mm výše. Orientacne se rovnež používají vztahy udávající hospodárnost predlévání der urcitého prumeru d v závislosti na jejich hloubce (délce) h: pro ocel pro ostatní slitiny
d ~ 0,4 h + 10 d ~ 0,3 h + 10
Dále je možno pri rozhodování o predlévání otvoru vycházet z údaju v tab. 2.14. Tab. 2.14 Minimální prumery odlévaných otvoru v mm lití bežne 6-8 40 30 20 10 20 20 10-15 5- 20Kovové 80 velké bežne -lití 100 50 1512 30 10 12 15 2,5 -bežne 3malé Keramické 12,5 -1,5 -6tlakové 1,5 1,5 formy výjimecne formy Pískové formy odlitky gravitacní
• Uvádené hodnoty mezních rozmeru vycházejí z praktických zkušenosti, ale nejsou závazné. Jedná-li se napr. o otvory zakrivené, nekruhového prurezu nebo otvory v težce obrobitelném materiálu, je casto výhodné predlévat i otvory menší. Naopak v kusové výrobe muže být nehospodárné i predlévání otvoru splnujících uvedené vztahy.
47
• Nepredlévají se dále také: otvory otvory, otvory, otvory,
s presne tolerovanými roztecemi, které je nutno dokoncovat vrtáním, popr. vyhrubováním a vystružováním, jejichž predlití by ohrozilo zdraví odlitku (zmenšení prurezu, nezabehnutí), jejichž predlití by nadmerne zvýšilo náklady na cištení odlitku.
Rozhodující je však vždy dohoda mezi dodavatelem a odberatelem . • Protože u malých jader v masivních odlitcích dochází zejména pri lití oceli k zapékání formovací smesi, bývají mezní rozmery predlévaných otvoru rovnež odvozovány od množství kovu (tlouštky steny), který obklopuje jádro podle údaju na obr. 2.40. pruchozí otvory pro pro
d<2s 2s
I
nepruchozí otvory pro pro
d<2 s 2s < d < 3 s
1< 0,5 d 1<2 d
d
s
Obr. 2.40 Doporucené mezní délky otvoru ocelových odlitku odlévaných pomocí jader • U protáhlých vodorovných otvoru malých prurezu je s ohledem na vztlakovou sílu pusobící na jádra omezena jejich délka pri uložení v protilehlých známkách podle obr. 2.41. U otvoru nepruchozích se tyto hodnoty zmenšují na polovinu až tretinu. pro tenkostenné odlitky z težkých slitin I < 10 d . pro silnostenné odlitky z težkých slitin I < 3 d pro tenkostenné odlitky z lehkých slitin I < 12 d pro silnostenné odlitky z lehkých slitin I < 4 d
Obr. 2.41 Omezení délky pruchozích vodorovných otvoru • Otvory s osou kolmou na delící rovinu je možno v nekterých prípadech odlévat i bez použití jader (a tedy i bez potreby výroby jaderníku) pouze pomocí výstupku v jedné ci obou polovinách formy (obr. 2.42). Toto zjednodušení je však možno použít pouze u krátkých otvoru vetšího prurezu opatrených dostatecným úkosem. Mezní rozmery pri tom závisí na použité technologii výroby forem. U odEtku formovaných na syrovo je napr. obvykle požadován slévárnou prumer otvoru d ~ 50 (výjimecne 25) mm, maximální délka I < d (výjimecne pri zvetšeném úkosu 2d) a úkos steny otvoru minimálne 30. Hrany a kouty pri tom mají být zaoblené. U otvoru tvorených protilehlými výstupky horní a spodní cásti formy je pri tom však treba pocítat s nebezpecím presazení a potížemi pri odstranování (casto obtížne prístupných) zateklin. Tato opatrení vyžadují zpravidla model zhotovený z plastu nebo kovu a peclivou práci pri výrobe forem . • S ohledem na výše zmínenou možnost odlévání vetších a krátkých otvoru bez potreby jader se doporucuje orientovat méne významné otvory (odlehcující, montážní, vetrací apod.) osou kolmo na delící rovinu a opatrovat je dostatecne velkými úkosy.
48
:ýkres
:cllitek se zateklinami
Obr. 2.42 Vytvárení otvoru v odlitcích pomocí výstupku formy • Okraje otvoru v tenkých stenách se doporucuje zesilovat na zhruba dvojnásobek steny podle obr. 2.12 a 2.39. • Predevším pri lití otvoru v odlitcích Zalévání trubicek mazacích kanálku)
tlouštky
slitin hliníku do kovových forem se rovnež využívá možnosti vytvárení pomocí zalitých vložek, které mohou být prípadne již opatreny závitem. je dále vhodné pro vytvárení dlouhých otvoru malého prumeru (napr. v litinových odlitcích, které se obtížne vyvrtávají.
Zaoblení hran odlitku Hrany a rohy odlitku se pokud možno zaoblují. Duvodu k tomuto opatrení je nekolik: omezení poškozování hran modelového zarízení pri manipulaci a formování, usnadnení pohybu smesi pri formování a tím umožnení jejího rovnomerného i v místech, kde má model znacné výškové rozdíly, zvýšení odolnosti formy proti porušení, usnadnení presného zaplnení koutu formy tekutým kovem, vyrovnání rychlosti chladnutí k získání rovnomerné struktury, omezení nebezpecí zranení pri manipulaci s odlitkem, zlepšení prilnavosti prípadných povlaku, získání pritažlivejšího vzhledu odlitku.
zhutnení
Z výše uvedených duvodu se na neobrábených plochách volí polomery zaoblení co možná :.ejvyšší. V míste styku ploch, kde po obrobení má vzniknout ostrá hrana, bývají voleny :olomery zaoblení odlitku menší než príslušné prídavky na obrábení, aby se potlacil vliv ~~padných úchylek rozmeru a tvaru hrubého odlitku, které mohou zmenšit predpokládanou ::ouštku vrstvy odebíraného materiálu. Polomery zaoblení mají být voleny prednostne v rade: 1,0 - (1,2) - 1,6 - (2,0) - 2,5 - (3,0) - 4,0 - (5,0) - 6,0 - (8,0) - 10- ... Ostré hrany se však naopak na odlitku obvykle užívají tam, kde by vedly k potrebe výroby 3ložitejšího modelového zarízení nebo zvýšily výrazne pracnost pri formování. To se týká 2apr. hran v delící rovine (pro umožnení vyjímání modelu) nebo v míste vyústení jader na :::ovrch odlitku (pro zjednodušení tvaru jader). V prípade potreby se tyto hrany srážejí pri :okoncovacích úpravách odlitku.
49
Zásady konstrukce odlitku s ohledem na plnení formy
Optimální zpusob a rychlost lití urcují technologové a podle toho také navrhují vtokovou soustavu. Její provedení je možno prizpusobit i znacne složitým odlitkum, a proto tato fáze technologického procesu konstrukci odlitku výrazne neovlivnuje. Presto však dochází pri plnení formy tekutým kovem k jevum, které by mel konstruktér zvážit a návrh odlitku jim prizpusobit, aby potlacil nebezpecí vzniku nekterých vad zpusobených predevším predcasným ztuhnutím slitiny nebo neumožnením odvodu plynu . • Z hlediska slévárenské technologie hrozí v príliš tenkých stenách nezabehnutí nebo vznik zavalenin. U grafitických litin tu vzniká navíc nebezpecí zákalky zhoršující mechanické vlastnosti a obrobitelnost. Zabíhavost slitin ovlivnuje rada faktoru, jako napr. složení a fyzikální vlastnosti slitiny, naplynení, cistota apod. Významnou roli hrají ale i vlastnosti formy (fyzikální vlastnosti, prodyšnost, drsnost, teplota) a podmínky lití (licí teplota, tvar odlitku, moduly jednotlivých cástí odlitku, zaústení vtokové soustavy, prutocnost jednotlivých míst odlitku, odvod plynu z formy apod.) . • Nejmenší doporucované tlouštky sten odlitku jsou závislé predevším na typu slitiny a zpusobu lití. Minimální hodnoty (uvedené v tab. 2.15 nebo na obr. 2.43) jsou však dosažitelné pouze za optimálních podmínek, a navíc ne v celém rozsahu odlitku - nejsnáze napr. u tenkých krátkých žeber vystupujících ze silnejší cásti odlitku a míst v blízkosti zaústení vtokové soustavy. Proto pri volbe tlouštek sten pri spodní hranici uvádeného rozsahu je treba konzultovat s technology zpusob lití. Tab. 2.15 Doporucované hodnoty minimálních tlouštek sten odlitku 6712 strední 60,5 5-8 3-5 -velké -0,8 10 modelu 3-6 12 42,0 8---4,0 63-6 4-6 -4Metoda 8gravitacne 10 15 -2,5 -12 -17 30 25 tlakove 40 6-:-9 05-2 1,5 , . 10 0,3 -42,5 1,52,5 --10 53 odlévané 1,5 3,0 .3-5 0,5 - 2 0,5 - 2,0 vytavitelného odlitky Kovové Pískové2 formy
• Protože se tavenina pri postupu formou ochlazuje, jsou tlouštky sten potrebné pro dobré zabehnutí závislé i na dobe plnení formy, tedy i rozmerech odlitku (obr. 2.43). • Pro zlepšení zabehnutí se u vetších ploch doporucuje používat prubežná žebra, která vytvorí kanály usnadnující rychlé zaplnení celého odlitku. • U odlitku, kde je malá tlouštka sten jedním z klícových požadavku, je treba podrídit tomuto cíli i volbu. materiálu, a to casto na úkor jiných vlastností. Z litin vynikají dobrou zabíhavostí napr. eutektické až nadeutektické litiny se zvýšeným obsahem fosforu, u nichž jsou dosažitelné tlouštky kolem 2 mm. Naopak pevnejší podeutektické litiny s lupínkovým grafitem mají zabíhavost horší, a navíc vykazují v malých tlouštkách sten zvýšený sklon k metastabilnímu tuhnutí.
50
1,0
E E
>.
c 30
'01
ti
~o
.'§ 20
2
;~ ~ 10
z
Q;'
o
50
100
500
Nejvetší rozmer odlitku
1000
5000
mm
Obr. 2.43 Vliv rozmeru odlitku na nejmenší dosažitelné tlouštky sten • Je treba pamatovat na odvod plynu z dutiny formy, výstupku formy obklopených kovem a zejména z jader. Proto musí mít odlitky v nejvyšších místech vhodné plošky pro usazení výfuku nebo nálitku. Dutiny odlitku mají vyústovat na povrch odlitku dostatecne velkými otvory a to nejlépe v horní cásti odlitku (obr. 2.44) pro umožnení odvodu plynu známkami jader.
g///m'1m/m//~· nevhodné
vhodnejší
a
b
c
Obr. 2.44 Konstrukce odlitku s ohledem na plnení forem a odvod plynu pri lití • Obtížne se dosahuje dobrá kvalita odlitku v rozsáhlých vodorovných stenách, kde kov stoupá velmi pomalu, rozlévá se nepravidelne a pri tom rychle chladne. Takovéto plochy mají být zešikmeny nebo vzklenuty (obr. 2.44b). ?oznámky k volbe tlouštky steny odlitku: Tlouštky sten odlitku jsou zpravidla navrhovány v závislosti na zpusobu namáhání, požadované pevnosti a tuhosti. Prihlížet je však nutno v nekterých prípadech i ke korozním úbytkum, opotrebení a prídavku na obrábenÍ. Príliš silné steny zvyšují nebezpecí vzniku staženin, segregací, zhrubnutí zhoršení mechanických vlastností a vzniku znacných vnitrních pnutí. U odlitku vyžadujících podperky jader se doporucuje používat tlouštky sten: 6 - 8 - 10- 12 - 14 - 16 - 18 - 20 - 22 - 25 - 28 - 32 - 36 - 40 mm
51
struktury,
Zásady konstrukce odlitku s ohledem na stahování pri tuhnutí Objemové zmeny pri tuhnutí slévárenských slitin jsou doprovázeny vznikem staženin a redin v odlitcích. Jejich velikost, charakter a poloha závisí predevším na typu slitiny a teplotním poli tuhnoucího odlitku. Spolupusobí i nekteré další faktory jako napr. gravitace, licí teplota, tvar, pevnost, tepelne-fyzikální vlastnosti a objemové zmeny formy, tlak a proudení kovu, kapilární síly, odmešování apod. Pro zabránení vzniku uvedených vad jsou odlitky opatrovány nálitky, jejichž velikost volí technolog predevším s ohledem na typ použité slitiny a objem odlitku. Vhodné umístení nálitku se pak urcuje podle tvaru a rozmeru odlitku tak, aby mohly dosazovat tekutý kov do celého odlitku behem smrštování pri tuhnutí. I když se na první pohled muže zdát, že návrh nálitku je ryze technologickou záležitostí, je treba se otázkou volby materiálu a vhodného tvarování odlitku s ohledem na objemové zmeny pri tuhnutí zabývat již pri konstrukci dílu, a to jak z hlediska vytvorení podmínek pro potlacení staženin a redin, tak i s ohledem na hospodárné využití kovu a snížení pracnosti pri dokoncovacích úpravách odlitku. Zejména je treba dbát následujících zásad: • Volit dle možností prednostne slitiny s malým objemovým smrštováním 2.16), napr. dávat prednost grafitizujícím litinám pred ocelí.
13
[%]
pri tuhnutí (tab.
Tab. 2.16 Pomerné velikosti staženin a oblasti pusobnosti nálitku pro deskovité odlitky Pomerná 1-6 velikost 3-7 2-5 3-6 4-7 3-7 0-2 3-5 . 2-5 :l) 0-6 (3 až (3 (2Oblast až 10).t 9).t pusobnosti (5 lO).t (10 až4,5).t 20).t nálitku (5 3) Typ slitiny
1)
Uhlíkový ekvivalent litin vyjadrovaný vztahem CE = % C + 0,33.(% Si + % P) vyjadruje vliv chemického složení na zpusob tuhnutí a vlastnosti litin. Pri malých hodnotách CE dosahují litiny s lupínkovým grafitem vyšších pevností, ale na druhé strane mají vyšší sklon ke vzniku staženin.
2)
U litin s kulickovým grafitem je sklon ke vzniku stažen in silne závislý na rade technologických podmínek. Nálitky napr. nemusí být nekdy používány u tenkostenných dutých odlitku litých do pevných forem, zatímco plné objemné odlitky lité do forem na syrovo vyžadují nálitky znacne veliké.
3)
Potrebná minimální vzdálenost mezi sousedními náIitky nebo nálitku od kraje odlitku vyjádrená v násobku tlouštky steny odlitku .
• Volit pokud možno slitiny s úzkým intervalem tuhnutí (napr. mosazi místo cínových bronzu, eutektické slitiny místo podeutektických), které mají rozsáhlejší oblast pusobnosti nálitku a nižší sklon ke vzniku porezity zpusobené objemovými zmenami pri tuhnutí zbytku taveniny . • Minimalizovat tlouštky sten, místní nahromadení materiálu i celkový objem odlitku (obr. 2.50), tj. využívat odlehcení, vhodné profily, výztužná žebra a omezit pokud možno i požadavky na obrábení.
52
nevhodné
vhodnejší
nevhodné
vhodnejší
nevhodné
I/hodnejší
~~BI
~~a Obr. 2.50 Zmenšování objemu odlitku a potlacování velikosti tepelných uzlu
• Omezit pocet tepelných uzlu, tj. zesílených cástí odlitku, která tuhnou déle než místa sousední (obr. 2.50). Tato místa totiž budou vyžadovat nekteré z následujících opatrení: pripojení nálitku (je možné pouze na prístupných místech), použití vnejších chladítek (prináší však nebezpecí nedodržení struktury a odvarení), použití vnitrních chladítek (prináší však nebezpecí nehomogenity a netesnosti), použití izolacních obkladu v okolí tepelného uzlu, technologický prídavek ke spojení s jiným nálitkovaným tepelným uzlem (vede však ke zvýšení spotreby kovu a požadavku na obrábení). Protože výše uvedená opatrení vedle zvýšení nákladu (a casto nutnosti overení na zkušebních odlitcích) prinášejí i rizika výskytu nekterých vad, bývá vhodné dohodnout se o zpusobu ošetrení tepelných uzlu se slévárnou. Ta jinak postupuje podle svých zkušeností a u malých tepelných uzlu zpravidla ani žádná opatrení neprovádí. Proto musí odberatel upozornit výrobce na taková místa odlitku, kde není prípustná porezita a dohodnout s ním i otázky použití a odstranování technologických prídavku . • Omezit vepsané uzlu na povrchu
velikost tepelných uzlu, která bývá zjednodušene posuzována prumerem koule do príslušného místa odlitku (obr. 2.51). Presneji lze urcovat velikost tepelných základe modulu jednotlivých sekcí odlitku, tj. pomeru objemu k ochlazovanému M=V/Sochl. Tento vztah však neumožnuje stanovit modul nejcastejších tepelných 53
uzlu, kterými jsou spoje a prusecíky sten. Doby tuhnutí jednotlivých cástí odlitku pri tom bývají zhruba úmerné druhé mocnine prumeru vepsané koule, prípadne modulu a s dobou tuhnutí roste zpravidla i velikost staženin, které se v techto místech vytvárejí. Proto už i mírná zesílení vedou k výrazným zmenám prubehu tuhnutí a vzniku nežádoucích vad.
y wJJ Obr. 2.51 Zmenšování velikosti tepelných uzlu podle prumeru vepsaných koulí Pro zmenšení velikosti tepelných uzlu se doporucuje zejména: Rozložit vhodnou konstrukcí prusecíky trí a více sten odlitku, kde vznikají težko nálitkovatelné tepelné uzly (obr. 2.51). Nespojovat steny pod ostrými úhly menšími než 60°. V prípade potreby napojení pod menšími úhly se spoje upravují podle obr. 2.52. Volit co nejmenší polomery zaoblení v míste styku sten. S ohledem na potlacení vzniku trhlin a zapecenin jsou však v míste styku sten urcitá zaoblení nezbytná (obr. 2.53). Zaoblení koutu jsou žádoucí rovnež s ohledem na pevnost modelu a odlitku i klidné plnení formy. Velké polomery zaoblení však výrazne prodlužují dobu tuhnutí uzlu, a tím i nebezpecí vzniku staženin. Proto jsou optimální rešení techto míst kompromisem mezi výše zmínenými požadavky. Pro odlitky ze šedé litiny jsou uvedeny doporucené polomery zaoblení v prusecících sten v tab. 2.17. Obdobné se užívají i u ostatních odlitku.
__ ~~
~O. nevhodné
doporucené rešení
Obr. 2.52 Doporucovaná rešení prusecíku sten s ostrým úlem styku
54
nebezpecí vzniku staženin
nebezpecí vzniku trhlin
zpravidla postacující rešení
nejlepší rešení bez rizika vad
Obr. 2.53 Rešení styku sten odlitku
tlouštka
Tab. 2.17 Polomery vnitrních zaoblení odlitku ze šedé litiny podle CSN 01 4909:1955 Strední zaoblení I II sPolomer =I 0,5.(a+b) R = 0,5 1,5 s o, Úhel ex: [0] I R = 1,0 s I
Velikost polomeru se zaokrouhluje na nejbližší vyšší hodnotu normální rady polomeru: 1-2-3-4-5-6-8-10-12-16-20-25-32-40-50 mm. Na jednom odlitku se pri tom doporucuje volit polomery stejné . • Usilovat o takovou konstrukci odlitku, která umožní usmernené tuhnutí, tj. od vzdálených míst smerem k nálitkum. Pro splnení této podmínky se mají jednotlivé prurezy odlitku rozširovat k takovým místum odlitku, kam je možno umístit nálitky (obr. 2.54). U deskovitých odlitku probíhá na kraji tuhnutí rychleji a proto se v této tzv. koncové zóne odlitek rozširovat nemusí. Potrebný úkos, neboli "rychlost rozširování prurezu", smerem k nálitkum závisí predevším na typu slitiny a dále na tvaru a poloze odlitku. Obr. 2.55 uvádí jako príklad diagram pro volbu potrebných technologických prídavku ocelových desek. U odlitku z grafitizujících litin, které tuhnou z hlediska nálitkování výhodneji, se užívají prídavky výrazne menší nebo se dokonce toto opatrení nepoužívá. F-;""'"'--:""'I
II I I \
-'
I I
,...--,,\
I
'--
,"
Obr. 2.54 Rozširování prurezu odlitku pro zajištení usmerneného tuhnutí
55
I I I I ,.
'"
E <>
> '" C I.s: ;e .8' .x .~ oa.ca. <> "O
100 80 1.0 60
C---;i
[,- -- ~.~
~ /: I..\ \.~ II ••I f I t ,
E E E
60 .", ~
nálítek
---;-
: ",,'" •: II •.P I ,
staženiny
1)1
70
J;. .1ií
80
1::
90
>=
100
~
~
~
~
~
~~st~hm
Obr.2.55 Prídavky pro zajištení usmerneného tuhnutí ocelových desek • V jednodušších prípadech je možno pri konstrukci odlitku s ohledem na potlacení vzniku staženin vycházet z pravidla vepsaných koulí, podle kterého se mají koule vepsané do odlitku smerem k nálitku postupne zvetšovat (obr. 2.56). (Receno jinými slovy: Každou kouli vepsanou do odlitku musí být možno vytáhnout do nálitku.) Ve složitejších prípadech se vychází ze stanovení modulu jednotlivých cástí odlitku, které se obdobne mají smerem k nálitku zvetšovat. Tam, kde tvar odlitku vytažení koule neumožnuje, je treba prurez sten zvetšit o technologické prídavky (obr. 2.56 a 2.57). Spolehlivost techto metod se však snižuje s rostoucí složitostí odlitku (napr. dutinami, výstupky nebo žebry), která zpusobuje místní rozdíly v intenzite odvodu tepla do formy. U grafitizujících litin muže však být dusledné používání metody vepsaných koulí k potlacení malých tepelných uzlu až zbytecne prehnanou opatrností. Tyto litiny totiž mají jistou, tzv. samonapájecí schopnost (zpusobenou expanzí objemu v záveru tuhnutí pri vzniku grafitového eutektika), vzhledem k níž se casto v malých zesíleních prurezu staženiny netvorí.
nevhodné rešení (staženiny v prusecících sten a obtížne odstranitelný nálitek)
potrebná úprava tvaru s ohledem na nálitkování
optimální konstrukce s ohledem na nálitkování
Obr. 2.56 Použití metody vepsaných koulí • Výhodná je pro hledání optimálního tvaru i složitejších odlitku pocítacová simulace tuhnutí, kterou lze zobrazit vývoj teplotního pole v celé forme vcetne oblasti ocekávaného vzniku staženin a redin. Na základe jejích výsledku je pak možno upravovat tvar odlitku tak, aby byly zajišteny optimální podmínky pro dosazování kovu z nálitku do všech míst odlitku. V nekterých prípadech stací pro dosažení požadovaného postupu tuhnutí úpravy tvaru a tlouštek sten, které neovlivní funkci dílu (obr. 2.56 a 2.57), jindy je treba zmenit celou konstrukci odlitku.
56
/ J
, -, ,
j----I II I II I.
I
"\ ,-.
-
...
I I
:
--,
-,I I
I
II '"I
;------, I I II
II
I
I
J
'I
I
I
\
I
\
----'"
Obr. 2.57 ~pravy tvaru odlitku pro zajištení usmerneného :uhnutí
I
I
• Konstrukce odlitku má nabízet i vhodná a snadno prístupná místa pro pripojení nálitku. Ty se obtížne usazují napr. na šikmých a zakrivených plochách. V místech pripojení masivních nálitku na tenké steny se casto tvorí trhliny. Tomu lze predcházet vytvorením dostatecne velkých vodorovných plošek na povrchu odlitku s pozvolným ci zaobleným prechodem do steny odlitku (obr. 2.58).
r----' I I
r----' I I
I
I
I
I I
I I
, I
I
r---, I I
,- ----""'I
I I
II
I
I I
I
I II
I
I I
I
I I I I
I
.r//~//~///~ nevhodné
~
~
vhodnejší
~
nevhodné
vhodnejší
Obr. 2.58 Úpravy tvaru odlitku s ohledem na možnost pripojení nálitku
Zásady konstrukce s ohledem na smrštování
pri chladnutí odlitku
Objemové zmeny chladnoucího odlitku po ztuhnutí, jejichž prícinou je teplotní roztažnost a prípadné fázové premeny slitiny, se projevují nejen zmenami všech rozmeru (na které se bere zretel volbou vhodných prídavku na smrštení pri výrobe modelového zarízení), ale i vznikem pnutí, která cástecne zustanou jako pnutí zbytková i ve vychladlém odlitku. Tam se projevují snižováním jeho únosnosti a dále i prípadnými zmenami jeho tvaru behem obrábení nebo tepelného zpracování. Dalším pruvodním jevem smrštování bývají deformace odlitku (zmeny tvaru oproti tvaru modelu), prípadne i vznik trhlin a prasklin. Nežádoucí projevy smrštování pnutí v odlitcích:
mají dve základní príciny podle nichž jsou klasifikována
Vnejší pnutí v odlitcích vzniká úcinkem vnejších sil (tlak, gravitace, odstredivá síla apod.). Pri tuhnutí a chladnutí odlitku se však jedná predevším o tlak vyvolaný odporem formy a jader proti smrštování odlitku. Proto se tato pnutí oznacují též jako smrštovací nebo tepelne mechanická. Jsou zpravidla tMová a zanikají po rozpadnutí jader a uvolnení odlitku z formy. Prestože se jádra i formy pro složité odlitky zpravidla zhotovují z dobre rozpadavých formovacích smesí, je doporucováno vhodnou konstrukcí odlitku brždení smrštování predcházet, napr. snižováním výšky prícných výstupku a žeber, zejména na dlouhých odlitcích, nebo omezováním tuhosti konstrukce celého odlitku.
57
Dále pak je nutné odstranit nebo vhodne zesílit taková místa, kde se pri smrštování odlitku vytvárejí špicky napetí. Nejcitlivejšími místy s ohledem na vznik trhlin pri brždeném smrštování jsou pri tom kouty v míste styku sten. Zde je pri chladnutí odlitku pomalejší odvod tepla, a tím i nejtencí tuhá kura. Navíc tu je možno ocekávat i nejvyšší hodnoty tahových pnutí. Proto je nutné kouty ve spojích sten zaoblovat, ovšem pokud možno tak, aby tu nevznikl tepelný uzel (obr. 2.53). Vnitrní pnutí v odlitcích vznikají vzájemným silovým pusobením jednotlivých cástí odlitku, které se smrštují odlišnou rychlostí. Tato pnutí je možno dále delit na teplotní (dilatacní), zpusobená teplotní roztažností a fázová (transformacní), jejichž prícinou jsou objemové zmeny slitiny pri fázových premenách. Velikost teplotních pnutí je závislá na heterogenite teplotního pole chladnoucího odlitku, jejíž stupen je možno v urcitém okamžiku vyjádrit teplotními gradienty, závislými na fyzikálních vlastnostech materiálu odlitku a formy, souciniteli prestupu tepla mezi odlitkem a formou a konstrukci odlitku, kterou charakterizuje tzv. stupen neizotermicnosti odlitku vyjadrovaný pomerem modulu dvou na sebe navazujících cástí odlitku Mj/Mk, . Modul je geometrická charakteristika telesa zachycující vliv jeho tvaru a rozmeru na rychlost chladnutí. U teles jednoduchého tvaru (kde je možno predpokládat konstantní intenzitu odvodu tepla po celém povrchu), jako je napr. koule, krychle, válec, deska apod., je modul vyjadrován pomerem objemu k ochlazovanému povrchu M = V/Sochl(obr. 2.58).
o a~
koule
krychle
válec h = d
M = d/6
M = a/6
M = d/6
b
Dlouhý hranol M = a.b / 2(a+b)
dlouhý válec I » d M
= d/4
tenká deska M = t/2
Obr. 2.58 Moduly jednoduchých teles U složitejších dílu, kde tuhnou jejich jednotlivé cásti odlišnými rychlostmi, se odlitek rozdeluje na vhodná geometricky jednoduchá telesa, pro která je možno urcit jejich moduly Mj jako pomer objemu k té cásti povrchu, která je ochlazována formou (nezahrnují se tedy do povrchu plochy, ve kterých byl odlitek rozdelen na dílcí sekce). Jako príklady jsou na obr. 2.59 uvedeny výpocty modulu nosníku o prurezu I a desky s válcovitým výstupkem. Je-li pomer modulu jednotlivých cástí odlitku blízký 1, jedná se o tzv. izotermický odlitek s bezvýznamnými rozdíly teplot, u nehož (pokud není príliš masivní) bývají teplotní i fázová pnutí nízká. U neizotermického odlitku s významnými rozdíly modulu, vznikají pri chladnutí výrazné teplotní gradienty a tím i znacná vnitrní pnutí. V praxi lze za izotermické odlitky považovat pouze tenké tyce, desky konstantní tlouštky a tenkostenné trubky nebo prstence. (I u nich se však teplotní gradient tvorí, zejména jako dusledek postupu plnení formy.) Všechny odlitky složitejších tvaru mají pri chladnutí nezanedbatelné teplotní gradienty, a tedy i sklon
58
ke vzniku vnitrních pnutí, stejne tak jako jednoduché chladne výrazne pomaleji než povrch.
moduly pásnic: M1 = 8.t.L / ((2.8 - b + 2.t).L) = B.t / (2.8 - b + 2.t)
tlustostenné
odlitky, jejichž
stred
..c
-.
modul stojny: M2 = b.h.L / 2.h L = b/2 . modul steny: lze použít vztah pro tenkou desku:
M1 =
t/2
modul výstupku: M2 = 7t.d2.h / (4.(7t.d2/4 + 7t.d.h)) = d.h / (d + 4h)
Obr. 2.59 Príklady stanovení modulu cástí odlitku Z uvedeného výctu podmínek ovlivnujících teplotní pole v chladnoucích odlitcíchje patrné, že konstruktér muže omezit vznik teplotních i fázových vnitrních pnutí a jejich nepríznivých dusledku následujícími opatreními: . •
Je predevším treba vyházet z potreby zajištení rovnomerného chladnutí celého odlitku vhodnou volbou rozmeru jeho jednotlivých cástí tak, aby všechny moduly (tlouštky sten) odlitku byly pokud možno shodné a navíc co možná nejmenší.
•
Protože rychlost chladnutí ovlivnuje navíc i vzájemná poloha jednotlivých dílu odlitku, doporucuje se zmenšovat tlouštky (moduly) takových cástí odlitku, u nichž je možno ocekávat menší intenzitu odvodu tepla, napr. kouty, vnitrní žebra a prícky skrínovitých odlitku. (Není-li možno užít pocítacovou simulaci, rídit se alespon citem - obr. 2.60).
Obr. 2.60 Doporucovaná zmenšení tlouštek k vyrovnání rychlosti chladnutí všech cástí odlitku
•
Velikost vznikajících pnutí mezi takovými cástmi odlitku, které mají znacne odlišné moduly, je možno snížit plynulými prechody (obr. 2.61). Cím vetší je tato prechodová cást, tím výraznejšího potlacení vnitrních pnutí je možno dosáhnout. Pro slitiny znacne náchylné ke vzniku vnitrních pnutí (ocel, bílé litiny) a trhlin se doporucují na prechodech mezi rozdílnými tlouštkami úkosy min. 1 : 5, pro ostatní slitiny min 1 : 4.
~///~ Obr. 2.61 Plynulé prechody mezi cástmi odlitku ke snížení vnitrních pnutí'
59
•
Ke snížení hodnot vznikajících pnutí také prispívá poddajnost konstrukce odlitku. Jsou-li jednotlivé cásti odlitku propojeny tak, že tvorí tuhý rám, je možno ocekávat vysokou úroven vnitrních pnutí mezi cástmi odlitku, které chladnou odlišnou rychlostí (napr. i v dusledku postupného zaplnování formy). Jsou-li však nekteré cásti konstrukce zakriveny, vzklenuty, ci vhodne zešikmeny, pak je tím umožnena zjevná deformace odlitku (zkrivení). Cím více umožnuje konstrukce odlitku tyto deformace, tím nižší pnutí budou v odlitku vznikat (obr. 2.62 c).
a - nevhodné konstrukce se znacnými rozdíly v tlouštkách sten, mají sklon ke vzniku trhlin
~ m. ~
~I
I~
i ~J
!j\j
b - vhodnejší konstrukce se zmenšenými rozdíly v tlouštkách sten
c - vhodnejší konstrukce umožnující neškodnou deformaci odli~ku
Obr 2.62 Konstrukce kol s ohledem na vznik vnitrních pnutí •
K zesílení míst, v nichž je možno ocekávat vznik trhlin, jakými jsou napr. spoje sten, se doporucuje užívat -výztužná žebra (obr. 2.63). Tato žebra mají mít menší tlouštku než steny které spojují, aby tuhla rychleji a nadmerne neprodlužovala dobu tuhnutí v míste pripojení. Výjimecne se používají i žebra odlehcená, jejich výroba je ovšem složitejší. O ponechání, ci prípadném odstranení techto žeber po vychladnutí odlitku, se musí dohodnout výrobce s odberatelem odlitku.
60
Obr. 2.63 Použití výztužných žeber
• Složité díly, u nichž není možno splnit nekteré výše uvedené požadavky, je vhodnejší rozdelit na nekolik jednodušších cástí, které se odlijí samostatne a dodatecne spojí. Dodržováním uvedených zásad je možno omezit velikost pnutí vznikajících pri chladnutí odlitku na bezpecnou míru, která zabrání predevším vzniku trhlin aprasklin. Prípadným žíháním je pak možno zbytková pnutí z odlitku prakticky zcela odstranit. Toto tepelné zpracování bývá nezbytné zejména u silnostenných odlitku, kde vzhledem k rozdílné rychlosti smrštování na povrchu a uvnitr odlitku nelze vzniku pnutí nikdy zabránit. Deformace Podobné príciny, jaké zpusobují vznik pnutí v odlitcích, vedou také kjejich deformacím (zborcení). Deformace zpusobené odporem formy proti smrštování není možno u složitejších odlitku nikdy zcela potlacit. Omezit je lze použitím dobre rozpadavé formy a volbou takového tvaru odlitku, jehož smrštování forma brání co nejméne. Nevýhodné jsou z tohoto hlediska predevším nesymetrické otevrené tvary odlitku, jako napr. neuzavrené prstence (podkovy) nebo vidlice; odlitky s vyššími výstupky nebo žebry orientovanými kolmo na podélnou osu a odlitky s prohnutou osou (napr. ve tvaru U a S), které bývá doporucováno opatrit výztuŽllými príckami, jež se pri cištení odstranují. Nejcastejší prícinou deformací odlitku je však nerovnomerné chladnutí jednotlivých sekcí pri jejich nesoumerném rozložení vzhledem k podélné ose odlitku nebo ztráta stability dlouhých odlitku s malými momenty setrvacnosti prícného prurezu (Ix, ly). Proto se jejich vzniku doporucuje predcházet dodržováním následujících zásad: • Usilovat o dodržování jednotné tlouštky sten odlitku, s výjimkou vnitrních sten a žeber, která by mela být ponekud zeslabena k vyrovnání rychlosti chladnutí všech cástí odlitku. • Dávat prednost prurezum soumerným podle dvou navzájem kolmých os (vhodné: I, X, H, trubky, duté skríne; nevhodné napr.: T, E, L, U), u nichž rozdílný prubeh smrštování v jednotlivých místech profilu nevytvárí ohybový moment (tab. 2.18). • U protáhlých odlitku (nebo jejich cástí) volit takové prícné prurezy, které mají co nevyšší momenty setrvacnosti v obou smerech kolmých na podélnou osu odlitku (trubka, H). • Ploché odlitky (desky, víka, kotouce, kola apod.) opatrit vhodným žebrováním nebo profilem s dostatecne vysokým momentem setrvacnosti ve smeru. kolmém na predpokládanou deformaci, tj. podélné osy odlitku (obr. 2.64). • U dutých tenkostenných odlitku umožnit dostatecne velkými otvory na protilehlých stranách a pokud možno i na bocích odlitku presné a pevné uložení jader. Jejich pruhyb nebo posunutí zpusobuje zmeny tlouštky steny odlitku, nesymetrický prubeh smrštování, a tedy casto i deformaci celého odlitku.
61
rmací cím
Tab. 2.18 Vhodnost profilu odlitku s ohledem na deformace a pnutí Vhodnost vhodné málo vhodné .. profilu 'vhodné vhodné Charakteristika profiluPríkladymálo nejméne .~
rn
íEf lm @) CP ·bJJ· ©)
W
CTI
~~ ~
~
Profily smrštování, ale Profilybrzdící smrštování, Profily náchylné knebrzdící deformacím
;~
,
i
.
:
~
I
I
I
'~I'-'
~._+_.-
,
I :l:
nevhodné
ponekud lepší
dobré
"l{
[
~
velmi dobré
Obr. 2.64 Konstrukce odlitku s ohledem na omezení deformací
62
nejlepší
Zásady pro usnadnení cištení a apretury odlitku Náklady na cištení a úpravu odlitku z ocelí a litin tvorí zpravidla 10 - 25 % nákladu na ~bý odlitek a v nekterých prípadech tento podíl dosahuje dokonce až 50 %. Navíc se tu jed:Já o nepríjemnou a namáhavou práci za špatných pracovních podmínek, kterou lze jen cás:ecne mechanizovat ci automatizovat. Proto je treba pamatovat již pri príprave výroby na to, .~ tyto práce i náklady s nimi spojené omezit na nejnižší možnou míru. Zkušenosti ukazují, ze pouhými zmenami konstrukce odlitku je možno dosáhnout snížení techto nákladu o 30 až SO %. Pri tom to bývají casto zmeny jednoduché a nenákladné. Konstrukce odlitku musí umožnit snadné odstranení zbytku formovacího materiálu :ryskáním, vytloukáním nebo omíláním. Z tohoto duvodu je treba dbát následujících zásad: • Vyloucit v konstrukci místa, kde dochází k snadnému zapékání formovací smesi, jako otvory malého prurezu, ostré vnitrní kouty, úzké drážky, husté žebrování apod. (obr. 2.65 a 2.66).
, :evhodné
.'hodnejší
Obr. 2.65 Úpravy tvaru odlitku s ohledem na cištení odlitku .s
__<2.b - ~ 0,5(51
--
I
~
+ 52)
L
0./
d~Oj5D
r ~ 0,1(51 + 52)
Obr. 2.66 Dorucené úpravy tvaru odlitku s ohledem na zapékání
• Zajistit prístup tryskacímu prostredku do všech dutin odlitku. Odlitky proto nemají mít neprístupné dutiny, složite zakrivené kanály a vysoká žebra. V odlitku se nemá tryskací prostredek hromadit a nemá tu ani vznikat pretlak vzduchu. Ve výjimecných prípadech je možno kritická místa odlitku zprístupnit zvláštními cistícími otvory, které se dodatecne zaslepí (obr. 2.67).
63
nevhodné
'"
·"_0_0_'_0
=*~I
~
vhodnejší
Obr. 2.67 Úpravy konstrukce odlitku s ohledem na prístupnost pri tryskání • U drobných odlitku z krehkých materiálu, které se ocištují omíláním, je treba z konstrukce vyloucit tenké výstupky, které se snadno poškozují. • V olit tvar odlitku tak, aby se pri cistících operacích nemoWy do sebe navzájem zaklínit. Pro usnadnení dalších úprav odlitku ve slévárne je treba dbát následujících
Zásad:
• Silnejší místa, kde budou k odlitku pripojeny nálitky, i místa vhodná pro pripojení vtokové soustavy musejí být dobre prístupná, aby bylo možné nálitky a vtokové soustavy snadno odstranovat rezáním nebo urážením (obr. 2.68).
méne vhodné
vhodnejší
Obr. 2.68 Úprava konstrukce s ohledem na odstranování nálitku • Pro potlacení výskytu zateklin (výronky kovu zateklého mezi cásti formy v delící ploše formy a podél známek jader) je treba usilovat o rovinnou delící plochu formy, snížení poctu otvoru a bocních výstupku, kde se tyto vady mohou tvorit (obr. 2.69). Dále musejí být tato místa snadno prístupná cistícímu nástroji (brusný kotouc, sekác, obrážecí nástroj, fréza). Obtížne prístupná jsou napr. místa mezi žebry odlitku, za prírubami a ve vpadlých místech obrysu odlitku v delící rovine (obr. 2.70). Pro usnadnení dokoncovacích operací nekdy stací zmena polohy delící roviny, úprava obrysu odlitku v delící rovine nebo zmena tvaru jader. V nekterých prípadech jsou odlitky opatrovány v delící rovine vhodnými žebry, která "presunou" zatekliny na místa prístupnejší. Všeobecne je z tohoto hlediska výhodné orientovat odlitky ve forme tak, aby se zatekliny vytvorily predevším na plochách, které budou pozdeji obrábeny, címž zmizí (nevzhledné) stopy po jejich odstranování.
64
Obr. 2.69 Obvyklá místa ·.-ýskytu zateklin
:omocí prídavných žeber
:;nenou polohy :šficí roviny méne vhodné
:omocí prídavných žeber
vhodnejší
~at~
~Jr. 2.70 )parení usnadnující odstra:',)vání zateklin
• Pro zlepšení vzhledu odlitku, které nebudou na povrchu obrábeny, se doporucuje vytvorit na obryse odlitku v delící rovine (prípadne v místech styku jader) zesílený val (lem, fasetku), takže po za broušení zatekl in tu vznikne pohlednejší plocha (obr. 2.71). Obdobne stopy po odstranování nálitku nenarušují vzhled odlitku pokud jsou nálitky umísteny na k tomu urcených výstupcích a zesíleních, které je možno na odlitcích ponechat (obr. 2.58).
méne vhodné
vhodnejší
Obr. 2.71 Úprava tvaru odlitku s ohledem na zlepšení vzhledu po odstranení zatekl in
65
•
S ohledem na problémy pri cištení odlitku se nedoporucuje predlévat malé (napr. odlehcující nebo pozdeji obrábené) otvory, drážky nebo dutiny, nebot úspory materiálu tu bývají draze vykoupeny vyššími náklady na dokoncovací úp~avy odlitku (obr. 2.72).
Obr. 2.72 Otvory a drážky, které se nedoporucuje predlévat • Neklást neprimerené požadavky na obroušení veškerých povrchových vad nebo dokonce celého povrchu. Neobroušená licí kura je zpravidla vzhlednejší a má lepší odolnost proti korozi. Pro povrch, který bude obráben, je navíc predchozí broušení nacisto zbytecné . • Príznive se na snížení pracnosti dokoncovacích operací projeví volba mekcích materiálu. U odlitku z pevnejších litin navíc hrozí, že zatekliny budou mít tvrdou karbidickou strukturu. Zásady pro usnadnení obrábení odlitku Obrábení odlitku je užíváno predevším pro dosažení vyšších presností a hladších povrchu. Obrábením se bežne také vytvárejí jemné detaily, napr. malé otvory, úzké drážky, ozubení nebo presné závity. Na druhé strane je treba pocítat s tím, že odstranením jakostní licí kury se snižuje o nekolik procent pevnost odlitku a nekdy i houževnatost s mezí únavy (dokonce až o 30 %). Pri obrábení odlitku dále vznikají potíže spojené s nepresnostmi tvaru a rozmeru, tvrdšími místy, deformacemi po obrobení, nehomogenitami struktury a porezitou. Prícinou bývá nedostatecná dohoda mezi slévárnou a odberatelem o rozsahu, zpusobu a postupu obrábení, nedokonalosti modelu,· špatná znalost namáhání odlitku v kritických místech, ale i nevhodná konstrukce odlitku nebo volba slitiny. K obecným zásadám návrhu odlitku z hlediska obrábení parí predevším tyto: • Požadavky na obrábení je treba snížit na minimum a to zejména: u tvarove složitých ploch, zvlášte dutin, u rozmerných a težkých odlitku, pri užití težce obrobitelných materiálu, ve velkosériové a hromadné výrobe. • Používat prednostne materiály s dobrou obrobitelností. V sériové výrobe nenárocných litinových odlitku je proto dávána prednost jakostem s nižšími pevnostmi, které se obrábejí snáze než litiny pevnejší. Castou chybou konstruktéru bývá používání pevnejších znacek litiny s lupínkovým grafitem pro menší odlitky, kde pak dochází ke vzniku tvrdé zákalky. ev nekterých prípadech slévárna sama tyto obtíže predvídá a zmení pro drobné odlitky znacku materiálu bez dohody s odberatelem. Potíže pak mohou vzniknout pri predání výroby jiné slévárne.) • Objem obrábení je treba minimalizovat funkcních ploch odlitku .
vhodným
"odlehcováním"
(= zmenšováníin)
• Plochy urcené k obrábení mají být prednostne válcové a rovinné. Dále je vhodné, jsou-li vzájemne rovnobežné a kolmé.
66
• Obrobení odlitku má být umožneno s minimálním poctem potrebných operací, stroju a nástroju, a to pokud možno bez nutnosti jejich výmen a prestavování. Z toho duvodu mají napr. ležet príruby skríní v jedné rovine, vrtané otvory mají mít pokud možno shodné prumery, predepsané drsnosti rovnobežných ploch mají být pokud možno shodné apod . • Je treba respektovat možnosti a omezení predpokládaných zpusobu obrábení a zajistit prístupnost obrábených ploch pro príslušné nástroje. Napr. pri frézování a broušení hure prístupných ploch pocítat s velikostí a pohybem nástroje, pro vrtání upravit celní plochy otvoru tak, aby byly kolmé na osy otvoru apod . • Tvar dílu musí umožnit snadné, tuhé a dostatecne presné ustavení a upnutí odlitku, serízení stroje a nastavení nástroje. Pokud nevhodný tvar vyžaduje pro ustavení a upnutí odlitku zvláštní výstupky, tzv. "nálitky", mají být pokud možno navrženy tak, aby mohly být na odlitku ponechány . • Plochy, které mají být po obrobení co nejjakostnejší, je vhodné situovat pokud možno do spodních cástí odlitku . • Pokud je neprípustná porezita obrobeného povrchu, je na to treba slévárnu predem upozornit. Potíže vznikají zejména u rozsáhlejších sten, v místních zesíleních a v blízkosti nálitku.
Tab. 2.19 Doporucené prídavky na obrábení dle ISO 8062 40 250 do 70,9 58C 400 63 160 12 E Ovcetne 000rozmer 91,8 465,5 1aA*) 2500 14000 630 000 600 1100 6300 1D 020,3 K H G J20 F 24 17 63 0,1 11 10 13 14 22 16 18 0,2 0,3 0,8 0,7 0,4 0,1 0,4 3,0 4,5 1,1 2,0 1,4 1,6 3,2 0,5 0,7 0,8 0,9 2,8 0,5 Stupne doporucených prídavku na obrábení 4,0 0,2 0,5 1,3 1,0 6,0 0,3 2,2 1,5 1,2 3,5 1,1 4,0 0,6 2,5 1,0 B*) Nejvetší celkový Doporucené prídavky na obrábení [mm] slévárnou. bení a[mm] mezi od- beratelem
Prídavky na obrábení odlitku se upravují ale i s ohledem na: -
polohu obrábené plochy (nejvíce bublin a necistot se hromadí na horních plochách odlitku, kde se casto volí prídavky zhruba 050 % vetší než na plochách ostatních), sériovost výroby (v kusové výrobe se užívají spíše vetší, zatímco ve výrobe sériové se vyplácí po promerení a obrobení zkušebních odlitku upravit modelové zarízení a prídavky zmenšit).
67
Tab. 2.20 Typické doporucené stupne prídavku na obrábení hrubých odlitku - B ažD D ažF -ZnE-AI D F ažF E E ažH E E B ažD EažG F ažH EažG GažK EažG D F ažH ažF F aF Mg slitiny litiny Cu slitiny aažH slitiny Ni GažK Co Materiál na stupne odlitky prídavku na obrábení ažH Doporucené formy,litíforgravitacní Lití doKovové písku, strojní Tlakové
• Nedoporucuje se predlévat úzké otvory a drážky, které mají být dodatecne ješte obrábeny. Pomerne tvrdé zatekliny a presazení odlitku v delící rovine zpusobují v takových prípadech lámání fréz a vrtáku (obr. 2.42 a 2.72). • Pro vytvárení malých otvoru se doporucuje zvážit možnost zalévání vložek nebo trubicek. Pro složité a težko prístupné otvory v težkých odlitcích se doporucuje užívat vsazované vložky. • Technologické prídavky zajištující usmernené tuhnutí odlitku, žebra bránící vzniku trhlin, prícky k omezení deformací odlitku apod. mají být pokud možno navrženy tak, aby je nebylo nutno odstranovat. • Díly, které budou pozdeji spolecne montovány (napr. brzdové celisti, ložiska apod.) je výhodné pro zvýšení presnosti odlévat a obrábet spolecne a navzájem oddelit teprve po obrobení. • Vzájemnou polohu obrábených ploch odlitku vzhledem k plochám neobrábeným a príslušné prídavky na obrábení je treba volit s ohledem na dosahovanou presnost metody výroby forem a lití. V opacném prípade nekdy nelze ani obrábením dodržet požadované mezní úchylky nebo muže být obrábení zcela znemožneno. Velikost prídavku na obrábení lze po dohode stanovit dle CSN 01 4980 podle rozmeru a materiálu odlitku, polohY'plochy lití Obe a stupne na možnostech nologie výroby forem, viz CSN 01 pri 4470. normypresnosti, jsou všakkterý již vzávisí soucasnosti neplatné. techVelikost doporucovaných prídavku na obrábení odlitku podle revidované normy ISO 8062 (navrhované za evropskou normu) uvádí tab. 2.19, pri cemž stupne prídavku (A až K) se doporucuje volit na základe použité technologie a materiálu odlitku podle tab. 2.20. Uvedenou mezinárodní normu je možno po vzájemné dohode mezi výrobcem a odberatelem používat i pro postupy a materiály v této tabulce neobsažené. 2.5 Zásady konstrukce s ohledem na jakost Odlitky jsou casto považovány za méne jakostní a spolehlivé nežli jiné druhy polotovaru. To vede konstruktéry casto k tomu, že je predimenzují, zbytecne volí pevnejší ci houževnatejší typy slitin nebo trvají na dodržení složení kovu, které se osvedcilo u zdánlive podobných odlitku. Pri tom si zrejme neuvedomují, že práve zvyšování tlouštek a volba nevhodné slitiny bývá spolecne s nedodržováním zásad technologicnosti konstrukce jednou z nejcastejších prícin potíží s jakostí odlitku.
68
Úvodem ale je treba vymezit pojmem jakost. Za jakostní bývá mnohdy považován odlitek, který nemá žádné významné zjevné ci skryté vady (staženiny, bubliny, trhliny, deformace apod.) a vykazuje cistý povrch zbavený zbytku formovací smesi a nerovností, bez ohledu na další parametry. Podobne ale muže být kladen duraz na presné dodržení chemického složení, pevnost, houževnatost za nízkých teplot, pomer meze kluzu k hustote slitiny, neprekrocení povolených úchylek rozmeru, odolnost proti korozi, úcinkum vysokých teplot nebo opotrebení, tesnost, nízkou úroven vnitrních pnutí, snadné obrábení, pritažlivý vzhled atd. Protože 11 konkrétního odlitku jsou nekterá kriteria dominující a jiná podružná, je nejjednodušší chápat obecne jakost jako vhodnost pro užívání. Je pochopitelné, že rostoucí nároky na jakost vyvolávají potrebu rady opatrení ve vý:'obe, což se odráží ve zvyšování nákladu. Proto je treba nárocnost kladených požadavku zvažovat, aby jejich splnení bylo dosažitelné za prijatelnou cenu. Vyhovující rešení pak bude ~ompromisem, který umožní hospodárnou výrobu s vedomím jistých rizik zmetku, oprav, nedodržení všech požadovaných parametru nebo poruch za provozu. Z tohoto hlediska je možno chápat JAKOSTNí = TAK DOBRÝ, JAK JE TREBA a TAK LEVNÝ, JAK JEN MOŽNO Protože jedine konstruktér má úplnou predstavu o funkci dílu, musí požadavky popisu.ií jakost odlitku predem jednoznacne definovat a výrobci sdelit. Jakost tedy musí být nejen -.}'rábena a overována, ale také navrhována, konstruována a vyžadována. Jedine tak se muže 'Jredejít nepríjemným prekvapením a neopodstatneným reklamacím. Nikdy není možno spo:éhat na to, že slévárna zajistí neco, co není uvedeno na výkrese ani v objednávce. Zákazníci nekdy nebývají spokojeni s odlitky, které jim slévárna zhotovila bez zjev:lých vad v souladu s jejich objednávkou. Duvodem bývá napr. špatná obrobitelnost, nedodržení nekterých ocekávaných vlastností, nevyhovující povrch, porezita obrobeného povrchu, rychlé opotrebení apod. Tyto nedostatky zdržují výrobu, zvyšují náklady a vedou k vyrazení odlitku bez prímé viny jejich výrobce. Prícinu zpravidla nelze hledat v nedbalé-práci slévárny, ::...le spíše v nedostatecném vymezení požadavku pred zahájením výroby. Bez vzájemné doho:iy dochází ke zbytecným sporum, casovým ztrátám pri opravách modelového zarízení a rustu rlákladu pri dodatecných úpravách odlitku. K castým nedostatkum odlitku, za které nesou ':inu predevším špatné a neúplné objednávky patrí napr.: •
Porezita v tepelné ose a tepelných uzlech odlitku. Odlitky je možno vyrábet bez techto nedostatku jen pri použití nákladných opatrení, které vetšina odberatelu nevyžaduje a slévárna je bežne nepoužívá. Proto je nutné prípadné požadavky v tomto ohledu predem specifikovat. Bežne se napr. nenálitkuji malé tepelné uzly. Jsou~li však kritickými místy odlitku, musí být na to slévárna upozornena, aby jim venovala zvýšenou pozornost.
•
Pri obrábení odlitku vznikají potíže spojené s nepresnostmi rozmeru a tvaru, tvrdšími místy, nehomogenitami struktury a porezitou. Prícinou bývá nevhodná konstrukce odlitku, nedokonalosti modelu a nedostatecná dohoda se slévárnou o rozsahu, zpusobu a postupu obrábení. Proto je doporucováno dohodnout se na úchylkách tvaru, rozmeru, tvrdosti i na prípustnosti zbytku zatekl in, vtoku a nálitku.
•
Potenciálním zdrojem potíží s kvalitou jsou i nedostatecné znalosti chování slévárenských slitin a nereálné predstavy o možnostech slévárenské technologie. Proto by mel konstruktér znát její specifika, zásadní otázky vcas ujasnit s technology pred zahájením výroby, a tím se vyhnout chybám, které i pri dodržování základních zásad technologicnosti konstrukce mohou jakost odlitku negativne ovlivnit. Príklady castých problému, které nekteré požadavky na odlitky prinášejí i cesty, jak lze vznikající rizika potlacovat, naznacuje tab. 2.20.
69
Tab. 2.20 Prostredky rešení nekterých kvalitativních požadavku na odlitky Nezabehnutí Redukovat obrábení. Nízká tuhost atolerance. pevnost vými odlitku Obtížná apretace arozsah obráPraskání za provozu Menší Stopy cástmi po presnost broušení na poKriticky zhodnotit tit tlouštky, vyztužit konstrukci žebryvolbu a požadavek. Potlacit vruSjednotit tlouštky sten. Konzultovat Užít vhodnou slitinu. Upravit konstrukci Rizika Ina Možné rešení Nárocné Rozdelit nálitkování odlitek více cástí. Zvetšit Vtlouštce olit dobre obrobitelnou slitinu .Vyhýbat Vyšší cena odlitku Nárocná Zvýšená následující cena ny. Využít žebrování. Konzultovat slévárnou. Respektovat typ slitiny avliv tlouštky sten seplochy .Malá presnost houževnatou požadavky Zadat stupnost osvedcenému odlitku obrysu na oporu jakost v delící ci výrobci. spríckami. slitiny zalitý technology. rovine. skelet. arychlosti místa zkoušek se se slévárnou. Vyukoutum, hranám, úzkým rozdílum neobrábené povrchy. Kritická místa opatrit ku Projednat na obrábení. tvarovou konstrukci, Využít složitost volbu tepelné adutinám, rozsah materiálu zpracování, požadavatyp Zvetšit Snížit Upravit v chy. by. Zesílit Upozornit nároky tolerance konstrukci. a kritická užívání na výrobce povrch. a prídavky. místa. Volit jader. na vhodný Konzultovat Clenit významné velké typ slitiploploNevyžadovat pro vetší série. bení udlitku Kritické obrábet. Zkontslitiny a zkoušek se slévárnou. Vysoká Vyšší Odchylky vnitrní cena mezi pnutí jednotliuzlu. Volit presnejší odlitek.· žít tepelné zpracování. Klícový požadavek Zmenšit tlouštky sten a velikost tepelných nálitkum. Upozornit výrobce. chladnutí na mechanické vlastnosti odlitku. Overit konstrukci simulací ci zkouškami. sNabídnout ohledem na usmernené tuhnutí smerem .prídavkem na obrábení. ace obráaení ní ravy aobrábení chy. rolovat úplnost výkresu. Seznámit se modlitku a aapretace apretace aost forem Využít tepelné zpracování. Zjednodušit tvar. Upozornit výrobce na k I tvorila vždy jen jediná cást fonny). dlitku rovinnou delící plochu aSjednopríáUpravit odlitku tvar (aby úzce tolerované rozmery
I
70
Zásady konstrukce presných odlitku Již z podstaty slévárenské teclmologie vyplývá, že nemuže dosálmout presnosti srov~atelné s obrábením. Napr. u bemých litinových odlitku dosahují rozmerové úchylky hodnot 'lvedených v tab. 2.21. Tab. 2.21 Orientacní hodnoty rozmerových úchylek litinových odlitku v mm Rozmer [mm] Lití na syrovo Lití do kokil Presné lití
0-25
25-125
125-250
250-500
500-1000
1000-2500
±1
±2
±4
±6
±8
± 0,4
± 0,8
± 1,5
±2,5
± 0,2
± 0,3
±2,5 ± 1,0 ± 0,5
± 1,0
Zvyšování presnosti odlitku prináší hlavne úspory materiálu a objemu .dokoncovacích operací, ale casto i zlepšení funkce výrobku. Vysoká presnost je dosahována predevším pri lití :10 keramických a kovových forem, ale i pri klasickém zpusobu výroby odlitku existují mož:iosti k jejímu zvyšování. Na základe rozboru prícin rozmerových odchylek je možno vycházet pri návrhu tolerancí xilitku z obecného vztahu
T = ± (A + B.D) :(de znací: D - rozmer; A a B parametry závislé na podmínkách výroby a konstrukci odlitku. Parametr A je urcován predevším rozmerovými úchylkami vznikajícími pri výrobe :::1odelua forem, jejichž podíl na šírce doporucovaného tolerancního pole prevažuje u malých :-azmeru. U nejpresnejších metod (napr. pomocí vytavite1ného modelu) jsou dosažitelné hod:iOtyA 0,1 mm, v bežné výrobe však bývá A = 0,5 - 2,5 mm.
s
Parametr B souvisí zejména s velikostí lineárního smrštení použité slitiny (obvykle 20 -
~o % jeho hodnoty, tj. napr. pro ocelové odlitky 4 až 8 mm/m), které se tak u vetších odHtku :.ejvýrazneji podílí na úchylkách rozmeru. Bývá ale výrazne ovlivnován i konstrukcí odlitku a :-:mostí forem. Tam, kde je vyrábeno vetší množství odlitku, existuje možnost postupných ·~rav modelového zarízení na základe zkušeností s prvními odlitky. (Modely lze dokonce :elat ponekud vetší s ohledem na tuto korekci.) Proto je treba požadavky na presnost sladit :.akés požadovaným objemem výroby odlitku. U velkých sérií je možno se "zastrílet" na pro:otypu a nulové sérii, upravit model podle težko predem odhadnutelných zdroju odchylek a smžit tolerancní pole zhruba na polovinu. Pri lití jediného kusu je však treba se "trefit lmed ;:-vní ranou", a proto je nutné užitím širších tolerancí zvolit vetší "terc". Protože rada významných zdroju odchylek rozmeru souvisí s konstrukcí odlitku a navrže:::ouslitinou, je. treba požadavek presnosti prizpusobit i této skutecnosti. Konstruktér ci odbe:-ate1by mel pocítat s tím, že rozmerové a tvarové úchylky jsou vetší v prípade: • • •
• • •
vetších rozmeru nebo složitých tvaru, rozdílných tlouštek sten (jednotné tlouštky sten prispívají k zajištení homogenní struktury, rovnomernému smrštování a nižší úrovni vnitrních pnutí), odlitku s nízkou tuhostí ve smeru sil, které vyvolává nerovnomerné smrštování a odpor formy a jader proti smrštování, odlitku s nerovinnou delící plochou, odlitku s malými úkosy bránícími vyjímání modelu, odlitku s dlouhými nebo složitými dutinami, odlitku, jejichž vnejší povrch a (nebo) dutiny je treba vytváret vyšším poctem jader,
71
ho
• • •
odlitku vyžadujících vysoký pocet nálitku nebo složitou vtokovou soustavu (brzdí smrštování), užití slitin s vetší hodnotou lineárního smrštení, užití slitin (nebo požadavku vlastností) vyžadujících tepelné zpracování.
Obtížne se napr. zajištuje požadovaná prímost nesymetrických profilu a profilu s rozdílnými tlouštkami sten, rovinnost tenkých desek bez výztužných žeber, kruhovitost otvoru, jejichž okraje chladnou rozdílnými rychlostmi, presná vzdálenost nedostatecne tuhých výstupku (s ohledem na odpor formy proti smrštování), tvar a poloha protáhlých nebo nepruchozích dutin, pro jejichž vytvorení není možné pevne usadit jádra apod. Dále je treba v požadavcích na presnost respektovat i delení formy a potrebu používání jader. Vzájemná poloha jednotlivých ploch odlitku je nejpresnejší, jsou-li vytváreny stejnou cástí formy. V opacném prípade je nutné pocítat s tím, že se budou scítat nepresnosti jednotlivýchjejích dílu (vršek, spodek, jádra) s nepresnostmi pri jejich skládání (obr. 2.73). Z výše uvedených duvodu je doporucováno predepisovat specifické tolerance pro každý rozmer odlitku a vyhýbat se jednotným (zejména úzkým) tolerancím všech rozmeru.
Tab. 2.22 Tolerance rozmeru odlitku dle ISO 8062 ---- 10 do 11 7 0,64 0,40 1,6 1,0 ---- a 4,4 0,24 2,6 individuálne -
12 14 14 11 7 63 roz22 42 24 21 17 4000 12 40 44 20 28 14 25 13 7 2 4 3 40 32 16 32 10 14 18 16 6 100 400 20 18 11 16 12 250 160 49 38 33 18 15 30 26 9 8 6300 80,34 25 56 35 10000 20 37 12 29 23 2500 1600 630 1 9 11 6 8 7 5 0 64 23 50 16 28 22 25 16 6 7 8 5 1000 9 2,4 2,8 0,70 4,4 5,6 4,0 0,78 1,6 0,40 0,28 0,5 0,13 0,14 2,5 2,6 1,8 5,0 3,6 0,88 1,8 0,64 0,46 0,90 0,44 0,32 0,17 0,24 1,3 0,12 0,15 2,8 4,0 5,4 2,0 6,2 3,8 1,4 0,70 0,50 1,0 2,2 4,4 1,6 3,0 0,54 0,28 0,14 0,20 0,10 4,6 1,7 6,8 0,58 0,42 0,82 0,30 0,15 0,22 1,2 0,11 2,0 4,2 1,5 0,52 0,36 0,74 0,26 0,13 0,18 0,09 2,6 2,2 1,4 3,2 2,8 1,2 0,56 0,9 0,56 0,36 0,62 predepisovány 0,38 3,6 3,2 1,1 Základní 1 /3114115 116
Celková tolerance odlitku [mm] - (mezní úchylky jsou ± T/2) Stupen tolerance odlitku CT
nad
Poznámky: Pro tlouštky sten ve stupních CTI až CT15 se použije stupen o jeden vyšší. Jsou-li tedy všeobecné tolerance na výkrese CTI O, tolerance tlouštek bude CTIL Není-li stanoveno jinak, musí presazení odlitku ležet uvnitr tolerancí. Není-li stanoveno jinak, musí být tolerancní pole rozloženo symetricky kolem základního rozmeru. Nominální délkou uvažované cásti na hrubém odlitku se rozumí nejdelší rozmer uvažované cásti. Podle normy ISO 8062 (která je navržena jako evropská norma) je stanoveno 16 stupnu tolerancí rozmeru oznacených CT 1 až CT 16 (tab. 2.22). Tolerance nejsou jednoznacne prirazeny urcitým procesum a podmínkám, ale tvorí základ pro dohodu mezi výrobcem a 72
zákazníkem, a proto mají být uvádeny na výkresech odlitku. Informativne je možno slévárenským technologiím prirazovat stupne presnosti na základe tab. 2.23. Pri aplikaci si však musí :!Živatel uvedoDUt výše uvedené aspekty ovlivnující presnost odlitku.
,etší odchylky
menší odchylky
ObL 2.73 Vliv delení formy na dosažitelnou presnost rozmeru odlitku Tab. 2.23 Tolerancní stupne v bežné výrobe odlitku 13Cu 15 12 až 14 slitiny aCo 11 1O 8litiny až až 12 914 13 1012 až12 14 15 14 13 97až až 11 12 až Výroba 147 - 11 811 810 až 12 10 až 13 12 Materiál odlitku5 - 10 aMg slitiny slitiny Ni AI velkosériová velkosériová kusová a ma105 - 14 10 losériová pojené Lití dovytavitelného písku, strojní Lití dorucní písku, Metoda Metoda spalitelného Lití písku, Lití dodokovových forem rucní
8 - 12
5 6- -1010 Stupen tolerance CT
Poznámka: Hodnoty uvedené v tabulce se vztahují na základní rozmery nad 25 mm. Pro menší rozmery muže být bežne dodrženo: - základní rozmer 16 až 25 mm : o jeden stupen nižší, - základní rozmer 10 až 16 mm : o 2 stupne nižší, základní rozmer pod 10 mm : o 3 stupne nižší.
73
Zásady konstrukce s ohledem na jakost povrchu Jakost povrchu odlitku je obtížne definovatelný pojem. Zahrnuje totiž nejenom drsnost, ale i zbytky formovacího materiálu, zárezu, nálitku apod., a navíc i povrchové vady, které mohou být zdrojem potíží pri obrábení nebo narušovat vzhled ci funkci soucásti. Proto je stav povrchu odlitku stanovován normami technických dodacích podmínek, požadavky uvedenými na výkrese nebo dohodou mezi výrobcem a odberatelem, v níž je možno vymezit i rozsah prípustných povrchových vad nebo podmínky pro jejich opravy u výrobce. (Zakrývání povrchových vad tmely, metalizací apod. je povoleno pouze se souWasem odberatele.) Samotná drsnost povrchu odlitku odlévaných do pískových forem je urcována radou cinitelu od povrchových nerovností modelu, pres granulometrickou skladbou ostriva a interakci taveniny s formou, až po typ a energii prostredku užitého k cištení odlitku. (Príliš jerriné formovací smesi pri tom zpusobují technologické potíže a s jemnými abrazi vy je cištení pomalejší a nákladnejší.) Pri hodnocení odlitku však vznikají potíže, protože zarízení urcená k merení drsnosti obrobených povrchu jsou pro lité povrchy s nepravidelnými výstupky nevhodná. Proto se drsnost odlitku zpravidla stanovuje na základe porovnání zrakem a hmatem s vhodne zvolenými vzory, napr. sadou normalizovaných etalonu skutecných povrchu odlitku nebo jejich replik. Povrch odlitku v nekterých prípadech ovlivnuje technickou úroven celého výrobku. Je tomu tak napr. u dílu cerpadel, kompresoru, armatur, vodních stroju, hydraulických a vzduchotechnických zarízení apod., kde vyšší drsnost zvyšuje hydraulické ztráty a snižuje úcinnost celého zarízení. Kvalita povrhuje ale významná i pro nekteré dokoncovací operace, upínání a promerování rozmeru odlitku, odolnost proti korozi, nanášení povlaku a chování pri cyklickém namáhání. Není ovšem vždy správný názor, že cím bude povrch odlitku hladší, tím bude odlitek jakostnejší. Napr. pro nekteré dokoncující operace a nanášení povlaku bývá vhodnejší povrch hrubší. Oprávnené bývají požadavky na hladký povrch "hrubého odlitku" zpravidla pro: funkcne významné tvarove složité plochy, funkcne významné plochy neprístupné pro obrábení, povrchy, kde licí kura zajistí odlitku lepší mechanické vlastnosti než povrch obrobený, povrchy, kde licí kura zajistí odlitku lepší odolnost proti korozi než povrh obrobený. Naopak zbytecné jsou požadavky na prehnane vysokou jakost povrchu, který je urcen pro obrábení. Nekterí odberatelé obcas požadují bez bližší specifikace obroušení odlitku. výsledek pro ne muže být zklamáním, nebot tzv. pohledové plochy odlitku bez výrazných povrchových vad pusobí zpravidla esteticteji, jsou-li neopracovány, nebot broušením ztrácejí prirozený jednolitý povrch a pritažlivý vzWed. I když konstrukci odlitku je prisuzován pomerne malý vliv na dosahovanou jakost povrchu odlitku, je doporucováno respektovat následující zásady, které dosažení požadovaných parametru povrchu usnadní, a navíc casto prispejí ke snížení výrobních nákladu: •
Pri predepisování jakosti povrchu odlitku je treba dusledne vycházet z požadavku, kladených na príslušnou plochu a ne jenom kopírovat dosavadní zvyklosti. Již jenom malé zvýšení nároku na požadovanou drsnost povrchu muže prinést nekolikanásobné zvýšení výrobních nákladu.
• -Nižší hodnoty drsnosti je treba omezit na co nejmenší rozsah povrchu, a to pokud možno na rovinné a válcové dobre prístupné plochy. •
Drsnosti dosažitelné (tab. 2.24) v jakostních pískových formách (Ra = 6,3 - 25 ~m) postacují pro dosedací plochy bez vzájemného pohybu (konzoly, príruby, plochy pod hlavy
74
2,5
šroubu a matic), volné plochy ozubených kol remenic, setrvacníku apod., vnitrní povrchy cerpadel, ventilu, armatur a cástí potrubí. •
Snižováním drsnosti pod hodnotu Ra = 25 Ilm výrazne vzrustá odolnost odlitku proti vzniku poruch pri cyklickém zatežování.
•
Nejmenší hodnoty drsností dosahované nekterými zpusoby lití (Ra = 0,4 - 3,2 Ilm) postacují pro plochy s malou kluznou rychlostí a nižšími tlaky, tesnící plochy, lopatky cerpadel a kompresoru a plochy bez funkce s vysokými nároky na dobrý vzhled (drážky remenic a kladek, dosedací plochy vík a skríní, rukojeti, kliky, drážky pro pera apod.).
-=-
~b. 2.24 Dosahované drsnosti odlitku a doporucované drsnosti podle funkce soucásti
plochy s malou s kluznou rychlostí pohybu, bez nárokluzné plochy malou rychlostí cu nefunkcní 0,4 1,6 6,3 0,4 -- 12,5 6,3 1,6 -pohony, 0,8 3,2 12,5 200 Raapresnost, [Ilm] 25tlakem, klínu per, stykové plochy skríní a vík, Ra [Ilm] ku na Doporucené rucní urcení lanové kladvolné plochy, predlité otvory stredním bežná ložis~a, brzdové drážky remenic, víka, rukojeti, díryky, patky konzol 6,3 - 25 celní plochy kol,tesnící kanály armatur a rozvadepro valivá ložiska, dutiny zápustek Technologie plochy bez vzájemného pohybu: príruby, díry lícovaných šroubu bubny, spojky, sse vacky, nástroje kluzné plochy strednístrižné k1uznou rychlostí vodící plochy obcasným pohybem, drážkya =-=:i do kovových a ke-
•
Nejnižší drsnosti, které vyžadují predevším kluzná a valivá uložení pracujících za vysokých rychlostí (ložiska, kluzné plochy, písty, vložky válcu, šoupátka, vretena, tmy, funkcní plochy nástroju apod.) však není možno žádnou metodou lití dosáhnout.
•
Velké tlouštky sten znemožnují s vysokými licími teplotami.
•
Kombinace malých a velkých tlouštek sten na urcitém odlitku vyžaduje používání vyšší licí teploty, která zhorší povrch odlitku v pomaleji tuhnoucích cástech. Proto se jakostní povrch nejsnáze dosahuje u odlitku s jednotnou tlouštkou sten.
•
Kvalitní povrch se obtížne dosahuje v ostrých koutech, úzkých drážkách a dutinách malého prurezu, kde se tvorí zapeceniny.
•
Kvalitní povrch se obtížne dosahuje na velkých vodorovných plochách (zejména orientovaných smerem vzhuru). Proto se doporucuje tyto plochy zešikmit, vzklenout nebo opatrit melkým reliéfem (který prípadné vady uciní méne nápadnými).
•
Pro kvalitní povrch je treba zajistit prístupnost cistících prostredku odlitku na více cástí nebo vytvorení vhodných otvoru.
dosažení
malé
drsnosti
odlitku
zejména
u slitin
i za cenu rozdelení
75
'"
Zásady konstrukce lehkých odlitku Odlitky se podílejí významne na hmotnosti stroju a zarízení, jejichž technologicnost konstrukce bývá hodnocena podle spotreby materiálu, napr. podílem nosnosti nebo výkonu k hmotnosti. Snad nejvýrazneji je toto úsilí patrné v konstrukci dopravních prostredku. Lehké odlitky jsou ale žádány i všude tam, kde snížení hmotnosti prináší nejaké výhody od úspor kovu a energie až po ulehcení lidské práce. Nezanedbatelné jsou však i prínosy snižování hmotnosti z hlediska hospodárnosti výroby a zajištování jakosti, nebot prispívají ke snížení spotreby surovin a energie na tavení, potlacení nebezpecí výskytu rady vad, jednodušší manipulaci a snížení objemu obrábení. Na druhé strane však pochopitelne vzniká vetší riziko nezabehlých odlitku, nedodržení požadovaných tlouštek sten apod. Navíc snížení hmotnosti odlitku nebývá nezbytne doprovázeno poklesem nákladu na jeho výrobu, protože muže vzrust podíl nákladu spojených s výrobou forem, následnými úpravami a zajištováním požadované kvality. Pri hledání nejvýhodnejšího rešení nejen z hlediska hmotnosti a požadovaných technických parametru, ale i z hlediska nákladu a kvality je užitecné zvážit: •
Hmotnost odlitku ovlivnuje pochopitelne výrazne hustota materiálu (zhruba: ocel - 7800, litiny - 7100, slitiny AI - 2700, slitiny Mg - 1800 kg/m\ V praxi se však ukazuje, že merná hmotnost rozhoduje dominantne o hmotnosti pouze u málo namáhaných odlitku. U silneji zatežovaných dílu je nutné pocítat s tím, že lehké slitiny mají ve srovnání s ocelí a litinami výrazne menší pevnost, tvrdost, tuhost, mez únavy i odolnost proti opotrebení. Navíc jejich pevnostní charakteristiky klesají s rostoucí teplotou mnohem rychleji. Proto bývá zpravidla zavádející predstava, že náhradou oceli nebo litiny slitinou hliníku klesne hmotnost dílu zhruba na 1/3. S ohledem na zachování potrebné pevnosti a tuhosti, které nutí konstruktéra zesilovat tlouštky sten a prírub, používat výztužná žebra a složitejší profily, zvetšovat délku otvoru pro závrtné šrouby apod., bývá touto náhradou dosahováno obvykle snížení hmotnosti pouze zhruba na 2/3. Obdobné úspory je však možno dosáhnout i použitím slitiny o stejné merné hmotnosti, ale vyšší pevnosti, napr. náhradou litiny s lupínkovým grafitem litinou sgrafitem cervíkovitým ci kulickovým ..
•
Odlitky z lehkých slitin však mohou být výhodnejší než díly ze slitin železa i v nákladech na dosažení požadované pevnosti ci tuhosti v prípadech, kdy jejich prícné rozmery nejsou omezeny, tj. lze dosáhnout vysoký prurezový modul, resp. moment setrvacnosti (napr. u nosníku, rámu nebo trubek, u nichž je nosný prurez prizpusoben charakteru namáhání).
•
Použití lehkých slitin casto brání neprimerené požadavky na tuhost, houževnatost a mez únavy. Použití pevnejších jakostí oceli a tvárné litiny vylucují zpravidla zase vysoké požadavky na houževnatost a obavy z obtíží pri obrábení. Konzervativní nároky na nekteré vlastnosti materiálu však casto nevycházejí ze skutecných podmínek provozu dílu a mnohdy znemožnují aplikaci vhodnejších slitin. Pri návrhu lehkých soucástí je proto nutné vycházet jen z reálne oduvodnených požadavku. Doporucuje se využívání výsledku pocítacových simulací a speciálních zkoušek mechanických vlastností pri víceosé napjatosti, a to i na vzorcích s neobrobeným povrchem.
•
Konstrukce lehkých odlitku má respektovat predevším obecné požadavky na pevné a tuhé rešení s minimálním sklonem k vnitrním pnutím, tj.: tvarování a dimenzování dle rozložení zatížení (overeného simulací), užívání plynulých, pokud možno symetrických tvaru s velkými polomery zaoblení, užívání malých. tlouštek sten, se zesílením kraju, prírub, styku sten, otvoru apod., užívání dutých profilu, skrínových, rámových a plástvovitých konstrukcí, využívání žebrování, které však nesmí podporovat vznik pnutí pri chladnutí odlitku, delení složitých a masivních dílu na jednodušší tenkostenné cásti, zmenšování technologických
prídavku a snižování tolerancí.
76
Zásady konstrukce levných odlitku. Pri volbe mezi výrobky s obdobnými užitkovými vlastnostmi dává konstruktér i zá:(azník vždy prednost takovému rešení, které je nejlevnejší. Obtížnejší je rozhodování, je-li ~()dnotících kritérií více, ale i v takovém prípade stojí mezi nimi na jednom z predních míst ::.Iedisko ekonomické. V prípade odlitku je ovšem treba zvažovat nejen náklady na zhotovení '-rubého odlitku, ale i náklady na následné obrábení. Levné odlitky se totiž casto ukazují být z duvodu potreby nárocných dokoncujících úprav nehospodárné, a proto se predevším vyplácí :!avrhovat díly tak, aby byla co nejmenší potreba obrábenÍ. K hlavním faktorum ovlivnujícím reálné náklady na hrubý odlitek patrí konstrukce dílu, charakterizovaná jejich velikostí (rozmery odlitku), hmotností a tvarovou složitostí. Od :i se odvíjí spotreba materiálu a pracnost výroby. Pri tom spíše nežli hmotnost urcují výrobní ::1ákladyrozmery odlitku, na nichž závisí potrebná velikost formovacích rámu, spotreba for:novacích smesí a parametry formovacích stroju. Vysoká tvarová složitost pak obvykle zvy~uje nároky na výrobu a zakládání jader i na cištení odlitku. To ovšem neznamená, že by se ::1ely navrhovat pouze jednoduché tvary, nebot nekteré i znacne složité odlitky je možno pri ':hodné konstrukci odlévat jen s malým poctem jader bez mimorádných obtíží. Zvýšené ná~lady spíše prinášejí príliš malé tlouštky sten, které vyžadují peclivou výrobu a skládání fo~;;ma speciální licí techniku. Dále jsou nevýhodné tvary neumožnující delení formy rovinnou ~!ochou, konstrukce s hlubokými nepruchozími dutinami, bocními výstupky mimo delící ro''inu formy, zápornými úkosy (podkosy), vysokými žebry atd. (viz kap. 2.7). Cena hrubých odlitku se v minulosti obvykle odvozovala predevším z druhu materiálu a hmotnosti odlitku. To melo své opodstatnení v relativne vysokém podílu ceny kovu na :dkových nákladech. V poslední dobe ale vzrustá cena moderních slévárenských zarízení a :idské práce, címž u vetšiny odlitku podíl ceny kovu klesá. (Orientacne lze predpokládat, že u xžných odlitku ze slitin železa se pohybuje zhruba kolem 25 %). Cenu odlitku ovlivnují významne i požadavky na jejich jakost. Zvyšování kvalitativ:lÍch požadavku na odlitky totiž zpravidla ve slévárne vyžaduje peclivejší prípravu výroby, ?Oužívání nárocnejší technologie, dražší materiály a zarízení, vyšší kvalifikaci pracovníku, '.-yŠŠípracnost ve výrobe, nárocnejší kontrolu a casto i vyšší podíl zmetku. S tím nutne souvisí : rust nákladu a ceny. Levné odlitky nižší kvality se odberatelum na druhé strane zase nevy?Iácejí pro vyšší náklady na jejich dokoncování a vyšší podíl zmetku zpusobených nedostatky zjištenými až behem obrábení nebo za provozu. Modelové zarízení (modely, jaderníky, podložky, šablony, prípravky pro skládání a :..:ontrolu)je možno zhotovovat z rozlicných materiálu v ruzném provedení a stupni presnosti. ?TI jeho návrhu je urcující predevším plánovaný pocet pocet odlitku, který má být vyroben, ::.na který se tedy vynaložené náklady rozloží. Pro velkosériovou výrobu se vyplácí používat :nodely podstatn~ vyšší jakosti než pro výrobu jednoho ci nekolika odlitku. Jednoduché levné :nodely nemají být používány nad rámec své životnosti, nebot tím klesá kvalit.a odlitku a ros:DU náklady na jejich dokoncování. V prípade, že není predem zrejmé, kolik odlitku se bude .xilévat, nedoporucuje se zhotovovat (pánovat a objednávat) modelové zarízení príliš vysoké ;akosti, ale spíše vycházet z okamžitých potreb. když se to muže zdát nehospodárné, vytvárí se tím príležitost pro budoucí úpravy konstrukce. Navíc muže být puvodní provizorní model ')()zdeji využit jako model materský pro odlití modelu jakostnejšího.
I
Objednaný pocet odlitku (bývá zpravidla menší než pocet odlitku, na které je projek:ováno modelové zarízení) se rovnež podílí na utvárení ceny odlitku. Každá výrobní dávka :otiž vyžaduje urcité cinnosti nezávislé na poctu objednaných odlitku (zpracování objednáv:.::.y,vyhledání a kontrolu modelového zarízení, jeho usazení na strojích, zarazení potrebných i"ormovacích rámu, zaškolení pracovníku atd.) a soucasne zpusobuje prerušení práce na nekte:-ýchpracovištích. 77
• 2.6 Zásady konstrukce odlitku litých do trvalých forem Zásady konstrukce kokilových odlitku Gravitacní lití do kovových forem, oznacované jako kokilové fika, odrážející se i v konstrukci odlitku, které mají být zhotovovány casnosti se do kokil odlévá kolem 5 % z celkové produkce odlitku. litky z neželezných slitin s nižšími teplotami tavení a menší odlitky prínosum tohoto zpusobu lití patrí:
lití, má svoje urcitá specitouto technologií. V souJedná se predevším o odze šedé litiny. K hlavním
vysoká produktivita a nízká pracnost snížené nároky na výrobní plochy a dopravu (odpadají rámy a formovací smesi) zlepšené mechanické vlastnosti odlitku (vzhledem k rychlejšímu ochlazování) kvalitní povrch odlitku, a proto menší prídavky na obrábení vyšší tvarová a rozmerová presnost odlitku lepší hygiena práce ve slévárne K nevýhodám kokilového lití však patrí: vyšší náklady na technickou prípravu výroby (kokila bývá 2 až 5 x dražší než drevený model a 1,5 až 3 x dražší než model kovový) horší zabíhavost slitin ve srovnání s litím do pískových forem (casto nutnost zvýšení tlouštek sten odlitku ve srovnání s litím do pískových forem) omezená možnost používání jader složitejších tvaru výraznejší vliv tlouštky steny na strukturu a vlastnosti odlitku potíže s uvolnováním odlitku složitejších tvaru vznik pnutí pri brždeném smrštování odlitku s dutinami a výstupky (nebezpecí trhlin) omezená možnost použití pro slitiny s vysokými licími teplotami castá zmetkovitost na zacátku výroby zpusobená nedostatkem zkušeností Ekonomicky výhodné je kokilové lití predevším pro menší a jednoduché odlitky ze slitin s nízkými teplotami tavení (AI, Mg, Zn, Sn, Pb). Zde muže úspešne konkurovat klasickým technologiím již pri sérii nekolika stovek odlitku. U složitejších odlitku vyžadujících jádra bývá výroba ekonomická až pro nekolikatisícové série odlitku. Oceli a litiny vyžadují velmi peclivou volbu konstrukce kokil' a používání ochranných náteru nebo výstelek z vytvrzovaných pískových smesÍ. Znacné tepelné namáhání pri lití težších odlitku výrazne snižuje životnost forem. Ta bývá napr. 100 až 10 000 litinových odlitku, ale 10 000 až 500 000 odlitku ze slitin s nízkými teplotami tavení, pri cemž nejvyšší hodnoty životnosti se vztahují na drobné a jednoduché odlitky. Pro konstrukci kokilových odlitku platí v rade ohledu obdobné základní principy jako pro odlitky lité do pískových forem, jako napr. vyhýbání se náhlým zmenám tlouštek a nahromadení materiálu. Masivní cásti odlitku musí být též nálitkovány a rovnež je treba usilovat o dosažení usmerneného tuhnutí. Existuje ale rada zvláštních požadavku na konstrukci kokilových odlitku vyplývajících predevším z rychlého chladnutí slitin v kovových formách a odlišného zpusobu uvolnování odlitku bez možnosti porušení formy. Hlavní zásady navrhování kokilových jsou následující: •
Tvar odlitku má nabídnout volbu delící plochy formy tak, aby bylo umožneno snadné vyjímání odlitku z farmy. Pri tom je vhodnejší, ale ne nezbytné, užít delící plochu rovinnou. Nevýhodné jsou místní dutiny, hluboké kapsy, výstupky a žebra, zejména pokud nesledují smer otevírání formy. Odlitky složitejších tvaru je žádoucí rozdelit na nekolik jednodušších cástí, které se spojují dodatecne.
78
• Tvar odlitku má být volen tak, aby pocet volných cástí kokily byl co nejmenší (zejména pri odlévání slitin železa).
• •
•
Rozmery odlitku mají být co možná nejmenší s ohledem na výrobu kokily, snadnou manipulaci a možnost rychlého zaplnení taveninou. Vnejší plochy odlitku mají být bez výstupku a prohlubní, které vyžadují volné cásti formy a brání smrštování odlitku. Složitejší tvary, napr. výztužná žebra, je nekdy vhodnejší orientovat dovnitr odlitku, kde je lze vytváret pomocí jader. Dutiny v odlitku je možno vytváret pomocí kovových nebo netrvalých (pískových) jader. Pri tom je nutno pamatovat na možnost jejich zakládání a uvolnování z odlitku. Pri lití slitin s nižšími teplotami tavení je dávána prednost jádrum kovovým (snižují pracnost, zlepšují kvalitu povrchu a tesnost odlitkU). Pro litinu a ocel se casteji užívají jádra písková.
• Dutiny,
které budou tvoreny kovovými jádry, mají mít pokud možno rovnou osu a dostatecný úkos (tab. 2.25). V opacném prípade je totiž nutno jádro delit na více cástí (obr. 2.74), címž rostou náklady na výrobu kokily, vzrustá pracnost pri skládání a rozebírání formy a hrozí vznik zatekl in v težko prístupných dutinách odlitku.
•
__
o
J
Obr. 2.74 Jádra pro složitejší dutiny
Tlouštky sten casto bývají vetší než u odlitku litých do pískových forem. Jejich minimální hodnoty uvádené v tab. 2.15 je možno volit pouze pro malé plochy (max. 20 - 40 cm2). Tlouštky vnitrních sten a žeber mají být asi o 30 % menší než sten vnejších.
• Tlouštky sten odlitku mají být rovnomerné, tj. vnitrní obrys má sledovat obrys vnejší a prechody plynulé s velkými polomery zaoblení.
• •
Nezbytné rozdíly v tlouštce sten vetší než 20 % se prekonávají plynulými prechody s úkosem alespon 1 : 4. Odlitek nemá mít rozsáhlé vodorovné plochy, kde zustávají bubliny, nekovové vmestky a bývá tu sklon ke vzniku zavalenin.
•
Je treba zaoblit ostré hrany odlitku, kam kov težko zatéká, a kde rovnež mohou uváznout bubliny plynu. Nevhodná zaoblení na druhé strane komplikují výrobu formy a mohou zpusobit na obrysu odlitku vznik presazení a zatekl in. U tenkostenných odlitku se doporucuje zesílit kraje zesíleny lemem.
•
Kouty odlitku v míste napojení dvou sten mají mít zaoblení s polomerem r = 0,5.(sl + S2). Pro litinu a slitiny medi je pri tom doporucován minimální polomer zaoblení rmin = 5 mm a pro lehké slitiny rmin= 3 mm.
•
Prumery otvoru predlévaných pomocí kovových jader u odlitku ze slitin hliníku nemají být menší než 8 - 12 mm, ze slitin horcíku 6 - 8 mm a z litiny 40 mm. Jen výjimecne je možno predlévat i otvory menší (tab. 2.14). Mezní hloubka (délka) predlévaných otvoru je u litinových odlitku 0,5.d a li odlitku z lehkých slitin 4.d pro d do 6 mm, 6.d pro d od 6 do 12 mm a až 12 d pro d od 12 do 25 mm.
79
•
Funkcní plochy odlitku mají být orientovány tak, aby mohly být vytváreny pokud možno jednou cástí formy. Navíc nemají být v sousedství delící roviny, vtoku, nálitku a predpokládaného vyhazovace sloužícího k uvolnení ztuhlého odlitku.
•
Vnejší úkosy odlitku bývají v rozsahu 0,5 až 10° a vnitrní 1,5 až 20°. Hodnoty pri spodní hranici však znesnadnují vyjímání odlitku z forem a vytahování jader. Doporucované hodnoty úkosu uvádí tab. 2.25. Za cenu vyšších nákladu je možné odlévat vnitrní steny odlitku bez úkosu pomocí kovových delených jader, popr. jader pískových.
•
Do odlitku je možno zalévat vložky. U odlitku z lehkých slitin to bývají casto výztuže, trubky, pouzdra, matice, cepy apod.
•
Presnost kokilových odlitku je ovlivnena velkým množstvím faktoru (presnost výroby a skládání formy, necistoty v delících plochách, tlouštka nástriku, teplota formy, teplota uvolnovaného odlitku, deformace a opotrebení formy). Za nejlepších výrobních a kontrolních podmínek muže presnost kokilových odlitku dosáhnout 1. až 2. stupne presnosti podle CSN 01 4470. Pak lze volit pro neželezné slitiny prídavky na obrábení i pod 1 mm, ale za cenu zvýšených výrobních nákladu. Bežne se užívají prídavky 1 - 2 mm pro odlitky do velikosti 250 mm, 3 mm pro odlitky do 1000 mm a pro vetší odlitky až 4 mm. Doporucení pro volbu prídavku na obrábení kokilových odlitku ze slitin hliníku a litin uvádí tab. 2.26.
Tab. 2.25 Doporucené minimální hodnoty slévárenských úkosu kokilových odlitku do 50 0Vnejší 3350 až 12steny až100 100 2456351,5 11,25 10,75 Materiál Výška [mm] 1,5 0,5 1,25 úkos [0] Vnitrní úkos [0]
Tab. 2.26 Odchylky rozmeru a doporucené hodnoty prídavku na obrábení kokilových odlitku obrábení meru meru 1,2 až 1,8 0,9 1,3 1,7 2,1 2,5 1,5 1,8 ± ±± 0,3 ±až 0,5 0,6 0,8 1,0 až 4,3 2,3 3,5 2,8 1,2 až až až 0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,5 roz0,8 1,4 1,6 2,0 2,2 2,2 2,0 1,0 2,7· 2,5 0,4 0,8 0,6 Prídavek na ±Úchylka 0,5 0,6 0,3 0,8 0,4 1,0 1,0 0,6 0,5 1,2 [mm] rozÚchylka Litiny hliníku [mm] Slitiny [mm]
•
Struktura a vlastnosti slévárenských slitin litých do kovových forem jsou odlišné než pri lití do forem pískových. Proto je nutné konzultovat volbu materiálu a jeho složení se slévárnou a nevyžadovat presné dodržení urcitého složení a kombinace vlastností.
80
•
Pri odlévání litin je treba respektovat zvýšený sklon k tvorbe zákalky na povrchu odlitku a v tenkých stenách. Proto se nedoporucuje volit tlouštky sten odlitku menší než 4 mm. Navíc musí být zajištena grafitizacní schopnost litin vhodnou volbou jejich složenÍ. Slévárny užívají pro kokilové odlitky eutektické až nadeutektické litiny, které s ohledem na vysokou rychlost chladnutí dosahují podstatne vyšší pevnosti než pri lití do pískových forem. Navíc mají tyto odlitky jemnou strukturu, dobrou tesnost (požadovanou u dílu pro hydrauliku, vstrikovace, vysokotlaká cerpadla apod.) a lepší obrobitelnost než odlitky stejné pevnosti lité do pískových forem.
Zásady konstrukce tlakove litých odlitku Tlakové lití je zpusob presného lití, pri kterém se kovové formy plní tekutým kovem pod vysokým tlakem. Ve strojírenství se používá pro velkosériovou výrobu menších presných odlitku ze slitin s nižšími teplotami tavení, zejména ze slitin hliníku, zinku, horcíku a medi. K hlavním prínosum tohoto zpusobu lití patrí: vysoká rozmerová presnost odlitku (malé prídavky na obrábení) velmi kvalitní povrch odlitku možnost odlévání odlitku s velmi malou tlouštkou sten nízká hmotnost odlitku vysoké využití materiálu vysoká produktivita možnost zalévání vložek (tzv. "zálitku") z odlišného materiálu odpadá potreba nálitkování malý pocet dokoncovacích povrchová úprava) pritažlivý vzhled
operací (ostrížení vtoku a zateklin, prípadne obrábení, leštenÍ a
K nevýhodám tlakového lití však patrí: vysoká cena tlakových forem zejména pro tvarove složité odlitky (nástrojové legované oceli, kvalitní povrch, chladící, resp. ohrívací kanály, jádra a vyhazovace) a licích stroju omezený sortiment vhodných slitin (do licí teploty zhruba 11OO°C) omezená velikost odlitku (zhruba do plochy odlitku v delící rovine 2000 cm2 a hmotnosti 20 kg) problémy pri výrobe tvarove složitých odlitku (porezita vzniklá zachycením plynu zpusobuje netesnost odlitku a znemožnuje tepelné zpracování)
vzduchu a
technické problémy (odvzdušnení, eroze, lepení slitiny na formu, vytahování jader) omezená životnost forem: do 104 odlitku ze slitin medi, do 105 odlitku ze slitin hliníku a horcíku a pres 105 odlitku ze slitin zinku, olova a CÍnu. Konstrukce tlakove litých soucástí v se mnoha ohledech liší od konstrukce odlitku litých :.clasickými technologiemi. Ve srovnání s kokilovým litím je hlavním odlišným rysem možnost používání podstatne menších tlouštek sten. To dovoluje výrazne odlehcit slabe zatížené partie soucásti. Pro zajištení požadované pevnosti a tuhosti však bývá nutné odlitky opatrovat ve zvýšené míre žebry. Na druhé strane ale nelze používat k vytvárení dutin v tlakove litých odlitcích netrvalá písková jádra, címž je znacne omezena možnost vytvárení složitých dutin. Proto má konstrukce tlakove litých odlitku nekteré spolecné rysy i s výlisky vstrikovanými z plastu. Ve srovnání s mimi však mají odlitky zhruba o rád vyšší pevnost, o dva rády vyšší tuhost a zhruba 5 x menší teplotní roztažnost za cenu 2 až 7 x vyšší hmotnosti.
81
K hlavním zásadám konstrukce tlakove litých odlitku patrí: • Tvar odlitku je treba prizpusobit technologii tlakového lití tak, aby bylo možno odlitek odlít do pevné fonny tvorené co nejmenším poctem cástí. Pri tom je treba mít na zreteli zejména možnost snadného uvolnení ztuhlého odlitku z fonny. • Dutiny a zahloubení na povrchu je treba navrhnout tak, aby je bylo pokud možno vytvorit výstupky dvoudílné fonny s minimální potrebou jader. Dutiny proto mají mít osy kolmé na delící rovinu fonny a mají se smerem k povrchu odlitku rozširovat. • Vnitrní dutiny vytvárené pohyblivými jádry je treba navrhnout s ohledem na umožnení vytažení techto jader, tedy predevším prímé bez vnitrních žeber a výstupku, s osou pokud možno kolmou na delící rovinu a s úkosem. V prípade nezbytné potreby lze predlévat i šikmé nebo dokonce jednoduché zakrivené pruchozí dutiny a otvory libovolného smeru ve stenách, ale jen za predpokladu, že se jejich prurez smerem k vnejšímu povrchu odlitku rozširuje nebo že je možno jádro rozdelit na nekolik cástí, které se z odlitku vytáhnou ruzným smery. (Jádro muže být vyjímáno i pohybem otácivým nebo vyklopeníin) . • Tvar odlitku má pokud možno umožnit delení formy rovinnou plochou na dve cásti. Nerovná delící plocha totiž komplikuje výrobu fonny i odstranování vtokové soustavy a zateklin. Z hlediska usnadnení dokoncovacích operací je nejvýhodnejší, je-li obrys odlitku v delící rovine rovný ci zaoblený bez vpadlých míst. Cím je tvar odlitku jednodušší, tím více se nabízí variant pro jeho umístení ve fonne. Jejich analýzou je pak možno dospet k optimálnímu rešení z hlediska funkce i výroby dílu. • Ke zmenšení pnutí v odlitcích mají být velké plochy, jejichž smrštování šikmeny nebo prohnuty.
fonna brání, ze-
• Odlitky urcené pro tlakové lití se navrhují s rovnomernou tlouštkou sten, která závisí na druhu slitiny a velikosti odlitku. U drobných odlitku nemá tlouštka sten presáhnout 2 - 4 mm, u velkých 6 mm. Optimální tloušt'ky odlitku doporucuje CSN 429671 (viz. tab. 2.27). U príliš slabých sten hrozí nezabehnutí a praskání. V silnejších stenách je treba zejména u složitých odlitku pocítat s vyšší porezitou. • Pri nadmerném zvyšování tlouštek sten je treba pocítat také s výrazným poklesem pevnosti slitin. Napr. zvýšení tlouštky steny o 100 % vede u hliníkových slitin k poklesu pevnosti až 030 %. To je zpusobeno tím, že nejvyšší pevnost májemnozrnná povrchová kura odlitku o tlouštce 0,3 až 0,6 mm. Proto mají tenkostenné odlitky relativne vyšší pevnost. • Potrebnou tuhost a tvarovou pevnost odlitku se doporucuje zajištovat tzv. technickými žebry. Dále se užívají žebra technologická, která mají usnadnit plnení fonny taveninou. Úkos žeber má být alespon 2°. • Tlouštka sten odlitku má být s ohledem na nebezpecí vzniku porezity nebo vpadlých míst na povrchu odlitku pokud možno rovnomerná. • Je treba se vyhýbat podstatným zmenám tlouštky i z hlediska umožnení plynulého plnení fonny taveninou. Steny rozdílných prurezu se doporucuje spojovat pozvolnými prechody. Pri malých rozdílech v tlouštce pouze zaoblením prechodu nebo spoje sten, pri velkých rozdílech klínovitým prechodem.
82
mm u) dlitku mm
Tab. 2.27 Zásady navrhování tlakove litých odlitku dle CSN 42 9671 30'Mg 3d 4d 6d 2d 10 °2,5 3d 2d 4d 5d 3d 30'až min. 10 8d 4d 0,6 1,0 -15'až30' 1,5 Slitiny Zn, Sn, Pb 2,0 -11,0 2,0 1,0 1,8 2,5 0,8-1,2 1,2 3,0 1,5-2,0 --s-2,5 3,0 1,8 2,5 3,0 4,0 1,5 d-1,5-2,0 2,5 4,0 0,25 0,5 Slitiny AI, Slitiny Cu Nejvetší délka prumeru 1,0nepruchozího Slitiny Doporucené Zn, Sn,tlouštky Pb stenotvoru odlitku v mm d do 25 0,5 s 0,25
• Kouty odlitku v míste napojení sten nebo žeber i hrany odlitku je treba zaoblit. Tím se usnadní prutok taveniny formou a vyjímání odlitku z formy, zabrání vzniku nevhodné struktury a trhlin i zvýší životnost formy a pevnost odlitku. Zaoblené vnejší hrany odlitku zjednodušují výrobu formy, brání poškození odlitku pri dalších operacích a prispívají ke zlepšení prilnavosti prípadných povlaku. Velikost polomeru zaoblení v míste styku sten má být: u spoje sten stejné tlouštky s r = (0,5 až 1).s u sten rozdílných tlouštek Sl a S2
r = (0,3 až 0,7).(SI + S2)
Velikosti vnitrních r a vnejších R polomeru zaoblení se mají volit podle typu slitiny na základe údaju v tab. 2.27, pri cemž má být splnen vztah r + s 2: R. Vnitrní polomer zaoblení odlitku z nízkotavitelných slitin pri tom nemá být menší než 0,4 mm (nejlépe 1,5 mm a více) . • Zaoblování rohu se však pochopitelne nevztahuje na povrchy protínající delící rovinu, kde by znacne zvýšilo složitost konstrukce formy . • Pro umožnení vytahování jader a vyjímání ztuhlých odlitku z formy musí být odlitky opatreny slévárenskými úkosy. Jejich minimální hodnoty v závislosti na typu slitiny uvádí tab. 2.27. Vnitrní úkosy av na plochách, kde smrštující se odlitek svírá výstupky formy a jádra, 83
mají být vetší než úkosy vnejší az . Nejvetší vnitrní úkosy mají být v dutinách tvorených pohyblivými jádry, jejichž osy nejsou kolmé na delící rovinu formy. Zde má být aB ~ 2 av . Tam, kde to konstrukce odlitku dovoluje, se však doporucuje zvetšit úkosy na 1 až 2°. Pro vnitrní steny kolmé na delící rovinu, které jsou tvoreny pevnými jádry a dále pro úzké drážky a malé otvory se dokonce volí úkosy 5 až 10°. • Konstrukci odlitku (polohu delící plochy) a úkosy se doporucuje volit tak, aby odlitek po otevrení formy zustal pokud možno v její pohyblivé cásti, címž se usnadní jeho vyjímání. • Nevhodný sklon ploch odlitku vzhledem k delící rovine znacne komplikuje výrobu forem a snižuje produktivitu práce. Záporné úkosy (podkosy) na vnejších plochách odlitku vyžadují složitejší delení formy. Záporné úkosy na vnitrních plochách (v dutinách) vyžadují používání delených volných jader, která se vyjímají z formy spolecne s odlitkem a po uvolnení zakládají (horká !) zpet do formy. • Otvory o prumeru vetším a délce menší než uvádí tab. 2.27 je možno lít na hotovo. Potrebná jádra jsou v nejjednodušším prípade kolíky upevnené v jedné polovine .formy nebo se vzhledem k ní mohou pohybovat. Je-li to možné, mají mít otvory osy rovnobežné se smerem otevírání formy, nebot se tím zjednoduší její konstrukce a usnadní uvolnování odlitku. • Pri lití velmi malých otvoru hrozí nebezpecí lámání prehrátých jader. Proto je výhodnejší drobné otvory vrtat. • Pri velké vzdálenosti a malém prumeru otvoru muže smrštovací pnutí zpusobit poškození jader. V takovém prípade se doporucuje používat nálitky, které smrštovací síly zachytí (obr. 2.75).
nevhodné
správné
Obr. 2.75 Nálitky pro zachycení smrštovacích
sil
• Vzdálenosti otvoru od kraje odlitku mají být alespon (0,25 až 0,30).s a nejméne 1,5 mm. Z hlediska zeslabení formy nemají být jádra tvorící otvory poblíž steny odlitku. • U nepruchozích vitník a trísky.
otvoru, v nichž budou rezány závity, je treba pamatovat na místo pro zá-
• Odlitky je treba navrhovat tak, aby se jádra navzájem neprotínala. Protilehlé bocní otvory mají být vytváreny dvema samostatnými jádry. Obdobne je nevhodné, když jsou otvory navrženy tak, že jádra musejí procházet obema polovinami zavrené formy (obr. 2.76). • Závity a ozubení v konecném provedení se odlévají pouze výjimecne. S malými náklady je možno odlévat pouze vnejší závity, jejichž osa soumernosti leží v delící ploše formy. V prípade presazení odlitku nebo vzniku zateklin v delící ploše je treba závit dodatecne kalibrovat. Vnejší závity je možno také vytváret pomocí bocních posuvných jader. Lití vnitrních závitu se používá pouze zrídka, protože potrebná jádra je nutno po odlití vyšroubovat. Minimální rozmery litých závitu podle druhu slitiny uvádí tab. 2.28.
84
-----------------------------
nevhodné
správné
Obr. 2.76 Vytvárení dutin v odlitku nekolika jádry Tab. 2.28 Minimální rozmery závitu a ozubení tlakove litých odlitku v mm . minimální minimální prumer prumer -60,5 50,8 Sn AI 10 5 12 10 25 Cu 10 25 Zn 12 0,3 1,25 1,0 0,9 1,0 0,3 - Mg 1,25 2,0 2,0 1,01,5 0,5 Druh slitiny
• Tlakove lít je možno také ozubená kola, pri cemž nejmenší modul se v závislosti na slitine volí podle tab. 2.28. • Casto se do odlitku zalévají vložky, tzv. zálitky, pro zvýšení pevnosti, tvrdosti, odolnosti proti opotrebení apod. nebo pro vytvorení takových výstupku ci dutin, které je obtížné odlít. Nejcasteji se jedná o pouzdra, matice, kolíky, šrouby apod. (Nekdy však muže být jednodušší tyto vložky vkládat až do hotových odlitku.) • Pro zajištení potrebné pevnosti a tuhosti se výstupky na plochách odlitku ukotvují vhodnými žebry. • Výstupky a zesílení na odlitcích mají za následek nerovnomerné stahování slitin, což se na pOVTchuodlitku projeví propadlinami. Tyto vady se potlacují pozvolnými prechody nebo zmenšením rozdílu v tlouštkách. Povrch odHtku je možno opatrit i žebírky nebo melkým reliéfem, který vadu skryje. • Je-li vyžadován vzhledný povrch odlitku, je treba se vyhýbat rozsáhlým rovným plochám, na kterých se každá nedokonalost zviditelní. Doporucuje se tyto plochy ponekud zakrivit nebo opatrit reliéfem, znaky apod. • Mají-li být na povrchu odlitku znacky, nápisy, císlice apod., je treba zvážit výrobní obtíže. Vpadlé znaky prinášejí obtíže pri výrobe formy (v prípade nutnosti se obvykle užívají speciální vložky vsazované do formy) a její snadnejší poškozování eroZÍ. Vystouplé znaky znamenají jednodušší výrobu formy. Nesmejí-li znaky vystoupit nad obrys· odlitku, je potom nejlepší jejich umístení na zapuštené plošce. Znaky by mely být umístovány prednostne na plochy rovnobežné s delící rovinou formy. • Konstrukce soucásti musí nabízet vhodné plochy pro umístení vyhazovace, kterým se uvolnuje odlitek z dutiny formy. Protože vyhazovac tlací nekdy znacnou silou na ješte nezcela ztuhlý odlitek, zanechává na jeho pOVTchuotisky a muže zpusobit jeho deformaci. Proto mají být vyhazovací kolíky umísteny tak, aby odlitek co nejméne poškodily.
85
-
3 TECHNOLOGICNOST KONSTRUKCE VÝLlSKU Tvárení plechu za studena, oznacovanéjako lisování, našlo široké poUžití ve výrobe vetšiny strojírenských odvetví. Nejvýznamneji se uplatnuje v automobilovém prumyslu (kde 60 - 70 % soucástí jsou výlisky), presném strojírenství (70 - 85 %), elektrotechnice (60 - 7C %), vzduchotechnice a vytápení, chladírenské technice, všeobecném strojírenství, stavbe lodí, kolejových vozidel a letadel atd. Lisování predstavuje pomerne širokou škálu technologických procesu, ale vzhledem k omezenému rozsahu textu jsou následující kapitoly zamereny pouze na tri nejvýznamnejší, a sice: stríhání, ohýbání a tažení. Výhody výlisku K hlavním výhodám výlisku patrí zejména: • •
Využívání pomerne levných hromadne vyrábených polotovaru. Pomerne nízká hmotnost dílu.
•
Pomerne dobré možnosti pro uplatnení mechanizace a automatizace procesu. Proto nízká pracnost a vysoká produktivita, zejména v sériové a hromadné výrobe. Zpevnení materiálu v místech plastické deformace. Omezené zdroje vad a výrobních odchylek, a proto nízké nároky na kontrolu jakosti. Jakostní povrch soucástí, a proto malé nároky na dokoncující operace. Vzhledem k vlastnostem užívaných materiálu a malým tlouštkám jsou výlisky výhodnými polotovary pro složité svarované výrobky, u nichž je možno dosáhnout velmi príznivého pomeru tuhosti (resp. pevnosti) k hmotnosti.
• • • •
Nevýhody výlisku K hlavním nevýhodám výlisku patrí: • • • • • •
Vysoké náklady na porízení nástroju. Dlouhá doba prípravy výroby (s výjimkou pracovišt užívajících CNC lisy). Obtížná volba materiálu pro výlisky s požadovanou vysokou pevností, která Je protikladem dobré tvaritelnosti za studena. Omezená tuhost, a tím i presnost rozmernejších výlisku. Omezená možnost místního zvýšení tuhosti ci pevnosti (nelze plynule menit tlouštky sten, místo žeber se zde užívají pouze prolisy, žlábky nebo lemy). Omezená tvarová složitost.
• U složitejších
výlisku nízké využití materiálu.
3.1 Volba materiálu výlisku V olba materiálu
výlisku
bývá zpravidla kompromisem hledisek konstrukcních, V Dli se vždy nejlevnejší materiál, který vyhoví funkci soucásti a soucasne usnadní nebo zjednoduší výrobní proces.
technologjckých a ekonomkkých.
Stríhat lze úspešne plechy z materiálu do pevnosti 1000 až 1200 MPa. Nejkvalitnejší strižnou plochu mají materiály polotvrdé, zvlášte pri vetších tlouštkách plechu. Výstrižky se méne deformují, tlouštka se pri strižné hrane méne ztencuje. Ani opotrebení britu není v porovnání se stríháním mekkých materiálu výrazne rychlejší. Strižná síla je ovšem úmerne s pevností vetší, tj. je vetší i potrebná velikost lisu a namáhání nástroje. Výraznejší je i rázový charakter strihu, nebot k zvýšené strižné síle tu pristupuje i zkrácení tzv. plastické cásti strihu, na jejímž konci se dostavuje maximum strižné síly. Polotvrdé materiály jsou také méne citlivé 86
otupení rezné hrany a tvorbu otrepu. Vykazují menší hloubku zpevneného pásma pri ~:žné ploše. Strižná mezera mezi brity muže být (vlastne má být) vetší než pri stríhání - ~kkých materiálu, což je výhodné zvlášte u plechu malých tlouštek. Polotvrdé materiály ~'.'ají rovnež nejlepší výsledky, je-li treba zpresnit rozmery dílu ci zlepšit jakost strižné :...:,chy pristrihováním. :.2.
U mnohých materiálu lze získat vhodnou vyšší tvrdost také tepelným zpracováním .:e"x> tvárením (napr. bainitickou strukturu tepelným zpracováním, zpevnení .preválcováním .:::.smdena apod.). K ohýbání je treba volit materiály dostatecne tvárné. Bližší urcení závisí na geometrii. -=::bu a nekterých dalších cinitelích. Méne odpružují mekké, tvárné materiály, jsou-li však ::t-:iš tažné, znacne se v míste ohybu ztencují. Tvrdší materiály vyžaduji zvetšení polomeru -=:"buajsou citlivejší na smer osy ohybu vzhledem k smeru vláken. K hlubokému tažení je treba materiál s nejvyšší hlubokotamostí (jež je závislá ::r:·jevším na jeho složení vcetne obsahu plynu), s jednofázovou strukturou (prítomnost :::-~é,méne tažné fáze znacne zhorší celkovou tažnost, zvlášt má-Ii tvar lamel ci jehlic, _'Dbících jako vruby). Dále se stejnomerným, jemným zrnem a rozložením strukturních :žck, stejnomerností mechanických vlastností, bez vnitrních pnutí a bez následku tzv. s±-autí. Temto podmínkám nejvíce vyhovují materiály velmi cistého složení, s nejnižším C'S2.hemnecistot a plynu, s peclivé dodržovaným zpusobem hutní výroby a dokonalým ?;dným zpracováním. Dalším požadavkem je cistý, lesklý povrch plechu, bez okují a -"".:hanického poškození a úzký interval odchylek tlouštky plechu. I pro lisovny, kde se ~
,
Obsah uhlíku Pevnost v tahu 280 max.220 -plechy 360 380 340 400 Mez kluzu max. min. 240 35 max.230 220 40 Tažnost 45 260 max. max.0,10 0,07 0,08 [MPa] [MPa] 3.1 min. Príklady na pro tažení [%] 30 ocelí [%] :macení
0,4 až
I
dle
Z predešlého je patrné, že smernice pro volbu druhu materiálu jsou u uvedených :.-nologií dost rozdílné, a proto je sortiment nabídky hutní výroby velmi široký. Je však ~0ruCOVánOvytvorením závodní normy pocet druhu materiálu zúžit podle predvídaného rr:2bního programu lisovny. Jen tak je potom možné využít lépe vstupní množství materiálu ~d), urychlit nábeh nové výroby, využít lépe strojního vybavení lisovny i zkušeností ~-ovníku s urcitými druhy plechu (méne zmetku). Sortiment druhu muže být zúžen také _:0, že obmenit vlastnosti materiálu muže i sama lisovna (tepelným zpracováním, ~c:nením apod.).
87
3.2 Presnost výlisku Presnost pri strižných operacích závisí na: • • •
presnosti výroby strižníku a strižnice, konstrukci nástroje a zpusobu zajištení polohy materiálu soucásti pri stríhání, druhu a stavu stríhaného materiálu,
• •
druhu a stavu nástroje, velikosti strižné vule,
•
tlouštce a presnosti rozmeru stríhaného materiálu.
Pri stríhání soucásti z materiálu do tlouštky 4 mm o rozmerech menších než 200 mm se dosahuje presnosti v rozsazích základní tolerance IT 12 až IT 14. V strihadlech se zvýšenou presností, s vodícími stojánky a zarízením k pridržení polotovaru lze dosáhnout presnosti IT 9 až IT 11. Ve speciálních strihadlech pro presné stríhání IT 6 až IT 8. Základní cinitelé ovlivnující jakost povrchu stríhaných ploch jsou: • •
konstrukce a stav strihadla, zejména jeho strižných hran, velikost a rovnomernost strižné vule,
•
mechanické vlastnosti strJ.'hanéhomateriálu. Se stoupající tvrdostí se jakost zhoršuje,
•
pocet zdvihu lisu. Do tlouštky plechu 1 mm se u rychlo bežných lisu (pocet zdvihu 400/min) dosahuje lepší plochy. Drsnost povrchu pri vystrihování se dosahuje Ra = 3.2 až 6,3 /lm, pri ostrihování a derování Ra = 2,5 až 6,3 /lm.
Presnost ohýbaných výlisku závisí na: •
tvaru a rozmeru výlisku,
• •
stejnorodosti mechanických vlastností výchozího materiálu, stejnorodosti tlouštky výchozího materiálu,
• • •
poctu ohybu, druhu a presnosti ohýbadla, zarazení kalibrování po ohýbání.
Presnost výtažku závisí na: •
tvarové složitosti a rozmerech výtažku,
•
jakosti práce v lisovne, tj. na jakosti nástroju a dodržení technologických
•
mechanických vlastnostech a pomerné tlouštce plechu.
podmínek,
Cím je plech tvárnejší a tlustší, tím presneji lze rozmery výtažku dodržet. U ocelového plechu k hlubokému tažení se dosahuje u výtažku v závislosti na druhu práce a jakosti materiálu bežne tríd presnosti IT 11 (silné plechy) až IT 16 (plechy s tlouštkou pod 1 mm). Tvárnejší materiály umožnují vetší presnost, napr. mekký hliník až IT 9. Pri velmi presné práci, výborné tvárnosti materiálu a vetších tlouštkách plechu lze dosáhnout až trídy IT 8. Je-li požadována vetší presnost, je treba pridat další tah, tzv. rovnání ci kalibrování výtažku nebo nekteré jeho cásti. Obecne lze také ríci, že výtažky zhotovené nekolika tahy jsou presnejší. Deformace odpružením je totiž nejvetší pri prvním tahu. Presnost výšky výtažku závisí na tom, zda se výtažek na konci tažení ostrihuje ci nikoli.
88
3.3 Technologicnost
výstrižku
Nejrozšírenejším zpusobem zpracování plechu je stríhání. Zhotovené výstrižky pak :nohou být prímo používány nebo se dále zpracovávají. Pri jejich návrhu je treba respektovat :!usledky nekterých nedostatku procesu, k nimž patrí zejména: I • I • I
drsnost strižné plochy, jež vzniká z vetší cásti lomem materiálu; malé zešikmení strižné plochy vlivem strižné vule mezi brity, jež se opotrebením strihadla zvetšuje; zeslabení tlouštky plechu podél strižné plochy - u výstrižku malé šírky a otevreného strihu se projeví ješte zvetšení šírky; zpevnení materiálu do hloubky asi (0,1 až 0,2) s; odchylky v rozmerech výstrižku zpusobené výrobou a hlavne opotrebením strihadla, zešikmením strižné plochy a v malé míre i odpružením; prohnutí nekterých výstrižku ohybovým momentem obou složek strižné síly.
Zabránit uvedeným nedokonalostem je samozrejme možné (napr. tzv. presným síháním, pristrihováním, kalibrováním apod.), ovšem za cenu zvýšení výrobních nákladu iražší nástroj, prídavné operace). Z uvedených vlastností výstrižku vyplývají následující zásady technologicnosti: I
Nezužovat tolerance rozmeru pod mez, které lze dosáhnout pri bežné práci dobré lisovny. Výstrižky porovnávány navzájem jsou témer shodné, jejich rozmery se mení jen vlivem opotrebení nástroje (podle konstrukce nástroje se vnejší rozmery zvetšují, otvory se zmenšují) .
•
Není-li strižná plocha funkcní plochou soucásti, nepredepisovat její drsnost ani kolmost k ploše plechu. Pri obvyklé jakosti strihu má cást strižné plochy odpovídající tzv. plastickému strihu (sahá do hloubky h = 0,6 s až 0,1 s podle tvrdostí plechu) drsnost Ra = 3,2 až 0,8 !-lm, tj. odpovídající približne drsnosti hroetu britu viz obr. 3.1. Za ní je následující cást strižné plochy vytvorená utržením (lomem), s drsností Ra == 3,2 až 6,3 !-lm. Ta je zkosena úhlem 1 až 6° v závislosti na velikostí strižné vule, otupení a opotrebení nástroje. Znacne drsné jsou plochy pri stríhání kotoucovými noži malých prumeru. Otupený nástroj zpusobuje také vznik otrepu (pripouští se do výšky asi 0,1 mm), který se odstranuje omíláním v bubnu, nebo u velkých výstrižku seškrábnutím. Odstranení všech nepravidelností na strižné ploše vyžaduje bud' zvláštní operaci (pristrižení), nebo složitý nástroj (s pridržovaci). Pristrihováním lze drsnost strižné plochy zmenšit na Ra = 1,6 !-lmaž 0,4 !-lm,v nejlepších prípadech bylo dosaženo až Ra = 0,02 !-lm (tvárené výstelky ložiskových pouzder).
I
Rovinnost malých výstrižku z tlustých plechu vetší tvárnosti se muže .porušit vlivem ohybového momentu dvojice strižných sil. Jde zejména o úzké kroužky, podložky apod., viz obr. 3.2. U takových výliskuje treba predepisovat jen nezbytnou rovinnost.
I
Nejmenší velikost otvoru, jež lze bežným nástrojem prostrihnout, závisí na tlouštce s a druhu materiálu (viz tab. 3.2).
I
Je treba vždy dávat prednost otvorum kruhového prurezu.
89
--rr I /
d
/
Obr. 3 .1 Vzhled strižné plochy. h - hloubka plastického strihu, X- zkosení strižné hrany Tab. 3.2 Nejmenší velikost otvoru Obvyklé a s db0,60 0,80 0,50 1,20 s0,80 1,50 0,25 0,35 0,30 sstrižníkem s s 0,40 s, vedeným Derování 1,00 0,40 ss otvoru Tvrdá ocel bpridržovacem - šírka obdélníkového Hliník
mosazapod. pertinax derování d Mekká ocel, Txtgumoid, d - prumerMateriál kruhového otvoru
Obr. 3.2 Defonnace výstrižku ohybem
•
Je treba dodržovat minimální vzdálenost mezi otvory nebo otvoru od okraje výstrižku dle obr. 3.3. Uvedené údaje platí pro polotvrdý ocelový plech Rm = 500 MPa. U mekcích materiálu je treba uvedené vzdálenosti zvetšit o 20 až 25 % u plechu tlouštky s S 1,5 mm a o 10 až 15 % u plechu hrubších. a
a ..o
a ~ 0,8s, b ~ s, c ~
1,5s.
L
Obr. 3.3 Vzdálenost otvoru od okraje výstrižku
90
•
Šírka vycnívajících cástí nebo nejmenší šírka štíhlých výstrižku (obr.3.4) má být š ~ 1,5s.
•
Rohy na výstrižku mají být sraženy nebo zaobleny. Sražení 45° je nezbytné, vzniká-li obrys postupným strihem, viz obr. 3.5. Polomer zaoblení rohu pri uzavreném strihu má být tím vetší, cím je roh ostrejší. Podle tvrdostí materiálu lze doporucit jako nejmenší úhel rohu (hrotu nebo zárezu) dle obr. 3.6: a 2: 90° u tvrdých plechu Rmt > 600 MPa a 2: 60° u tvrdých plechu Rmt> 300 MPa a 2:60° u mekkých plechu Rmt> 300 MPa a 2: 45° u mekkých plechu Rmt< 300 MPa
b).
Obr. 3.4 Šírka vycnívajících cástí a nejmenší šírka štíhlých výstrižku
Obr. 3.5 Úprava rohu výstrižku - a) nevhodný tvar, b) vhodný tvar pro postupný strih
Obr. 3.6 Nejmenší úhel rohu, hrotu a zárezu •
Zmenšit úhel rohu je možné, je-li roh zaoblen polomerem r> 0,5 s nebo zkosen k > s.
•
U vnejších rohu (hrotu) se tlouštka plechu u vrcholu zeslabuje tím více, cím je úhel menší, materiál tvárnejší a plech tlustší. Touto vadou netrpí vnitrní rohy (zárezy, avšak jsou-li príliš ostré, vyžaduje výroba nástroje velkou péci, obzvlášt není-li strižnice delená).
91
•
Velmi ostré rohy lze vyrobit jen na dve operace - viz obr. 3.7 a. Pr esnost rozmeP2 takových výstrižku znacne kolísá již pri malých nepresnostech v podávání (obr. 3.7 a 3.8).
I a - zvetšení chyby tvaru pri postupném stríhání ostrých rohu
b - výstrižek
Obr. 3.7 Dosažení ostrých rohu postupným strihem
b = konst a)
b)
Obr. 3.8 Stríhání ostrých rohu •
Není správné menit na výstrižku polomery zaoblení rohu, strídat ostré a zaoblené rohy viz obr. 3.9.
b)
a)
Obr. 3.9 Zaoblení výstrižku a) nevhodné stríhání ruzne velkých polomeru zaoblení,
a)
b) vhodná úprava
b)
Obr. 3.10 Zaoblení výstrižku a) méne vhodný tvar, b) doporucený tvar •
Plynulé prechody oblouku do prímých cástí obrysu apod. zdražují nástroj a vyžadují uzavrený strih, tj. ztrátu materiálu prepážkami ci postranním odpadem (obr.3.10).
92
•
Vystupující, delší cásti na obryse výstrižku nebo jim podobná zaoblení mají mít alespon výšku h 2: 1,2s (obr. 3.11) .
•
Pri stríhání na nužkách volíme tvary vyžadující co nejmenší pocet strihu (obr. 3.12). Obr. 3.11 Úprava obrysu
1 -'-méne vhodné
Vhodnejší
Obr. 3.12 Tvary pro stríhání na nužkách •
Náklady na materiál jsou v pomeru k celkovým výrobním nákladum na výlisek tím vetší, cím vetší je pocet výlisku. Proto ve velkosériové a hromadné výrobe je rozhodujícím kriteriem technologicnosti spotreba materiálu.
~ Nejvhodnejší tvar výstrižku je rovnobežník, jehož protejší strany jsou stejne tvarovány jako negativ a pozitiv, obr. 3.13. Cím presneji je toto pravidlo dodrženo, tím lepší je využití materiálu. V cetných prípadech lze potom vynechat i prepážky mezi jednotlivými výstrižky .
. -'_'_' __0_._.-
.... c
'/
/
/
,.
/
/
I
/
Obr. 3.13 Doporucené tvary výstrižku s ohledem na spotrebu materiálu •
Nelze-li dodržet tvar negativ - pozitiv, vyhoví také tvar symetrický vzhled~m k ose strany (možnost použití vstrícného strihu, u plechu o tlouštce s = 1 až 2 mm podle tvrdostí materiálu). Pritom muže jít o symetrii negativu s pozitivem obr. 3.14 cipozitivu s
93
pozitivem obr. 3.15. I v tomto prípade se má plocha výstupku rovnat približne ploše vybrání. Trojúhelníkový obrys výstrižku je výhodný, jde-li o rovnoramenný trojúhelník jehož ramena jsou vytvorena otácením téže cásti obrysu okolo spolecného vrcholu, viz obr.3.16. Tretí strana muže být vytvorena podle zásad z predchozího odstavce.
~~s A I
I
I18
Obr. 3.14 Vhodný tvar výstrižku , f
I I
I
II~I
~~I Obr. 3.15 Vhodný tvar výstrižku
I
Obr. 3.16 Vhodný tvar výstrižku
•
Kruhový obrys výstrižku je obecne nevýhodný, ztráta materiálu tu bývá prumerne 30%. Príklad vhodné úpravy kruhového obrysu na úspornejší je na obr.3.17 .
•
Nemusí-li být jednotlivé výstrižky identické a jejich obrys zcela plynulý, nemusí být strižná cára uzavrena a mezi výstrižky je možno vynechat prepážky. Tím lze usporit materiál a obvykle i zdvojnásobí výkon výrobou dvou výstrižku na jeden zdvih (obr. 3.18).
•
Rozvetvené tvary výstrižku jsou velmi neúsporné. Proto je doporucováno nahradit je tvary spojitými (obr. 3. 19). Cím je jednodušší obrys, tím je snazší a levnejší výroba nástroje a jeho údržba, zvlášt u malých výstrižku.
94
b)
Obr. 3.17 Príklad úpravy tvaru stredící vložky. Pri zachování funkce se snížila spotreba materiálu na 52%.
~I
a)
t-
'I
L~
,
] a)
Obr. 3.18 Výstrižky
b)
b)
S
3.4 Technologicnost
Obr. 3.19
vynecháním prepážky
Úprava výstrižku s vynecháním prepážky
výtažku
Technologicnost je predevším závislá na volbe materiálu (viz kap. 3.3), zvlášt' jde-li o výtažky vyžadující vysoký stupen deformace a vetší pocet tahu. Dále je treba pri návrhu výtažku pamatovat na následující zdroje odchylek tvaru a rozmeru: •
Tloušt'ka steny v prechodu dna do plášte je nejmenší, na horním okraji výtažku ci vnejším obvodu príruby je nejvetší. Pri vysokých stupních tažení mohou rozdíly proti výchozí tlouštce být 20 až 30 % v obou smerech.
•
Plášt výtažku bývá mírne kuželový (1 až 3°), což je zavineno jednak tažnou mezerou, jednak odpružením. Je to patrné hlavne u nízkých výtažku z tlustého plechu.
•
Ze stejných duvodu bývají okraje výtažku z tlustých a tvrdších plechu mírne rozevreny (trubkovite).
95
by dp Id
•
Okraj výtažku bývá nerovný, vetšinou je treba pocítat s jeho ostrižením. Prícinou je nestejnomerná tlouštka plechu, nestejné pridržení okraju pri tažení a anizotropie mechanických vlastností plechu (cípy).
•
Zdrsnení povrchu plechu v oblasti velkých pretvorení.
•
Zpevnení materiálu - nejvetší zpravidla na okraji výtažku.
Podobne jako u ostatních zpusobu tvárení plechu existují zpusoby, jimiž lze uvedené nedokonalosti podstatne omezit (napr. jemnejším stupnováním tahu, kalibrováním, kombinací s tažením se ztencením steny ci protlacováním). Znamená to však dražší nástroj ci prídavné operace. Proto se doporucuje: •
Není-li to zcela nezbytné, nepredepisovat predepsat plech vetší tlouštky.
•
Zbytecne nezvetšovat výšku výtažku. Casto zcela malý prídavek nekolika milimetru znamená zvýšení poctu tahu, tj. další nástroj, operaci, mezižíhání atd. Potrebný pocet tahu, jichž je treba k výrobe nejjednoduššího výtažku válcového tvaru (obr. 3.20 a) s rovným dnem, z hlubokotažného plechu, je uveden v tab. 3.3.
a)
vubec toleranci tlouštky
sten výtažku a radeji
b) A
c)
Obr. 3.20 Výtažky; a) kruhový, b) kruhový s prírubou, c) hranatý Tab.3.3 Pocet tahu pro válcové výtažky ruzné výšky Platí pro tlouštku plechu s = D/l 00. U tencích plechu vychází pomer h1d ješte menší a naopak 1 22,5 47531,4 4 0,6 Pomer výšky výtažku k jeho prumeru h1d
Tab. 3.4 Pocet tahu pro výtažky s prírubou Platí pro s = DIlOO. 24531,0 321 Pomerná výška výtažku h1d 2,0 Pomerný prumer 0,5
Tab. 3.5 Výška hranatých výtažku rdmm] hmax [mm]
•
I 50 7
I 100 25 I 142 50 ~ 180
Polomery zaoblení prechodu mezi dnem a pláštem (popr. mezi pláštem a prírubou na horním okraji výtažku a u hranatých výtažku mezi stenami) je treba prizpusobit výhradne procesu taženÍ. Jejich zmenšení znamená vyšší pocet operacÍ. Doporucovaný polomer zaoblení tažníku pro poslední tah má být roven minimálne (3 až 7).s, a to približne:
96
r ~ ( 3 až 4 ).s pro prumer výtažku 10 až 100 mm r ~ ( 4 až 5 ).s pro prumer výtažku 100 až 200 mm r ~ ( 5 až 7 ).s pro prumer výtažku 200 mm a výše Je-li potreba dosáhnout menšího polomeru zaoblení, je nutno zaradit další operaci, napr. kalibrování. •
Nerozširovat zbytecne prírubu u výtažku s prírubou. Pocet tahu potrebných k vyrobení výtažku z hlubokotažného plechu s prírubou, (obr.3.20 b) uvádí tab.3.4. Platí tu však i pravidlo nejmenší šírky príruby: dp ~ d + 12s.
•
Nejvetší výška hranatých výtažku se zaoblenými rohy (obr. 3.20 c),jež lze vyrobit jedním tahem, je uvedena v tab. 3.5. (Platí opet pro ocelový hlubokotaŽllý plech o tlouštce 1 mm, pri polomeru zaoblení prechodu dna do plášte r = 10 mm. Pritom je rbpolomer zaoblení rohu plášte.)
•
Pri dostatecne malé výšce válcovitých výtažku lze použít velmi jednoduchého nástroje bez pridržovace, je-li pri hlubokotaŽllém ocelovém plechu dodržena podmínka: (so I Do) . 100> 5 . [ 1 - 1IMI
],
kde Do je prumer a Sotlouštka prístrihu, MI = Do Id je koeficient tažení.
97
2
Obr.3.21
e) Tvarové rozdelení výtažku podle složitosti výroby
a) tvar prícného prurezu pláštem, b) podélný prurez pláštem, c) tvar dna výtažku, d) tvar príruby, e) kombinované tvary •
Tvar výtažku má nejvetší vliv na potrebný pocet tahu a tím i na výrobní cenu. Pri nesmírné mnohotvárnosti konstrukce výtažku se zatím nepodarilo najít obecná, pravidla technologicnosti pro volbu tvaru. Nejvýhodnejší je výtažek tvaru válce se dnem kolmým k jeho ose a bez príruby. Odchylky znamenají vždy zdražení nástroje, casto zvetšením poctu tahu. Na obr. 3.21 jsou nekteré z variant, jež postupne zvyšují výrobní náklady a znamenají tedy zhoršení technologicnosti konstrukce. Mezi zvlášt obtížné tvary výtažku patrí:
-
podle prícného tvaru plášte: úzké hranaté tvary s ostrými rohy, nesymetrické tvary, plášte na nekterých cástech duté;
-
podle podélného tvaru plášte: kuželové nesymetricky se rozevírající, s místním vetším rozšírením; podle dna: kuželová dna, hluboce tvarovaná, šikmá k ose tažení; podle príruby: široké príruby, šikmé k ose výtažku, nesoumerné šíre, složite tvarované, uvnitr výtažku;
98
•
Príruba výtažku zhotovitelných príruba potrebuje další tah.
jedním
b)
a)
• •
(obr. 3.22). Kuželová
a)
Obr. 3.22 Tvar príruby a) špatne, b) dobre •
tahem má být rovinná
b)
Obr. 3. 23 Prechod plášte VÝtažku a) špatne, b) dobre
Prechody plášte u odstupnovaných výtažku mají být kuželové, sklonené pod úhlem p :::;45° , viz obr. 3.23 . Výtažky s vetším místním rozšírením je nejlépe složit že dvou cástí, viz obr. 3.24 . Tvary vytažené na rozmernejších rovinných soucástech, jako napr. výztužná žebra, lemy otvoru, tvarovaná dna, výstupky na pláštích, reliéfy, vruby a vlny, mají být co nejnižší a vystupovat pozvolna ze základní roviny, obr. 3.25 a.
'-1/ '- I I
II! a)
!
II
l
b) b)
!.!
Obr. 3.24 Výtažek s místním rozšírením a) z jednoho kusu, b) spojený ze dvou kusu •
Obr. 3.25 Žlábkování vytažené na rovinné soucásti
Velké ploché cásti VÝtažku z tenkých plechu je treba vyztužit vhodným (vyboulit, olemovat okraje, opatrit výstupky apod.), viz obr. 3.26.
(;
r
tvarováním
.I
a) c)
Obr. 3.26 Vyztužování výtažku
99
Obr. 3.27 Ploché výtažky s prírubou •
Ploché výtažky obecných tvaru mají mít prírubu tvarovanou, nebo je treba je opatrit na obvodu pláštem a rohy zaoblit, viz obr. 3.27.
3.5 Technologicnost
ohýbaných soucástí
Technologicnost soucástí ohýbaných z plechu závisí znacnou merou na tvárnosti materiálu. Dále na respektování nekterých nedokonalostí technologického procesu pri konstrukci soucásti a specifických pomeru a zvyklostí lisovny. Mezi nedokonalosti ohýbání patrí: •
Nepresnost úhlu ohybu, zpusobená ruzne velkým odpružením pri ohýbání za studena, jímž se úhel ohybu zmenšuje a polomer ohybu zvetšuje. Prumernou velikost odpružení vyloucí technolog úpravou geometrie nástroje, avšak úchylky zpusobené nestejnomerností mechanických vlastností materiálu a tlouštky plechu se dají zmenšit jen složitejším nástrojem nebo prídavnou operací.
•
Deformace prurezu v oblasti ohybu a cástecne i v prilehlé cásti ramen. Nejvýraznejší je zmenšení tlouštky. Deformace šírky je patrná pri ohýbání úzkých pásu ci profilu.
•
Deformace ramen poblíž oblasti ohybu pri tzv. volném ohybu.
•
Nepresné umístení místa ohybu (nepresné délky ramen) vyvolané nesprávným polotovaru a nestejným trením na hranách celistí.
•
Nestejný tvar ohybu po jeho délce, zpusobený šikmostí okraje plechu k ose ohybu.
•
Porušení materiálu (trhliny) na vnejší strane ohybu, zpusobené malým polomerem ohybu, malou tvárnosti materiálu, nerespektováním smeru vláken nebo uložením prí strihu otrepem k vnejší strane ohybu.
•
Zpevnení materiálu v oblasti ohybu vyvolané deformací za studena.
uložením
Nedokonalosti bežného postupu lze samozrejme podstatne zmenšit (rovnáním, kalibrováním, ražením, tvarováním oblasti ohybu, nabráním materiálu apod.), avšak výrobní náklady se tím zvýší (dražší nástroj; prídavná operace). Zásady, které je nutno dodržet v zájmu kvalitního výrobku: •
Polomer ohybu volit pokud možno malý, aby se zmenšilo odpružení. (Odpružení lze zabránit také tím, že se v míste ohybu vytáhnou žebra nebo prolisy.) Nejmenší polomer ohybu (tab. 3.6) však je omezen: U tažných materiálu nejvetším prípustným zmenšením tlouštky v oblasti ohybu (obvykle na 0,8s). I u velmi tvárných materiálu je prakticky neproveditelný ostrý ohyb (s polomerem r < 0,3 mm). U méne tvárných materiálu ztrátou soudržnosti (trhlinami) na vnejší strane ohybu. Orientací osy ohybu vzhledem kvláknum. Stavem vnejších hran. Náchylnost k praskáni zvyšují trhlinky vzniklé pri vystrižení polotovaru. Proto je nutné stranu s otrepem dát dovnitr ohybu, nebo otrep dokonale odstranit a vnejší hrany polotovaru zaoblit.
100
Tab. 3.6 Minimální polomery ohybu plechu.
:':ejmenší hodnoty platí pro plechy bez otrepu (se zaoblenými ci sraženými hranami) ?ri úhlu ohybu menším než 90° je treba polomer zvetšit o 10 až 3 O %. . ....... ". •.. , ',',.'0· .... vláken Rm 320 -ss 500 (0,3 0,7) 0,5) 1,0) s (0,5 až až 1,0)1,5) (1,5 3,0) (1,0 s MPa Ohyb napríc smeru (0,7ažl,5)s (0,5 1,5) 1,2) (1,0 až 2,0) (2,0 6,0) (1,5 3,0) Ohybaž ve smeru F'.... :.... o :,. '"fke smeru vláken plechu r "
"
"
~
Tab. 3.7 Tolerance délky ramen
'b~~ ~< ~<~ ~<
I
I
C
s± ±1 ±1 do 100-150 do 50 50 ± +1 0,5 ±0,4 0,4 1,5 0,8 0,6 0,8 0,8 ±0,6 1± ±0,6 -50-100 ±±1 ± 3±2 1,5 1,5 0,6 0,8 + 0,3 ±2,5 1,2 [mm] ±±100-150 ±0,8 1,5 1±2 -0,5 1±1 -1330,5 ±
A
B
A
I
101
•
Nezmenšovat tolerance rozmeru ohýbaných soucástí pod hranici, jíž lze dosáhnout pri bežném zpusobu ohýbání. Smerné tolerance výlisku jsou uvedeny v tab. 3.7 až 3.9. Hodnoty platí pro ohyb 90°, pri vetším úhlu ohybu je treba tolerance zvetšit. Vliv na toleranci polomeru ohybu má materiál, druh ohýbání, tolerance tlouštky plechu apod. Tlouštka plechu v míste ohybu se zmenšuje tím více, cím je menší polomer ohybu a cím je tažnejší materiál. Ztencení zasahuje cástecne i do ramen. Doporucuje se pripustit zeslabení tlouštky o 20 %.
•
Obecne: rozmery ponechávat netolerované, kde to jen funkce soucásti pripouští.
Tab. 3.8 Tolerance polomeru 1 ohybu~ ±±±2 0,5 ±3 Tolerance do 1 [mm] 350 MPa, hybu m] r 400 300 MPa Materiál 20 620 tvrdá ocel = 600 MPa do 3Rmt mekká ocel, mosaz
Tab.3.9 Tolerance úhlu ohybu ±3° 3° 2-4 30' 1° ±±± 1,5° ± 30' 15' Pomerný polomer ohybu 1-2 ± 5°rls strednepolotvrdá tvrdá ocel mosaz
•
Okraje polotovaru mají být v oblasti ohybu kolmé k ose ohybu. Není-li tomu tak, budou okrajové cásti deformovány, polomer ohybu bude pri krajích vetší, viz obr. 3.28 .
•
Místo ohybu má být uvolneno od neohýbaných cástí materiálu, jinak nebude ohyb pravidelný, okraje se popr. natrhnou, viz obr. 3.29.
V//////////// .
a)
..
~
"'-
b) a)
Obr. 3.28 Úprava výchozího materiálu pro ohýbání - a) bez okraju, b) kolmé okraje •
oj
Obr. 3.29 Konstrukcní úprava soucástí pro ohýbání - a) špatne, b) dobre
Ohyb nemá ležet pri okraji materiálu, tj. rameno musí mít urcitou nejmenší délku, aby se dal ohyb bez zvláštních opatrení provést, viz obr. 3.30. Nejmenší délka ramena b má být: pri r < 1 mm pri r> 1 mm
b ~ 3s + r , avšak nejméne 2 mm b ~ (2,5 až 3) s
102
•
Nemají-li se konstrukcní prvky (napr. otvory) ohybem deformovat, musí být dostatecne daleko od oblasti ohybu, viz obr. 3.31. Nelze-li tuto podmínku dodržet, je treba deformaci zabránit odlehcovacím otvorem prímo v oblasti ohybu (obr. 3.31 c).
~t~
~'- -~ a)
ITfJeJ~
b)
b)
a)
Obr. 3.30 Úprava výlisku pro ohýbání a) ohyb príliš u kraje, b) ohyb se správnou vzdáleností od okraje
•
c)
a 2: r + 2s Obr. 3.31 Vzdálenost otvoru od ohybua), nesprávná, b) správná, c) zmenšená pomocným otvorem
Krátká a pritom nestejne dlouhá ramena zpusobují pri ohýbání klouzání materiálu na stranu delšího ramena, tj. posunutí místa ohybu. Také nestejná šírka ramen má podobný úcinek. Má-li se tomu zabránit, je treba upravit v oblasti ohybu otvory pro závesné kolíky k, které posunutí zabrání, viz obr. 3.32.
a)
.c
b)
c)
Obr. 3.32 Pri nestejné délce ramen od ohybu nebo šírce je treba opatrit nástroj kolíky k
a)
b)
a) Obr. 3.33 Zakružování - a) úplné - nevhodné b) neúplné - vhodnejší
b)
Obr. 3.34 Úprava ohýbané soucásti a) nesprávne, b) správne
103
•
Zakroužení plechu až k o1craji vyžaduje prídavnou operaci. Není-1 i to tedy nezbytné pro funkci soucásti, netrvat na nem, viz obr. 3.33.
•
Složité soucásti tvarovat tak, aby pocet jednotlivých ohybu byl nejmenší a ohýbalo se jedním smerem. Ohýbání obema smery vyžaduje vždy odstranení otrepu, popr. zaoblení všech hran, zvlášt u tlustých plechu, viz obr. 3.34 .
•
Soucásti s pomerne velkými polomery ohybu jsou málo tuhé. Je potrebné je v míste ohybu vyztužit prolisy, obr. 3.35. Prolisu se používá i k zmenšení tolerance úhlu ohybu.
LLL a)
*:1-9b)
c)
Obr. 3.35 Zpevnení ohýbaných soucástí prolisy
a)
Obr.3.36
b)
Úprava výlisku k snadnému vyjímání a k vhodné konstrukci pohyblivé celisti
•
Polomery ohybu je treba typizovat závodní normou k omezení pocet rozmeru. Na soucásti se nemají polomery ohybu strídat.
•
Neuzavírat soucást vícenásobnými ohyby tak, aby musela být pohyblivá celist složitého tvaru a aby se zakládání ci vyjímání soucásti stalo nesnadné, viz obr. 3.36.
•
Na vý1cresech ohýbaných soucástí kótovat ty rozmery, jež odpovídají rozmerum ohýbacích ústrojí nástroje, obr. 3.37. Oblouky o vetších polomerech kótovat uvedením výšky oblouku.
Obr. 3.37 Kótování výlisku
104
4 TECHNOLOGICNOST
KONSTRUKCE
VÝKOVKU
Ve tvárení kovu, zejména ocelí, rozlišujeme primární metody hutního tvárení a metody strojního tvárenÍ. Úcelem hutního tvárení je rozrušení licí struktury tj. zlepšení mechanických vlastností a výroba hutních polotovaru. Výchozím polotovarem pri hutním tvárení jsou predevším ingoty. Patrí sem metody: volné kování, válcování, protlacování a objemové tažení. Typickými výrobky jsou kované bloky, tyce, válcované bramy, bloky, sochory, tvarové vývalky, protlacky, tažené tyce a trubky. V soucasné dobe se tato tzv. "ingotová" cesta opouští a nahrazuje se metodami kontinuálního lití. Úcelem strojního tvárení je predevším zmena výchozího tvaru. Výchozím polotovarem jsou obvykle tvárené polotovary z hutní prvovýroby (tyce, desky, plechy, trubky apod.) nebo kovárské ingoty a polotovary získané kontinuálním litím (kontislitky). Metody strojního tvárení lze rozdelit na metody plošného tvárení (lisování, tažení, ohýbání, ... ) a na metody objemového tvárení (kování, protlacování, ... ). Pri plošném tvárení je výchozím polotovarem plech, materiál se pretvárí prevážne ve dvou smerech, u soucásti je nutné pocítat s odpružením. Tvárení obvykle probíhá pri pokojové teplote. Do objemového tvárení se zarazují technologie, pri kterých se materiál premístuje ve všech smerech a casto dochází k velkým zmen.ám v prurezu. Elastická deformace je zde zanedbatelná. Tvárení probíhá jak za vysokých teplot, tak i za studena (pri pokojové teplote). Rozhodujícími kritérii pro volbu príslušné technologie je druh a jakost tváreného materiálu, dále hmotnost, velikost a tvarová složitost tvárené soucásti, požadovaná presnost a sériovost s rozdelením do výrobních dávek. Podle techto požadavku se volí príslušná technologie a použité výrobní zarízení. Volba je dále ovlivnována ekonomickými a ekologickými požadavky. V poslední dobe k tomu pristupuje i rada legislativních opatrení. Výhody a nevýhody výkovku Podstatou kování je trvalá zmena tvaru výchozího polotovaru pri zachování objemu, aniž dochází ke zmene ve výchozím složení materiálu. Zmena tvaru je umožnena díky krystalické stavbe kovu a vzniku plastické deformace premístováním atomu. Kováním lze optimalizovat výrobu z ekonomického pohledu a dosáhnout požadovaných funkcních vlastností vý_ :.covku.Pri tvárení za studena, kdy dochází k deformacnímu zpevnování, lze soucasne se zme:lOUtvaru zvýšit nekteré mechanické vlastnosti výkovku. Tvárením za tepla, kdy dochází :.crekrystalizaci, lze dosáhnout jemnozrnné struktury a tím i zlepšení mechanických vlastností. Dalším charakteristickým znakem výkovku je vláknitá, rádkovitá ci rekrystalizovaná struktura. Dusledkem je anizotropie mechanických, prípadne i chemických vlastností. Tento ~fekt je dán hutní výrobou výchozího polotovaru, prítomností necistot (vmestku a vycezenin) '/e výchozím materiálu ci segregací doprovodných prvku na hranici puvodních zrn. Vláknitá 5truktura znamená, že ve smeru vláken má výkovek vyšší pevnost než kolmo k vláknum. Této -:lastnosti lze s výhodou využít pri výrobe silne namáhaných soucásti, kdy prevládající tahová ohybová napetí mají být ve smeru vláken (výroba háku) a smyková napetí mají pusobit ~:olmo na smer vláken (kování ozubených kol). V prípade vysokého dynamického namáhání ::iOtovésoucásti se doporucuje volit výrobní postup tak, aby prubeh vláken odpovídal tvaru ,.-ýkovku. Kovaný povrch zlepšuje únavové vlastnosti výkovku a rovnež snižuje hlucnost, což se uplatní pri kovaném ozubenÍ. Dále uvádené výhody a nevýhody výkovku, pri porovnání s -..ýrobky ostatních technologií, jsou vždy relativní vzhledem ke zvolenému kritériu.
:i
Pri porovnání s odlitky se uvádí, že výkovky mají vyšší pevnost, houževnatost, mez ':lnavy a životnost, možnost orientace struktury ve smeru nejvetšího zatežování, lepší výsledky :epelného zpracování. Velké volne kované výkovky a válcované kroužky mají kratší dodací
105
lhuty, pri kusové výrobe jsou levnejší než odlitky. U odlitku je však možné dosáhnout podstatne vyšší rozmanitosti tvaru. V porovnání se svarenci pri sériové výrobe jsou výkovky levnejší (úspora materiálu), mají lepší metalurgické a pevnostní vlastnosti (svar má licí strukturu a muže být zdrojem trhlin), zkoušení a výroba výkovku je jednodušší. Svarence vyžadují nárocnou volbu prídavných materiálu a podmínek svarování a mají vetší rozptyl výsledku v rámci jedné série. V porovnání s obrobky mají výkovky vyšší využití materiálu. Obrobek obvykle nemá vhodnou orientaci struktury, nebot zde dochází k prerušování vláken. Pri sériové výrobe se kování vyznacuje vysokou produktivitou a krátkými výrobními casy. Obrábením lze však dosáhnout lepší jakosti povrchu a vyšší rozmerové presnosti. Kování je obecne charakterizováno všestranným tlakovým stavem napjatosti, a tudíž potrebné síly a energie jsou mnohem vetší než u jiných technologií. Stroje pro kování jsou podstatne robustnejší a tužší konstrukce, než napr. pri obrábení. Potrebnou sílu je možné snížit ohrevem, pak je ale nutné zaradit ohrev materiálu a zhorší se kvalita povrchu výrobku. Tvárecí nástroje jsou tvarove složité, casto velké a hmotné a jejich výroba vyžaduje dobre vybavené dílny s vysoce kvalifikovanými remeslníky. Z techto duvodu se kováním musí vyrábet urcité minimální množství, aby výroba byla hospodárná.
4.1 Zásady volby technologie kování Pri kování se materiál deformuje úderem nebo tlakem, aby se dosáhlo požadovaného tvaru. Tok materiálu je pritom ovlivnován teplotou kovaného materiálu, velikostí pretvorení a rychlostí pohybu nástroje. Další faktory, které hrají duležitou roli, jsou tvarová složitost a hmotnost (rozmery) výkovku. S tím úzce souvisí potrebné výrobní a manipulacní zarízení. Jeho volba je ovlivnena i požadovanou presností a sériovostí výroby. Konecný tvar výkovku nelze obvykle dosáhnout v jediné operaci. Z tohoto pohledu je treba zaradit operace prípravné, dokoncovací a pomocné. V prípade kování za tepla pribude ješte ohrev, tepelné zpracování a cištení. Existuje zde tedy trístranný komplexní vztah mezi strukturou výrobku, výrobním procesem a konecnými vlastnostmi výrobku. Rozlišujeme dve základní technologie: zápustkové a volné kování. Rozdílnost v jejich nasazení je dána hlavne hmotností kovaného kusu, tvarovou složitostí a požadovanou sériovost. Jejich strucná charakteristika a možnosti jsou následující: Pri zápustkovém kování se pretvárí obvykle celý polotovar, tvar nástroje odpovídá tvaru výkovku. Používá se pro výrobu malosériovou až hromadnou. Tvárí se pri všech teplotách, pro težko tvaritelné materiály za tepla, pro neželezné materiály za tepla i za studena. Ve speciálních prípadech se používá kování za poloohrevu ci izotermické kování. Tvar výkovku muže být jak jednoduchý tak i velmi složitý. Nejbežnejší technologií je kování s výronkem za tepla, kde prebytecný materiál je odstranován ve forme otrepu. V prípade požadavku vysoké presnosti a dostatecné sériovosti se používají metody presného kování. Zápustkový výkovek se obvykle kove na více operací. Predkovací operace obecne zahrnují objemové rozdelení materiálu tj. hrubé prizpusobení požadovaným prurezum, dále ohýbání v jedné nebo více rovinách k získání hrubého tvaru výkovku a konecne vlastní predkování, kdy se získá již témer hotový tvar výkovku, ale obvykle s vetšími polomery zaoblení a vetšími výškovými rozmery. Pocet predkovacích operací je závislý na tvaru výkovku, na hmotnosti výkovku, ha požadovaném poctu kusu a na požadované presnosti. Nekdy je lze provádet i metodami volného kování. Konecný tvar výkovku se získá kováním v dokoncovací . dutine. Pri volném kování se pretvárí vždy jen omezená cást materiálu, konecný tvar se vytvárí postupne. Provádí se pomocí jednoduchých univerzálních nástroju tvárením za tepla.
106
Tvar nástroju není svázán s konecným tvarem výkovku. Polotovar je zde vždy vetší než nástroj. Tvarová složitost výkovku je malá. Vyžaduje se zde vysoce kvalifikovaná pracovní síla a pokud nenásledují další tvárecí operace, pak je témer vždy nutné obrábení. Tato technologie se používá zejména pro výrobu hutních polotovaru, které se používají pro další zpracování, pro kusovou a malosériovou výrobu, kde se nevyplatí použít zápustky a pro výrobu težkých výkovku, které nelze vyrábet na bežných bucharech a lisech. Skladba nákladu Náklady na výrobu daného výrobku lze rozdelit na prímé náklady (predevším náklady na materiál, mzdy, nástroje) a na neprímé náklady (predevším režie, zisk). Podíl jednotlivých nákladu se muže znacne menit podle prumyslového sektoru, typu technologie, prípadne podle regionu. V oblasti tvárení kovu platila v západních zemích na konci 20.st. tato skladba: Tab. 4.1 Skladba nákladu na výrobu soucástí tvárením mzda energIe 5% 5% sazba 10% 3% režie 12% dan 7% sklad zisk 10% úroková 2% 3% 5% 8%30% Neprímé vstupní materiál transport náklady
V oblasti kovárenského prumyslu nejduležitejší nákladové položky jsou náklady na materiál, na mzdy (vcetne pojištení a odvodu) a na náradí. Udávané procentuální rozmezí se casto liší zejména podle regionu, typu výroby a situace ve svetovém obchodu. Pro oblast zápustkového kování lze orientacne použít data z tab. 4.2. Tab. 4.2 Rozdelení nákladových položek u výkovku materiál režie náradí 35-40% 20% 20-25% 30% 8% 6-8% 50% zisk 30-40% 10% 7-8% 8% 5-10% 1-10% 44-50% 7,5% mzdy 20-40% energIe ,
Uvedený procentuální podíl neplatí v prípade volného kování, kde podíl materiálu na cene výkovku je v rozmezí 60 až 70%. Nejvetší rozdíly jsou ve mzdových nákladech, které jsou procentuálne nejvyšší v Nemecku, nejnižší pak v Severní Americe (cca 20%). Tato skladba se dále muže znacne zmenit, pokud se vezmou v úvahu celkové náklady na hotovou soucást, tj. vcetne nákladu na obrábení. Tento propocet je nutný zejména v prípade zavádení metod presného zápustkového kování, kdy pri vysoké sériovosti lze snížit prídavky na obrábení a vyrobit tvarove presnejší výkovek, ale úspory na materiálu by nekryly náklady na výrobu a na náradí. S rostoucí sériovostí klesají celkové náklady na výrobu dané soucástí, a to zejména díky úsporám na obrábení, nebot náklady na výrobu výkovku rostou.
107
í
Tab. 4.3 Skladba nákladu na hotovou soucást v závislosti na sériovosti Série
I
32 22% 14 38 30% 19 20% 22% 12 19 52% 86% 7Náklady % % 2% % % %%. '1 20% 100 ara 1 Celkové výkovku Výroba I N'v d' Náklady
matena
Na základe vycíslení nákladu se stanoví cena výkovku. Nejcasteji se užívá vztah: Cena výkovku = cena materiálu + mzdy * režie + zisk + podíl náradí
4.2 Technologicnost
a zásady konstrukce zápustkových
výkovku
Typické zápustkové výkovky jsou jednoduché i tvarove složité soucásti, u kterých se vyžaduje vysoká homogenita, vysoké pevnostní vlastnosti, možnost vytvorení jemnozrnné struktury se specifickými smerovými vlastnostmi, vysoká produktivita i životnost. Jedná se o výkovky pro strojírenský, automobilový i letecký prumysl od ozubených kol, pres ruzné pastorky, páky, hrídele, ojnice až po tvarove složité integrované díly s vícekrát zalomenou delicí plochou. Specializovanou výrobou je výroba normálií (šrouby, matice, ložiska), výroba armatur, upínacích prvku, nástroju ci komunálního náradí a výroba železnicního materiálu (obruce, železnicní celistvá kola, kotouce). Používaným strojním zarízením jsou všechny typy lisu i bucharu, vcetne jednoúcelových kovacích automatu, prípadne speciálních kovacích prípravku. Rozmery a hmotnost vyrábených výkovku jsou omezeny strojním zarízením, které je k dispozici a používanou technologií. Technologicnost tvaru (konstrukce) výkovku si tedy mužeme definovat jako tvar, který lze bezchybne vyrobit s ohledem na: • funkcní požadavky hotové soucásti - tvar a vlastnosti výkovku, požadavky odberatele, ... • výrobní požadavky - sériovost výroby, technologické možnosti kovárny, ... • ekonomické požadavky - cena Existuje zde vzájemná provázanost mezi funkcností výkovku, jeho výrobou a náklady najeho výrobu a prodej. Platí: Konstrukce výkovkuje vždy svázána s danou technologií, tedy i s konstrukcí nástroju. Již pri návrhu výkovku je nutné vycházet z konstrukce zápustek. Návrh tvaru výkovku Pri návrhu tvaru výkovku vycházíme predevším z požadavku zákazníka, které musí splnovat jak výkovek, tak i jeho výroba. Nejduležitejším parametrem je kovaný materiál a výkres hotové soucásti (prípadne již prímo výkres výkovku) s požadovanou sériovostí a rozmerovou presností. Další požadavky mohou zahrnovat požadovaný smer vláken, velikost konecného zrna a makro strukturu výkovku. Z hlediska dosažení požadovaných mechanických a provozních vlastností si zákazník muže predepsat i mechanické zkoušky a kontrolu kvality výkovku. Než výkovek navrhneme, je nutné se rozhodnout jakou technologii zápustkového kování zvolíme, na cem budeme kovat a vypracovat rámcový technologický postup. Z uvedeného vyplývá, že zde existují vzájemne provázané vazby mezi tvarem výkovku, konstrukcí nástroje, tvárecím strojem, technologickým postupem a podmínkami výroby. Vliv jednotlivých parametru a vzájemné vazby lze shrnout do následující tabulky:
108
y
Tab. 4.4 Vazby mezi konstrukcí výkovku a technologií jeho výroby Volbu druhu aenergie poctu predkovku Velikost síly, a zaplnení dutiny Typ a velikost tvárecího stroje Rozmery výronkové drážky Nízká (obvykle buchar), strední až velVelikost prídavku na obrábeni amin. Pro roste materiály tvárecí síla citlivé a energie na deformacni Vysoká sériovost umožnuje volit presBuchar možnost postupové zápustky, Prímá ahodnot soumerná delicí plocha snižuje Prítomnost vyhazovacu (klikový lis) Vliv na tolerancí minimální nižších Poznámka vetší hodnoty rozmeru zpusob Velikost teceni prídavku materiálu na obrábení apodlouhlý Zpusob Typ tvárecího predkování stroje Pocet predkovacích ky, operací užší tolerance avelikost tlouštky tlouštky Min. polomery zaoblení minimálních polomeru alepší amateriálu tlouštek zvyšuje materiálu klesající tvaritelností rospocet zdvihu) Složitejší tvar znamená obvykle vetší pomer b/s, vetší mezní úchylky -vetší vetší pocet operací prechodu, tou, pro AI slitiny nejmenší Podlouhlý Rotacní pocet predkovku, (lis), --+ kovací ujsou válce, výronkové (buchar) prícné drážky klínoKonstrukci zápustek upínání (velikost vedení zápustek, pocet vložek velikost stroje, rovnež rostou potrebné S rostoucími hodnoty tvárecí rozmery síly ajsou roste energie velikost -zvyšuje·· tedy Vyšší presnost znamená menší prí dav-ai Energetické stroje umožnují dosaženi rycWost volit lisy, spolome~ rostoucí pevností lis; vysoká obvykle klikový lis Velikost ahran vnejší tvar zápustek, zpusob ká Nesoumerná (lis doaspotrebu cca 60 kg), zvetšuje buchar (šabotový úkosy, sílu U bucharu (energii) zápustky apoloha zaplnení na sebe dosedají dutiny Nízká Pro horší až strední tvaritelnost vetší úchylky -+ buchar, vretenový, Užší mezera ci pomer b/s Velikost mezních úchylek Presnost, pocet operací až protibežný) Parametr velikost mezních úchylek vé válcování, kování zvlášt umožnuje volit menší úkosy lisy - tvar, podlouhlé tvary predkovat nejší vetšípostupové pocet operací
109
Na základe tvaru výkovku se navrhuje konstrukce zápustky, která má obvykle horní a dolní cást. Jelikož tvar výkovku se vytvárí postupne, má zápustka dokoncovací dutinu a predkovací dutiny. Tvar dokoncovací dutiny odpovídá rozmerum výkovku, které jsou zvetšené o velikost smrštení. V prípade, že výkovek má otvory, které se predkovávají, je nutné doplnit tvar dokoncovací dutiny o vnitrní blánu. Pri kování na více operací je treba navrhnout predkovací dutiny, tedy tvar príslušných predkovku. Jejich pocet a tvar je dán tvarovou složitostí výkovku a požadovanou sériovostí. Zarazením predkovacích operací ovlivníme predevším zpusob toku materiálu v dutine, následne životnost dokoncovací dutiny, a tím i celkové náklady na výrobu. V prípade zarazení operace kalibrování se muže dokoncovací dutina následne upravit. Pri požadavku zvýšení presnosti vybraných rozmeru (napr. definování upínacích rozmeru) jsou tyto rozmery v dokoncovací dutine zvetšeny, aby mohla probehnout jejich kalibrace. Z hlediska bezchybného toku materiálu a velikosti kovací síly je treba se vystríhat ostrých hran, náhlých zmen v prurezu výkovku, vysokých úzkých žeber (tem odpovídají hluboké úzké dutiny, kjejichž zaplnení je treba znacného tlaku) a príliš slabých sten ci dna (rychle se ochlazují, roste pretvárný odpor). Pro dosažení požadovaného smeru vláken je volba tvaru polotovaru (predkovku) rovnež svázána s tvarem výkovku. Proto existují smernice pro volbu minimálních polomeru zaoblení ci minimálních tlouštek i pro volbu polohy delicí plochy. Postup návrhu tvaru výkovku Výchozím podkladem je výkres soucásti. Na základe požadované presnosti výroby a sériovosti se rozhodneme pro hlavní kovací stroj. Dalším kritériem je kovaný materiál a požadavky na tepelné zpracování. Sled cinností pri návrhu tvaru výkovku je následující: • stanoyit prídavky na obrábení • . stanovit polohu delicí plochy (delicích ploch) • stanovit technologické prídavky • stanovit hodnoty úkosu • stanovit minimální hodnoty zaoblení hran a prechodu • stanovit minimální tlouštky sten, dna a blány • stanovit tolerance (úchylky) rozmeru a tvaru výkovku Pokud pri návrhu konstrukce zápustky vycházíme prímo z výkresu výkovku dodaného zákazníkem, pak je treba uvedené hodnoty kontrolovat, pokud není dohodou stanoveno jinak. Dodržení minimálních tlouštek dna, žeber ci sten, minimálních polomeru zaoblení hran a prechodu, polohy a tvaru delicích ploch, to vše je duležité pro získání kvalitního výkovku. Stanovení velikosti prídavku na obrábení Vzhledem k charakteru tvárení za tepla, kdy dochází ke zmenám vlastností povrchových vrstev (v prípade ocelí k oxidaci a oduhlicení povrchu), je nutné povrchovou vrstvu odstranit, pokud to vyžaduje budoucí funkce výrobku. Prídavky na obrábení jsou tedy nutné z hlediska požadované rozmerové a tvarové presnosti a dosažení požadované kvality povrchu výkovku. Dle CSN 42 9030 se stanoví jako prídavky na plochu, která se má obrábet. V prípade, že se obrábí prumer, nebo jiná tvarová cást po obvode, je nutno danou hodnotu zdvojnásobit. Prídavky na obrábení se volí stejné pro všechny rozmery výkovku. Jejich velikost je dána: •
jakostí kovaného materiálu (urcuje stupen tvaritelnosti)
•
nejvetšími rozmery hotového výrobku
•
požadovanou presností provedení
110
Vliv tvaritelnosti na velikost prídavku na obrábení Pro kování ocelových zápustkových výkovku uvádí norma CSN 42 9030 v informacní príloze 5 stupnu tvaritelnosti ocelí. Cím je císlo vyšší, tím je tvaritelnost horší. Dále uvedené prídavky na obrábení platí pro stupne tvaritelnosti do 3 vcetne. Pro stupen tvaritelnosti 4 je nutné uvedené hodnoty zvýšit o 20%. Pro stupen tvaritelnosti 5 (a vyšší) je uvedené hodnoty nutné zvýšit o 40%. Príklady ocelí s vyššími stupni tvaritelnosti viz tab. 4.5. Tab. 4.5 Výber ocelí s vyššími stupni tvaritelnosti dle informacní prílohy CSN 42 9030 13 180 16 440 640 17 126 19554 19 650 663 335 563 501 125 19308 19275 251 536 564 124 17515 17115 585 641 360 525 061 153 193 . Stupen 19336 568 569 541 15 252 482 537 020 116 841 19552 19325 254 586 132 19 19555 72x 341 351 483 17356 19436 19561 740 502 662 17 17513 427 826 800 927 029 581 827 240 527 824 17255 19852 19 572 855 900 19910 19437 19810 14 200tvaritelnosti tvaritelnosti 453 Stupen 2 Stupentvaritelnosti
Tab. 4.6 Prídavky pro obvyklé provedení (rozmery v mm) 25 do 25 250 40 do 25 Prídavky Nejvetší 160 40 160 63 2,0 1,5 2,0 2,5 3,5 2,0 na obrábení ploch výška hotového výrobku 3,0 Nejvetší100 prumer, pres ru kolmo k rázu pres
I
Tab. 4.7 Prídavky pro presné provedení (rozmery v mm) 63 pres do do 40 160 25 250 40 63 100 63 1,3 25 2,2 3,2 1,8 1,8 40 2,2 výška hotového výrobku 2,7 na obrábení ploch 1,825 Prídavky Nejvetší 25 Nejvetší prumer, 100 pres ru kolmo k rázu
111
Tab. 4.8 Prídavky pro velmi presné provedení (rozmery v mm) do 40 25 63 160 40 do 25 Prídavky Nejvetší 250 160 1,1 1,6 1,9 2,4 1,6 2,4 1,9 2,8 na obrábení výška ploch hotového výrobku Nejvetší100 prumer, pres ru kolmo k rázu
Vliv požadované presnosti výroby na velikost prídavku na obrábení Norma CSN 429030 rozlišuje presnost provedení na: obvyklé CSN 429030.1, presné .2, velmi presné .3 a podle dohody CSN 429030.9. Prídavky pro jednotlivá provedení pro vybraný omezený rozsah jsou v tab. 4.6 až 4.8. Další hodnoty jsou uvedeny v norme. Drívejší norma CSN 420277 udávala rovnež vzorecek pro výpocet prídavku na obrábení na plochu podle velikosti rozmeru výkovku ve tvaru p = 0,458·V D·H . Rozmery v mm. 4.4 Stanovení polohy a tvaru delicí plochy Delicí plochou se rozumí plocha, která rozdeluje zápustku na jednotlivé díly tak, aby bylo možné výkovek vyjmout z dutiny zápustky. Poloha delicí plochy vzhledem k výkovku muže být bud' ve smeru hlavní osy výkovku, nebo kolmo na hlavní osu výkovku - kování na vodorovných kovacích lisech. Podle tvaru výkovku muže být delicí plocha prímá, soumerne lomená ci nesoumerne lomená, viz. obr. 4.1. Dále rozeznáváme vnejší a vnitrní delicí plochu. Vnejší delicí plocha je dána plochou po vnejším obvodu výkovku v místech, kde na sebe dosedají obe poloviny zápustky. Pri klasickém kování s výronkem je zde vytvoren prostor, kam vytéká prebytecný materiál. O vnitrní delicí ploše obvykle mluvíme pri kování tvarových výkovku, kde se predkovávají otvory s následným derováním. Je to myšlená rovina (plocha) uprostred mezi povrchy, které vytvárí vnitrní blánu. Tento prostor muže sloužit pro vytvorení výronkové drážky pri kování s vnitrním výronkem, nebo jako kompensacní dutina v prípade bezvýronkového kování.
8-3-'3 b) a) plocha prímá
plocha soumerne lomená
c) plocha nesoumerne lomená
Obr. 4.1 Delicí plocha a odpovídající velikost bloku zápustky
112
Poloha a tvar obou delicích ploch jsou velmi duležité, nebot ovlivnují tok materiálu v dutine zápustky, címž významne prispívají k prubehu vláken v konecném tvaru. Zásadou je, aby smer vláken sledoval predpokládaný smer maximálního tahového napetí pri provozním namáhání výkovku. Jejich umístení je rovnež duležité pri ostrihování výronku ci pri derování predkovaných otvoru a ovlivní presnost kování (kontrolu velikosti presazení) ..Polohou delicí plochy je dána hloubka dutin v obou polovinách zápustky a tím i velikost bloku zápustek. Pro polohu a tvar delicí plochy platí tato základní pravidla: Delicí plocha (D.P.) by mela výkovek delit ve všech cástech pokud možno na dve výškove stejné cásti a soucasne by mela být pokud možno prímá. V tomto prípade stací nejmenší výška bloku zápustek, viz obr. 4.1, dále je usnadneno mechanické opracování vnejšího i vnitrního tvaru dutiny a rovnež spotreba materiálu na výkovek bude minimální. Na obr. 4.2 vlevo je úkos vobou polovinách zápustky stejný a lunotnost výkovku bude menší než v opacném prípade. Pri návrhu tvarove složitých výkovku se nevyhneme lomené delicí ploše, at již symetrické ci nesymetrické. Pri kování zde vznikají bocní síly, které mají snahu vzájemne posunout obe cásti zápustek, címž dochází k presazení výkovku. Tomu lze zabránit ruznými zpusoby. Na obr. 4.3 je znázornena konstrukce operného zámku v dutine zápustky pri kování na bucharech. Jinou možností je, umístit do dutiny zápustky symetricky dva kusy tak, aby se bocní síly vzájemne vyrovnávaly, viz. obr. 4.4.
Obr. 4.2 Vliv polohy D.P. na velikost úkosu
II
I,5h
Obr. 4.3 Zámek v dutine zápustky
Pro minimalizaci vznikajících bocních sil je rovnež možné lomenou delicí plochu natocit. Toto rešení se používá pri kování jednoho kusu. Pak je nutné dutinu do zápustkového bloku umístit takovým zpusobem, aby delicí plocha probíhala ve smeru nejvetšího zlomu ve stej!1é výšce v rovine kolmé ke smeru kování. V tomto prípade je nutné zajistit, aby ve smeru kování byly odpovídající bocní úkosy, viz. obr. 4.5.
delicl plocha s výronkem lomená
!
5'
Obr. 4.5
Obr. 4.4 Kování dvojkusu
Dalším požadavkem pri volbe polohy a tvaru delicích ploch je zabezpecit tok materiálu v dutine zápustek takovým zpusobem, aby nedocházelo ke vzniku preložek ci zákovku a aby spotreba materiálu byla minimální.
113
Na obr. 4.6 nahore je delicí plocha dole, tok materiálu je prevážne šírením a vytlacováním. výhodou je, že obe poloviny zápustek jsou zhruba stejne vysoké. Je zde ale nebezpecí vzniku preložek pri malém polomeru zaoblení prechodu, viz dále. Posunutím vnejší delicí plochy nahoru, obr. 4.6 dole, materiál tece prevážne vytlacováním, cím se ovlivní jak rozmery výronkové drážky (nemusí zde být tak velký odpor proti vytékaní do výronku), tak se i sníží spotreba materiálu. Nebezpecí vzniku preložek zde odpadá, ale jsou zapotrebí vetší bloky zápustek. Z uvedených duvodu je lomená delicí plocha casto vhodnejší než prímá, napr. pri kování profilu ve tvaru U nebo V, viz. obr. 4.6. Rovnež se jí dává prednost pri kování rotacne-symetrických výkovku s otvorem, který se predkovává a následne deruje. Na obr. 4.7 jsou uvedeny vždy obe možnosti. Vzájemná poloha vnejší a vnitrní plochy rovnež ovlivnuje tok materiálu v dutine zápustky. Pokud jsou obe plochy v jedné rovine uprostred výšky otvoru, pak je nebezpecí, že materiál bude spíše vytékat do výronku, než zaplnovat horní polovinu zápustky. Toto platí zejména v prípade hlubokých dutin. Zde se doporucuje volit její polohu presazenou smerem dolu, viz. obr. 4.8. Výronek by však nemel být umísten až na hranevýkovku, nebot tím je ztíženo jak cisté ostrižení výronku, tak i kontrola presazení. Na obrázku 4.9 a 4.10 je znázornena špatná možnost kontroly presazení, pokud je delicí plocha na hrane výkovku.
Obr. 4.6
Obr. 4.7 Lomená a prímá D.P.
I , J
Obr. 4.8 Ruzná poloha vnitrní D.P ..
Umístení delicí plochy by melo být konecne voleno takovým zpusobem, aby usnadnovalo upnutí výkovku pro následné obrábení. Upínací a dosedací plochy by mely být dostatecne velké a mely by být situovány do míst bez úkosu ci výronku, obr. 4.11.
~p;?1'~ dobre -$::----~3_
Obr. 4.9 Vznik presazení
Obr. 4.10
Obr. 4.11 Upínání
114
Stanovení technologických
prídavku
Technologické prídavky jsou obecne dány charakterem použité technologie. Pokud je tvar výkovku príliš složitý a není možné dosáhnout vykování všech detailu, pakje zaplníme materiálem. Nejprve se prídavky volí z hlediska toku materiálu v dutine nástroje napr. pro pred kování otvoru. Dále je nutné zabezpecit vyjmutí výkovku z dutiny zápustky a snížit její opotrebení. Toho lze dosáhnout úkosy. Pokud by zahloubení ci predkovávané otvory byly príliš malé, prípadne kolmé k pohybu beranu, pak je rovnež zaplníme materiálem. Dle doporucení CSN 429030 se otvory predkovávají pouze pokud je prumer otvoru vetší než 10 mm. V nekterých prípadech (kování mosazných prírub a fitingu) je možné kovat (predkovat) i otvory kolmé ke smeru pohybu beranu. Jedná se o speciální technologii dutinového kování, prípadne použití speciálních konstrukcí náradí. Technologické prídavky lze odstranit obrábením nebo dokoncovacími tvárecími operacemi (derováním). Prídavky mohou rovnež zustat a vytvorit integrální cást hotové soucásti ve forme úkosu, prechodu apod. Velikost a pocet technologických prídavku je ovlivnen zvolenou technologií kování tj. tvárecím strojem, teplotou kování, zvoleným postupem kování, poctem tvárecích operací a konstrukcí zápustek. Na obr. 4.12 jsou uvedeny 2 prípady, jak se snižuje hmotnost výkovku tím, že zpresníme konecný tvar. Základní podmínkou je aby byla dostatecná sériovost. Pak se vyplatí zvýšené náklady na nástroj a na výrobu.
technologický
príd~•.\'ek
Obr. 4.12
Stanovení velikosti úkosu Úkosy se delají na plochách ve smeru rázu, obvykle svislých. Umožnují vyjmutí výkovku z dutiny, ale znamenají materiál navíc a ovlivnují velikost bocních tlaku. Rozlišujeme vnejší a vnitrní úkosy, které jsou príslušné vnejším ci vnitrním plochám.Vnejší zápustkový úkos je ten, kde pri chladnutí vzniká vule mezi povrchem výkovku a stenou dutiny zápustky.
vnejší ploch)" vnitrní plochy
Obr. 4.13
Vnitrní úkos je ten, kde je výkovek pri chladnutí pritlacován ke stene zápustky, viz obr. 4.13. Obecne se doporucuje, aby vnitrní úkosy byly vetší než vnejší, nebot výkovek pri chladnutí se smrštuje a lépe se uvolní v prípade vetšího vnitrního úkosu. Úkosy se dají cástecne eliminovat vhodným umístením delicí plochy, nebo zmenou polohy výkovku tj. jeho naklonením - viz též obr. 4.5. Pro volbu velikosti úkosu platí následující pravidla • Pokud má lis vyhazovace, nebo pokud použijeme delenou zápustku, pak mohou mít úkosy nižší hodnoty. Zápustky pro buchary, obvykle bez vyhazovacu ci steracu, mají úkosy vetší. • V prípade hluboké dutiny se volí nižší hodnoty úkosu, než pro melkou dutinu. • Pro predkovací dutinu se nekdy volí vyšší hodnoty úkosu než pro dokoncovací dutinu.
115
• Pri dostatecné sériovosti s vysokými požadavky na presnost lze hodnotu úkosu snižovat, prípadne použít i bezúkosové kování, ale za cenu složitejšího postupu a/nebo složitejší konstrukce nástroje (delená zápustka a/nebo použití steracu). • Pri volbe úkosu je nutno brát ohled i na renovaci náradí. V prípade malých hodnot úkosu je treba opotrebený tvar hodne snížit (zapustit), což znamená nízké využití bloku. Toto je možné rešit vložkováním zápustky nebo jejím navarováním. • Volba velikosti úkosu je predmetem dohody mezi výrobcem výkovku ajejich odberatelem. Horní hranice jsou navrhovány výrobcem (usnadní výrobu), dolní hranice jsou požadovány zákazníkem (nižší hmotnost, menší nároky na obrábení). Velikosti úkosu se bežne udávají v hodnotách 0°, 1°,3°,5°, 7° a 10° ajsou obsaženy v normách CSN 429030, DIN 9005 a DIN 7523. Pro lisy s vyhazovacem se volí hodnoty vnejších úkosu 2 až 3° a vnitrních 3 až 5°. Pro buchary se volí hodnoty 7° až 10°. Pro neželezné materiály jsou hodnoty obvykle nižší. Tab. 4.9 Doporucená velikost úkosu ~3° 210° 3° 1° až5° 3° ~svislé 1° 1° 5vyhaz. až 7° Oceli až ~s3~vodorovné 0,5° vyhaz. AI-slitiny Cu-slitiny 1° lisy (O až 5°)lisybuchary Materiál bez
4.7 Stanovení polomeru zaoblení Stýkající se povrchy u výkovku jsou prostorove spojeny obecne zakrivenými plochami, které jsou v prícném rezu definovány polomerem zaoblenÍ. Polomery zaoblení se definují jako vnejší (dle CSN 42 9030 polomer zaoblení hran, oznacení "r") pokud vnejší úhel dvou stýkajících se ploch je vetší než 180°, nebo jako vnitrní (dle CSN 429030 polomer zaoblení prechodu, oznacení "R") pokud vnejší úhel mezi plochami je menší než 180° - viz. obr. 4.14. Polomery zaoblení lze dále rozdelit na vertikální a horizontální. Polomery zaoblení horizontální spojují dno a svislou stenu (žebro) a vytvárejí se ve smeru delicí plochy. Polomery zaoblení vertikální spojují dve protínající se svislé steny a vytvárejí se ve smeru pohybu beranu. Polomery zaoblení v dutine zápustky jsou opacného charakteru.
~ zaoblení prechodu
zaoblení hran
Obr. 4.14 Zaoblení prechodu a hran
Polomery zaoblení zvyšují odolnost výkovku proti mechanickému namáhání, nebot redukují velikost napetí v oblasti koncentrace napetí, ke které dochází v oblasti ostrých prechodu. Vliv vrubu klesá s rostoucím polomerem zaoblenÍ. Pro danou velikost zaoblení je vliv vrubu nižší, pokud je tvar nacisto vykovaný, než když se mechanicky obrábí. Vykovaná zaoblení jsou rovnež odolnejší proti korozi, nebot vlákna materiálu zde jsou neprerušena. Polomery zaoblení mají vliv na zpusob toku materiálu v dutine zápustky a její zaplnování. Príliš malé polomery hran na výkovku r vyžadují vetší tlaky na zaplnení dutiny zápustky, a tím zvyšují celkovou kovací sílu. Malé vnitrní polomery zaoblení u zápustek zvyšují pak koncentraci napetí v místech prechodu a možnost vzniku únavových lomu. Pri presném kování mohou vetší polomery zaoblení sloužit rovnež jako kompensacní prostor - nezaplnení polomeru zaoblení hran na vnejším prumeru výkovku. U predkovku se obecne volí vetší polomery zaoblení. Dohodnuté minimální hodnoty zaoblení ovlivní i životnost zápustek.
116
Príliš malé polomery zaoblení prechodu R mohou mít za následek vznik preložek. Na druhé strane snižují hmotnost výkovku a tím i spotrebu materiálu, ale soucasne znamenají vetší opotrebení hran zápustek ci trnu. Na obr. 4.15 je znázornen príliš malý polomer zaoblení prechodu, kdy dochází ke vzniku preložky a soucasne i optimální. Z uvedených duvodu se v kovárských príruckách a normách uvádejí jen doporucené minimální hodnoty polomeru zaoblení hran a prechodu v závislosti: • • • •
na kovaném materiálu na typu kovacího stroj e na hloubce dutiny na pomeru hloubky dutiny h k šírce dané cásti viz obr. 4.16 a tab. 4.1 O.
Obr. 4. 15
f
ObrA.16 Polomery zaoblení hran a prechodu
Tab. 4.10 Zaoblení hran a prechodu R ocelových výkovku dle CSN 42 9030 R R R· do 40 12 63 25 10 20 10 12 18632648r580 423r5 100 If h~>4 4 ~2 2 < hhlf IfPolomery (mm) zaoblení hran a prechodu pri pomeru Výška (hloubka)
Hodnoty zaoblení hran r platí pro neobrábené hrany výkovku. Pro obrábené hrany se limitní hodnota stanoví z podmínky zachování prídavku na obrábení v oblasti hrany. Uvedené hodnoty zaoblení prechodu R platí obdobne pro neobrábené prechody na výkovku a pro stanovení technologického prídavku pro obrábené prechody na výkovcích. Doporucené min. hodnoty polomeru zaoblení závisí rovnež na kovaném materiálu. Normy DIN 7523, DIN 1749, DIN 9005 a DIN 17673 udávají, krome hodnot min. tlouštek, rovnež hodnoty min. :Jolomeru zaoblení hran a prechodu v závislosti na materiálu, na nejvetším prumeru nebo šírce ,,"ýkovku a na hloubce (výšce) výkovku v prilehlé dutine. Norma DIN 7523 ·rozlišuje navíc ;:JOlomeryzaoblení pro vnejší a vnitrní prechody. Stanovení minimálních tlouštek Jedná se zde o tlouštky elementu jako jsou žebra, výstupky, dno nebo steny. Žebra a výstupky jsou konstrukcními prvky výkovku, které vystupují ze dna výkovku a jsou obvykle :Imísteny ve smeru rovnobežném s pohybem beranu. Žebra mohou být výztužná nebo plne :1mkcnÍ. Žebro po obvodu výkovku se nazývá prírubou, stredový výstupek u rotacních vý~ovku je náboj, cást dna mezi nábojem a prírubou kola se nazývá diskem. Dno výkovku je Dbvykle základní desko vitá cást výkovku spojující ostatní prvky a umístená v delicí ploše !':olmo ke smeru pohybu beranu. Její poloha muže být sklonená, lomená ci jinak zakrivená.
117
Význam techto elementu spocívá predevším v docílení co nejpresnejšího tvaru výkovku, a tím zabezpecení jeho požadované tuhosti a funkcnosti. Požadavek nízké spotreby materiálu znamená slabší steny, požadavek vyšší tvarové a rozmerové presnosti znamená složitejší tok materiálu. To se projeví vyššími tlaky v dutine zápustky, a tím i sníženou životností zápustky. Minimální tlouštka daného elementu je dána možností jeho dokonalého vyplnení bez vzniku vad. Cím je tlouštka daného elementu slabší, tím rychleji chladne, což znamená vetší trecí síly. Následne materiál hure zatéká aje zapotrebí vetšího tlaku i kovací síly. Velikost doporucených minimálních hodnot je tedy ovlivnována druhem tváreného materiálu, požadovanou presností a tvarovou složitostí výkovku. V prípade kování strukturních výkovku s vertikálními žebry tece materiál jednak do žebra, ale soucasne též do míst, která jsou žebry obklopena. Pokud je v techto místech príliš slabé dno, dojde k jeho vyboulení a ke vzniku preložek. Minimální prakticky vyrobitelná tlouštka dna, které je obklopené ze všech stran žebry, je približne 1/8 šírky dna (pomer tlouštka/šírka dna je 1/8). Za cenu více kovacích operací lze docílit i nižších hodnot. Doporucená min. tlouštka žeber je ovlivnována zpusobem toku materiálu a faktem, zda tok materiálu v blízkostí daného žebra je omezen prítomností dalších žeber, príklady jsou dále uvedeny. 'Dle CSN 429030 jsou hodnoty minimálních tlouštek pro ocelové výkovky závislé na nejvetším rozmeru výkovku ve smeru kolmo k rázu (D nebo B) a na nejvetší výšce výkovku H. Rozmer D je maximální prumer výkovku (pro rotacní výkovky), rozmer B je nejvetší šírka výkovku (pro podlouhlé výkovky), viz obr. 4.17. Pri urcování tlouštky disku Hl se za nejvetší výšku výkovku H považuje výška v prilehlé vnejší cásti disku, obr. 4.18. Hodnoty min. tlouštek jsou uvedeny v tab. 4.11. Uvedené rozmery jsou v mm.
Obr. 4.18
~
' :' /,L/r',(T'h' l~ ,
d
l
~'
Obr. 4.19 Príklady pro odecítání rozmeru výkovku: šírky B, výšky H, prumeru D, tlouštek sten s, hloubky dutiny h a tlouštky dna Hl dle CSN 42 9030
"f
ObrA.17
Tab. 4.11 Nejmenší tlouštka dna, blány, disku Hl a steny s výkovku - výber z CSN 42 9030 výkovku H do 20 10 145160 00 67940 5160 63 6525 11 100 63 13 11 15 do 10prestlouštka dna,Nejvetší Nejmenší disku Hlvýška a steny s Nejvetší rozmer vý-
118
Tlouštka vnitrní blány musí být vetší než je doporucená nejmenší tlouštka dle CSN 429030. Orientacne je zde možné využít predchozí tabulku. V kovárenských príruckách lze rovnež najít závislosti prumerné minimální tlouštky dna na prícné vzdálenosti mezi žebry nebo pro danou výšku žebra v závislosti na pomeru vzdálenosti mezi žebry vztažené na výšku žebra. Všechny tyto závislosti jsou navíc funkcí materiálu. Pravidla pro konstrukci žeber u strukturních výkovku Požadavky na omezení tlouštky žeber jsou podobného charakteru jako pro steny. Volba polomeru zaoblení hran a umístení delicí plochy ovlivnuje možnou geometrii žebra. Existují 4 základní zpusoby umístení žeber, viz. obr. 4.20. Typ 1. Jedná se o žebra, která mají vetšinou výztužný charakter a jsou umístena uprostred výkovku. Zaplnování žebra se deje vytlacováním materiálu z oblasti pod žebrem z tela výkovku. Tvarové omezení pro tento typ žeber je dáno množstvím materiálu nutného k jeho zaplnení a požadavky na kovací tlak. Pokud požadovaný objem kovu pro zaplnení žebra není v tele výkovku k dispozici, muže vzniknout trychtýrovitá vada typu "staženina", podobne jako vzniká pri protlacování. Obecne platí t > s, tedy že tlouštka dna by mela být vetší, než je tlouštka žebra. V nekterých prípadech lze tomu zabránit tím, že se udelá pomocné žebro na protilehlé strane, jak je patrné z obrázku. Cím jsou kovací tlaky vyšší, tím silnejší musí žebro být. Typ 2. Žebra se nacházejí na okrajích výkovku a delicí plocha výkovku je v horní cásti. Tato žebra se zaplnují postupným protlacováním materiálu smerem k delicí ploše, nedochází zde k podobné vade jako v predchozím prípade. Tlouštka je omezena pouze kovaným materiálem. V tomto prípade lze docílit nejslabší žebro.
Typ 3. Žebra se nacházejí na okrajíchvýkovku,
ale delicí rovina je v základne výkovku. Tato žebra se rovnež vytvárí protlacováním, ale nedochází zde ke vzniku vad typu "staženina". Omezení tlouštky žebra s je podobné jako pro typ 1. V prípade malého polomeru zaoblení prechodu je zde však nebezpecí vzniku vady typu preložka, což limituje výšku žebra vetší merou, viz též obr. 4.15. Typ 4. Žebra se nacházejí na okrajích výkovku s vnitrní delicí plochou uprostred výkovku. Jedná se o tvarove nejnárocnejší typy výkovku. Nejen proto, že zde muže docházet ke vzniku zákovku, ale rovnež proto, že je zde vyžadováno témer dvojnásobné množství materiálu, než je tomu u žebra typu 3. Tento typ konstrukce vyžaduje témer vždy predkovek, ve kterém se nahromadí dostatecné množství materiálu nezbytné pro zaplnení dutin v dokovací zá9ustce. Minimální tlouštky techto žeber jsou obecne vetší ~ež u všech ostatních typu.
119
Obr. 4.20 Príklady žeber
Stanovení velikosti úchylek rozmeru a tvaru Kolísání rozmeru a tvaru výkovku je dáno vlastní podstatou kování za tepla. Pri zahrátí se rozmery, jak materiálu tak i zápustky, zmení v dusledku tepelné roztažnosti. Po kování se výkovek pri chladnutí smrštuje v závislosti nejen na souciniteli tepelné roztažnosti, ale i na výši konecné kovací teploty a rozdílu mezi kovací teplotou a teplotou ohrevu zápustek. Zvýšení dok ovací teploty o 100°C (vzhledem k návrhu) znamená zmenšení rozmeru výkovku po zchladnutí o cca 0,1%. Jelikož však ve výkovku není hmota rozdelena rovnomerne, není ani konecná kovací teplota rovnomerne rozdelena a tedy ani smrštenÍ. To zpusobuje zmeny v délkových a šírkových rozmerech, které je treba uvážit pri konstrukci výkovku. Další zmena rozmeru je dána opotrebením zápustek. Opotrebení je zpravidla nejvetší v místech, kde dochází k intenzivnímu toku materiálu, jako jsou výstupky a polomery zaoblení hran. Velikost opotrebení se liší podle kovaného materiálu, podle výše kovací teploty i podle typu kovacího stroje. Kolísání rozmeru tlouštek (tedy tech rozmeru, které se merí napríc delicí plochou zápustky) je ovlivnováno neúplným dosednutím zápustek na sebe pri kování na bucharu, ci kolísáním technologických parametru, které ovlivnují dolní úvrat beranu pri kování na klikovém lisu. Stav a vule ve vedení beranu ovlivní presazení výkovku. Pro stanovení mezních úchylek a tolerancí rozmeru a tvaru ocelových zápustkových výkovku se používala norma CSN 429030 s prihlédnutím k CSN 420271 a CSN 42 9002. Ta byla nahrazena normou CSN EN 10243-1 a CSN EN 10243-2. Zde platí 1. cást pro výkovky kované na bucharech a svislých kovacích lisech a 2. cást platí pro výkovky pechované na vodorovných kovacích lisech. Filosofie stanovení tolerancí se však ponekud lišÍ. Spolecné vstupní údaje jsou: • jakost kovaného materiálu (CSN 5 stupnu tvaritelnosti, EN dva stupne obtížnosti kování) • stup~n presnosti kování (CSN rozlišuje 3 stupne, EN rozlišuje 2 stupne presnosti) • nejvetší rozmery výkovku •
tvarová složitost výkovku (EN zavádí pojem clenitost tvaru, uvažuje obalové teleso)
V prípade zahranicních norem (EN norem) se bere v úvahu navíc •
typ kovacího stroje (buchar a lisy, vodorovné kovací lisy)
•
hmotnost výkovku (pechované a nepechované cásti výkovku)
•
tvar delicí plochy (prímá, soumerne lomená a nesoumerne lomená)
Mezní úchylky v norme CSN EN 10243-1 jsou vztaženy k jednotlivým druhum rozmeru a jsou rozdeleny do 4 skupin, podle kterých jsou uvedeny v príslušných tabulkách. První skupina tvorí mezní úchylky pro délku I, šírku b a výšku (hloubku) h, obr. 4.21, které se vztahují na rozmery na jedné strane delicí plochy zápustky a používají se pro presazení, pro otrep (nebo sestrižení) a pro derované otvory. U prumeru platí, že rozmer prumeru je nutné považovat za šírkový rozmer, pokud je delicí plocha ve stejné rovine jako uvažovaný prumer a za tlouštkový rozmer, pokud je prumer kolmý na delicí plochu. Šírkové a délkové rozmery mohou být vnejší nebo vnitrní, obr. 4.22. Mezní úchylky 2/3 a 1/3 z tolerance. Znaménka plus a mínus pro vnejší rozmery, pro vnitrní rozmery platí ménka opacná.
delicí plocha
,J'g;
\ I
,i.
.
r
.,..,
dále ciní platí zna-
120
Obr. 4.21 Druhy rozmeru
Presazení je rozmer, o který mohou být presazeny body po jedné strane delicí plochy oproti bodum na druhé strane delicí plochy ve smeru rovnobežném s hlavní delicí plochou zápustky, obr 4.23.
vnejšr rozmery
E N
o ..
Rozdílné ostrižení muže vytvorit bud' otrep nebo sestriženÍ. Otrep se merí od telesa výkovku k ostrižené hrane, sestrižení se merí k teoretickému prusecíku, kde se setkají úkosy, viz. obr.4.23. Tolerance sestrižení a otrepu se používají nezávisle a pridávají se k jiným mezním úchylkám.
vnitrnf rozmeryj
Obr. 4.22 Vnejší a vnitrní rozmery
Druhou skupinu tvorí mezní úchylky pro tlouštku a stopy po vyhazovacích. Tlouštkou se rozumí rozmery a, které jdou napríc delicí plochou zápustky, viz obr. 4.21. Mezní úchylky tlouštek se týkají všech rozmeru, které pretínají delicí plochu. Do techto tolerancí jsou zahrnuty zmeny rozmeru díky opotrebení a smrštenÍ.
I'
I sestrižení
presazeni
Tretí skupinu tvorí mezní úchylky pro tolerance prímosti a rovinnosti a tolerance roztecÍ. Tolerance prímosti se vztahují k úchylkám strední prímky od predepsaného tvaru, viz obr. 4.24. Tolerance rovinnosti se vztahují na úchylky roztecí platí pouze pro ty roztece, jejichž vzdálenost V ostatních prípadech, viz. obr. 4.26, se tolerance výroby. Tolerance roztecí se používají nezávisle na se k nim.
~ >GI
I
~
Obr. 4.23 Presazení, otrep, sestrižení ploch od predepsaného tvaru. Tolerance leží uvnitr obrysu výkovku, viz obr. 4.25. roztecí musí dohodnout pred zahájením jakýchkoliv jiných tolerancích a pridávají
roztec Obr. 4.24
Obr. 4.25
Obr. 4.26
Ve ctvrté skupine jsou mezní úchylky zaoblení prechodu a hran (viz. obr. 4.14), tolerance jehel, mezní úchylky povrchu, ploch úkosu, tolerance souososti hlubokých otvoru, mezní úchylky pro netvárenou cást výkovku a tolerance deformací ustrižených koncu. Mezní úchylky tvaru výkovku jsou úchylk.-ykruhovitosti, válcovitosti, rovnobežnosti a jiné úchylky od predepsaného tvaru. Tolerance tvaru· nesmí prekrocit meze dané mezními úchylkami rozmeru (délky, šírky, výšky a tlouštky). Tolerance tvaru nezahrnují prohlubeniny po okujích a vady po úprave povrchu, jakoukoliv nerovnost povrchu a tolerance prímosti.
121
Zpusob odecítání úchylek podle CSN 42 9030 Pro odecítání úchylek pri kování na bucharech a svislých kovacích lisech platí norma CSN EN 10243-1, viz. str.124 a tabA.17, 4.18. Alternativne je možné použít normu CSN 42 9030 jako normu dohodovoli, kde jsou navíc uvádeny i další duležité údaje. Mezní úchylky a tolerance rozmeru výkovku se stanoví podle stupne presnosti výkovku z nejvetších rozmeru výkovku ve smeru kolmém k rázu a ve smeru rázu. U nerotacních tvaru je nejvetší rozmer výkovku ve smeru kolmo k rázu definován strední hodnotou souctu nejvetší šírky a délky výkovku. Norma CSN 42 9030 rozeznává 5 stupnu presnosti výkovku, které jsou oznacované 3 až 7 (tyto stupne presnosti nemají nic spolecného s ISO). Stupne presnosti výkovku se volí podle oborového císelníku výrobku a podle požadované presnosti výroby. Volba stupne presnosti je dána CSN 42 9030, viz tab. 4.12, na základe urcení tvarového druhu, tvarové trídy, tvarové skupiny a technologického hlediska kování podle CSN 429002. Tvarový druh: císlo 4 znací výkovky kruhového prurezu plné, 5 - výkovky kruhového prurezu duté, 6 - výkovky hranolovitých tvaru plné i duté, 7 - výkovky kombinovaných tvaru plné i duté, 8 - výkovky s ohnutou osou. Císlo v technologickém hledisku oznacuje: 1 - výkovky s delicí plochou ve smeru hlavní osy (kování na výšku) soumerné, 2 - výkovky s delicí plochou ve smeru hlavní osy nesoumerné, 3 - výkovky s delicí plochou kolmou na hlavní osu výkovku (kování na plocho) soumerné, 4 - výkovky s delicí plochou kolmou na hlavní osu výkovku nesoumerné, 5 - výkovky s ozubením, 6, 7, 8 - výkovky kované na vodorovných kovacích lisech. Tvarová skupina se prirazuje podle dalších štíhlostních a rozmerových pomeru.1-.-.•.. obvyklé 8 -6af8 4; 9; 5:8 6; O 7 druh 4;4;S:6;6:7 7
9
--
1; I; 3; S8 2 4 I; 1; 2: 4; 2; TY",ory
S; ; 4;S; 6;S;7; 6 6;8 7
Tab. 4.12 Volba stupne presnosti pro dané provedení dle CSN 42 9030
1II I;
·..··
6736 J5S 7 2;6;6;32I3; 3 S4 I3; S7; Sa.! TcclU1oloaf l'varov' 82S7I 94hJ.dj;u Tvarod. Tvarov6 7; 9t/lda 4: lafS 6;8; presné podskupina 2; pcké 3; skupilla presné S pro provedco1
1
Výkovky druhu 4, 6 a 7 kované na plochQ (technologické hledisko 1, 2) jsou zásadne deleny na výkovky bez otvoru (skupina I až 4) a výkovky s otvorem (skupina 5 až 8). Výkovky kované na výšku (technologické hledisko 3, 4 a 5) a výkovky kované na vodorovných kovacích lisech se zásadne delí na výkovky plné (skupina 1 až 4) a na výkovky duté (skupina 5 až 8). Výkovky se dále delí na nízké a vysoké, nebo krátké a dlouhé, trídí se podle vzájemných pomeru výšek, prumeru atd. Další podrobnosti, obrázky a vysvetlivky viz CSN 42 9002 .
··.
~
·
.11
S6 7 66 velmi
16
Stupen presnosti
• - vlechoa odpovtdaj!cI hlcdi.
Príklady zatrídení výkovku do jednotlivých druhu a tríd Rotacní výkovky typu kolo a podlouhlé rotacní výkovky typu hrídele plné ci duté se zarazují do druhu 4 a 5. Podle zpusobu kování (na výšku ci na plocho) je nutné správne zvolit technologické hledisko. Podlouhlé výkovky jednoduchých hranolovitých tvaru typu páka, se zarazují do druhu 6 a 7. Tvarove složité výkovky typu ojnice se zarazují do druhu 8, 9 a O podle toho, zda je hlavní osa prímá, ci ohnutá a delicí plocha je prímá ci lomená, obr. 4.27.
122
Druh • tflda
Dnth a 64
62
.
::~~ ~~~I
,
L,u:c 2 L~ 3B L> SB 11> H> H B,; B>2B1 ~ !Hl Ul. 2B. 28. Bm. •.":=J..tnúu 4»t B>2B. H,; H~ n> B>28. mJ 2H. B~ e2B. h1a6vou ramenem Druh a. tlida l'~r."OU D.eLlct PLOCHOU :II GH.
1S H.u
rtxOVKY
SLOZITi'CH
1'11
VS'KOVKY Obou!'lt,ranJ1'~
KRt:HovF;IIO osucnó
PRUREZU
DGTIJ
Skupina
Skupina 1
8
t11da
II S
10.8
• 738 42
TVARU
'Ht
1
H>2H.
:2
D;S:Wl D> ZDI
4
1 JaB L> L> L>3B 3B T.,;; 38 L~ r.,; L,; 311 '::';11 1< I> b - H••.•.-liH. Hs. I,;.L-.•• 2H, H B> H> 2H. %H. R>'JH. :H, 2H, 2TI. Jcdn~CMJ.'..o rtu ••.;~....& DruhH,,;. •~tlid. S p&bloU D2LW[ n'KOVKI.'" PLOCHOU RLOZlTI'CH
--:-::
i:t
.~
,...-I
OH. 2H1
2D. 2Dt
D>
/••• =
> mI
95 MlfHpfn ••.
TI!C
D
H> s:
3
3/1
TVARU
Obr. 4.27 Príklady na zarazení výkovku do tvarových skupin Po správném zatrídení výkovku podle tvarové složitosti, viz. tabA.12, se odecte stupen presnosti pro dané provedení, a to ve smeru kolmém i ve smeru rovnobežném s rázem. Pro stupne presnosti 5 až 7 lze využít tabulky 4.13 až 4.15. Uvedené hodnoty mezních úchylek platí pro vnejší rozmery. Z celkové tolerance jsou 2/3 mezní plusová úchylka a 1/3 mezní minusová úchylka. Pro vnitrní rozmery platí tytéž hodnoty, ale s opacnými znaménky. Hod~ noty mezních úchylek zaoblení hran r a prechodu R jsou dány tab. 4.16 dle CSN 429030. Hodnota dovoleného presazení, dovoleného otrepu a sestrižení je rovna mínusové mezní úchylce stanovené pro daný výkovek a daný rozmer z úchylek kolmo k rázu. Hodnota dovolené jehly je rovna plusové mezní úchylce rozmeru daného výkovku ve smeru rázu. Dovolený pruhyb je dán minusovou mezní úchylkou pro výkovek tepelne nezpracovaný. Tabulka 4.13 Mezní úchylky a tolerance Tab. 4.16 Mezní pres úchylky ve smeru zaoblení prechodu do 40 do 00160 100 11063 do2S 100 40 pres 25 výkovku O 63 pres Meznír R a zaoblení hran Mezní Mezní +0,50 +0,40 +0,30 100 32 dopro +0,20 +0,15 +0,25 -0,40 -0,50 Polomer platí zaoblení -0,30 R pro r Mezní úchylky platí
123
Stupen presnosti 5 63 40 2S +1.1 1,5 -/).6 -41,6 -0.6 -/).7 IÍchylky 0.9 1,6 1,1 100 63 160 40úchylky -0.3 +1,5 +1,3 1,2 1.1 +0,8 +0,7 1,9 1,8 2,2 1,7 -0,5 +0,9 +1.0 -0,5 úchylky Ikhylky 1,3 0025 -41,6 1,4 1,3 +1,4 +1,2 1,7 +I,] 1,5 1,0 -0,4 I,. +1,1 +0,9 +0,8 +0,7 +1,0 +0,6 +0,6 2,0 -0,6 -0,6 -0,4 ROlJ1Ier rykovku kolmo kNejvedl rámTolerance prom&- pia TTolerance oIeram:e
ne"" O,S.{L+B)
Raznw1ryvmm ve sm&u rúu (II)
Tab. 4.14 Mezní úchylky a tolerance výkov
D
Tab. 4.15 Mezní úchylky a tolerance
Stupen presnosti 6 Rozmery v mm Meml ~.ti 2.4 -0,6 údaylky 40 25 40+1,9 +1.4 2,5 2.2 2.0 +1.5 +1.8 +1,3 1.7 ~.7 -0,11 +1,4úchylky +t,1 3.0 +1,1 1.6 -0.5 úchylky ~J! 1.7 1,5 -0,7 smeru rázu (11) 100 63 160 +1,1 2,6 -1,0 -0.9 -0,8 2.6 2.4 +2.0 +1,6 +1,6 -1,1 3,4 3.2 -0,6 2.3 ~,6 2,11 +1.9 +2,1 +1,4 -1.0 2,9 -0,9 úchylky 1,9 -0,5 1.9 -0,7 ~,6 1.8 +1.6 2,1 -0,8 ócbylJey +1,9 +1,8 +1,7 3,0 +2,3 +2,0 25 160 +1,2 2,1 ve výkovkl1ve smeru p~ H.IIdoRozmer do do6J do 40 ) 25 kolmo JerázuTolerance do 100 4{) 100 Tolerance pres výkovkn D pres 63 ples 2S nebo O,5.{L+B) Nejvetší c::.mec l:res Mem/ Mezn( Mezní MC2I1(
Stupen presnosti 7 Rozmery v mm -l,Z 40+2,9 -1,3 100 63 40 2S tldaylky 5.0 -1,4 +1,7 3,3 3,0 2,7 +2,0 2.4 do2S -1,1 -1,1 160 tlcby\ky 3,2 4,3 -1,7 3,8 3,7 l1chylky +2,5 +2,3 +2.1 +2,0 +2,2 2,5 +1,9 +1,8 +2,2 2,8 +1,6 óchylky 2,7 +2,7 --1,1 -1,2 -0,9 -0,9 4,7 +3,3 -1,6 -1,5 -1,3 4,5 4,0 4,6 l1chylky 4,4 3,6 -0,8 -1,1 -1,0 +2,4 +1,8 -0,8 +3.1 +2,9 3,5 -1,8 4,1 +2,5 +3,5 +3,1 +3,0 5,3 --1,3 -1,4 -1,5 -1,2 pica Rozmer výkO'Ykl1ve smeru rázu (H) kolmo kNejv!tJ( rázu Tolerance ToIer.ance ToIcrancc Tolerance pn\mer nebo O.s.{L+B)
Zpusob odecítání mezních úchylek a tolerancí dle CSN EN 10243-1 Odecítání mezních úchylek se provádí na základe zatrídení výkovku podle hmotnosti, tvaru delicí plochy, druhu oceli, ukazateli clenitosti tvaru a požadované presnosti provedení. Jsou jen dva stupne. Stupen F je bežne dosažitelný a stupen E je pro presné kováni Norma dále rozeznává jen dva druhy ocelí, oznacené jako skupina Ml (obsah uhlíku do 0,65% a celkový obsah legujících prvku Mn, Ni, Cr, Mo, V a W do 5% hmotnosti) a skupina M2. Ukazatel clenitosti tvaru Sje dán pomerem objemu výkovku k objemu obalového telesa, vytvoreného z nejvetších rozmeru výkovku. Obalové teleso je vytvoreno bud jako opsaný válec (pro rotacní výkovky), nebo jako nejmenší opsaný kvádr (pro nerotacní výkovky). Podle hodnoty S existují 4 skupiny: Sl (l 2: S > 0,63), 82 (0,632: S > 0,32), S3 (0,322: S > 0,16) a S4 (0,16 2: S). Príklady tabulek pro stupen presnosti F je dán v tab. 4.17 a 4.18. Bližší popis a výklad je v uvedených normách a rovnež je obsažen ve skriptu: Cermák, Šanovec ,,Prípravky a nástroje pro tvárení kovu za tepla" CVUT, Praha, 1977. 4.3 Zásady konstrukce volných výkovku Typické volne kované výkovky jsou hladké tyce ruzných prurezu, ruzné typy osazených a napechovaných tycí, kotouce, desky, vence, kroužky, pouzdra, dutá telesa a zalomené hrídele. Pro strojní kování se používají buchary a hydraulické lisy. Volné kování se provádí pomocí jednoduchých nástroju tvárením za tepla, kdy zmena tvaru probíhá postupne. Technologické prídavky, dané jednoduchým tvarem nástroju, jsou vetší než pri zápustkovém kování. Tvarová složitost výkovku je zde rovnež nízká a prídavky na obrábení jsou vetší. Podle druhu volného výkovkujsou prídavky na obrábení v nonnách CSN 429010 až CSN 42 9014. Prídavky se vztahují k jednoduchým hladkým plochám, které bude nutné obrábet z duvodu dosažení požadované presnosti a drsnosti. K temto prídavkum se ješte pripocítávají hrubovací prídavky, a to pokud se výkovek nejdríve vyžíhá na mekko, opracuje, zakalí a popustí a nakonec se obrábí na hotovo. Pridáním prídavku ke tvaru soucásti se získá tvar výkovku.
124
Tab. 4.17 Platí pro ocelové zápustkové výkovky kované na bucharech a lisech
Mezní úchylky délky, šírky, výšky a tolerance presazení, otrepu a sestrižení E cE QI
~
~
delicí plocha Hmotnost • .g .~ v kg
+ cI QI
g'~ ~.O; e;
Q.;~
)~t;
~)a;
c: o ~ z E
f ~ od
do
~ >g g 'c CI.~!:!'l!I
Ukazatel clenitosti tvaru
Jmenovitý rozmer v mm
= .•.•> Ví .g ]
O
Ml M2 Sl S2 S3 S4
32
tDD
i'O,7
D,f,. 0,5
O,S
./
DL ,6
0,6 0,7
./
1,0
0.8 n
0:3
1,U
1.0
/" ./
r./ ./,
1,2
1,3 J1,2 --"------'-
.3,2 5,6 .5,b 10
./
,"I"
' \.
' "
!\.\. \"
\
1,2
f.It. /'
1,4 1,7
,
./
10
20
[\, \.
./
20
50
\ \
, \.
2.0
1.0
2.1,.
2,4
2.8
L __ !
./
./
/
50
12D
120
250
\
"'-..1
,"'-..
""
"
"-,
','"
\.
.\.
"'-,,
\.
..•..• "-'
' \. \
t'f,l 1,6 -0,5
"',
"
-t
160
0,1 1,4
-1J,s () 't-1,1 to -0,6
2O
,,2.5 "\
28
"'-..
..•..•
"'-.. "\ ---"" ""
"\ "\. "'" ""
-o,s
1,b
'
U
-o .•
40D 630
400 .• 1,2
+ 1.3
-0.6
2,0 -0.7
-0.7 +1,7
2,.)
1. t-o" -1r +1.1 'lg +1,2 20 "(,3 22 +t,$ ,4 -o,s' M> -o.s {, -0.6 I -O,] , -07 6 +1.1 '/ +1,2 20 +1.3 22 +1,S -+1.7
1.
(,8
+1,.5 -t-1,7.., 2,2 -0.7 2,5 -O,e L,g -t-1,7 H.:] J 2 -0.4 2,g -o,g ,
"-
250 + t.f
-tO,!)
-M
1,2
25D
-0.6
,
-0.7
+1.3
2
+Ul
32 +1,(
,
2
+1.s
-0.4 +1.'1
-0.7 .2 -0.7 -M 2,8 -0.1 -t-1.3 • "1.5 +1.7 ') ,5 +1,9 +21 U -0.& 2,0 -0,7 2,2 -0,7 2,5 -0.$.1..,8 -0/1 3,2 -lr +t3 2-t-[,S2S-<-1,72 -t-f.93?+J,1 -t-2,~ 2,0 -v'7 2, -0.7 I -08 ,,8,_Q,9 .<. -1,1 3.6 -12
+1.2
"
""",
""
./
1,7
""
,",
\
\
"r"
1'0,3
1,~ -1),.5
"'"
.\""" \ \.
./
"
"'-..'
\.
1.1 -0,4 +0.8 1,2 -0,4
"
"\. \. "\. \.
1,8!\.\
1,0
./ o, 7
I", r,,,,
\
r
o,~
./ ./
0.4
O
!tO
100
32
"'1.9
-o,s + 2.f
-ó'3 , -1,1 +2,1 36 +2.4 -1,1 , -1.2 +-2,1 "'2," 10 +}1 ,2 -1,1 ,~ -[,2 'I, -1.3 '1-2,4 +2.7 4 +30
3
3(,
+14
3,6 -1,2 / O +2.7 'T, -f.j
+1? 4,0 - i.J +3,0
4,5 -1.s
+],0
.•..J,J
4,S -f.s +J,J
5.0 -1,7 +3,7
3,2 -1.1 3.6 -1,2 4.D -1.3 ,5 -1,S 5,0 - (,7 5,6 - 1,ff +2,4 +2..7 l.s +.3,0 ·t~3 "'.1,7 1'42 3,b -1,2 4,0 -1.3 'f -I,s ,0 -f,7 5,6 -1,9 /),.3 -1.1 15 -1.55,0 'tJ,O -t-J,J ..•.3.7 r 4.D +2.7 -1.3 "t. -1.7 5,6 -t!1 0,3 +4,1 -2.1 7.0 +47
5
-ú
Tab. 4.18 Platí pro ocelové zápustkové výkovky kované na bucharech a lisech
Mezní úchylky tlouštek a tolerance stop po vyhazovacích - Stupen presnosti F Hmotnost "-Ml ,kování -o.s tvaru od ', obtížnosti -0,5 7 54 M2 ,5 -0,7 ,63 -,1 -0,7 Jmenovitý ' ' -1.s 52 53 32+0.7 + Stupen 22 2i +1..5' +1,1 t1.1 '1 20 U + +1,2 +1.3 1{' g51 63 i1 U; f.1 1.2 +0,7 +0,8 S20 36 00 250 t4 2 ++ 0.9 1,7 J,G : ~:~ 63 v5,0 kg Ukazatel clenitosti 200 do O- 40 25 40 20 25 22 1.! 22 ..• rozmer v mm !.1 U "'~ '"'"20 20 28 32 :N ~H +~:1 "'~ k' H ~:4 4,0 :i? lij ~j 1f '" !":: gJU 2,S~g {, ~gJ. ~M ::t:J ~á~ +l" ~H t; 3,2 ~a~ :H N J~ ~~ ~~
"'"
'"
"'~ "'~
-O,lt '--0,0$ -0,'1 '(,( ,,16 --0..5 -O,! -0.7 -0..7 --0,4 0.7 0,3 0.(, 0,7 1.0 ,,t- 0,3 --{),6 0..3 (Ilb ,160 I,, "--0,7 -0.1. -1,1 -0,$ -0.,7 -1'2 --o. -0,7 -0,6 - O,S Orl O.'f 0.(, 2,.s--10$ t ''2, 0,1; O '' 1,2 110 12 100 'tO ••••o>111 '4 -.•. 0,4 -0.1 + +1,3 + 2. 7 1.4 +0,' lG +1,3 +1,7 +1,5 +1,2 1.2 1.2 + ..• + 1,1 J,O IJ,I 1,2 1,3 1.2 1ft+"" "" I"" 2.5 3,2 3. 2+100 SI> 4,0 4.5 1. 0,7 22+1,.5 b5+ +0,8 + + """ 1,3 "" 1,1 "1,7 t,.S 1.6 2.5 1,,5 tG 3.6 ::+J.t> ~ 1,7 :+1.5 r'::::. 2,g 1.,,0 3,2 3,1; 2,8 5.0 2.8 :+1,'3 ::2lr ""
ObL 4.28 Kovárské prídavky • n -technologický prídavek • p - prídavky na podélné zkoušky • t - prídavky na prícné zkoušky • z - záves pro tepelné zpracování
125
Pro tento tvar se vypocte teoretická hmotnost výkovku. K teoretické hmotnosti je treba pricíst ztrátu zokujením a ztrátu materiálu pri sekání a derování. Mezi technologické prídavky pribudou prídavky na mechanické zkoušky a závesy pro tepelné zpracování, viz obr. 4.28. Z vypoctené potreby kovu se urcí vhodný polotovar. Nejlevnejším polotovarem jsou plynule odlévané sochory. Pro menší výkovky se volí válcované sochory, pro nejvetší kovárské ingoty.Zde to budou navíc technologické odseky od hlavy a paty. Prurez výchozího polotovaru se volí tak, aby se potrebný stupen prokování dosáhl jen prodlužováním, nebot pro napechování je treba vetší síla. Pri použití válcovaného sochoru jako vstupního polotovaru predpokládáme, že potrebný stupen prokování materiálu byl dosažen již pri válcování. Vliv materiálu se projeví predevším teplotou ohrevu, poctem operací a zpusobem jejich vedení. Základní tvary výkovku a kovárské operace
Tvarová složitost volne kovaných výkovku je nízká. Z hlediska základního tvaru se volne kované výkovky v praxi delí do 3 hlavních skupin na plné, duté a ostatní. Každá skupina se rozpadá do nekolika podskupin podle svého charakteru, podle pomeru hlavních rozmeru a s ohledem na technologie výroby, viz. obr. 4.29.
podlouhlé
UO > 0.8
bloky
prodlužowar>é
fIíotrar>r>~ prokowar>é
Obr. 4.29 Rozdelení volne kovaných výkovku dle praxe Konecný tvar výkovku se dosáhne nekterou ze základních kovárských operací, prípadne jejich kombinací. Pro složité tvary je nekdy nutné použít i speciální prípravky. Dále jsou uvedeny základní operace, které však mají svá omezení zejména z hlediska stability procesu, geometrie tvaru, velikosti a parametru kovacího stroje. Základní operace volného kování jsou: Prodlužování: Pri prodlužování se zvetšuje délka výkovku na úkor zmenšování prurezu. Pretvorení je místní, nebot kovadla pusobí jen na cást délky kovaného kusu. Prekovává se bud celá délka polotovaru, nebo jen omezená cást. Používají se plochá ci tvarová kovadla. Pechování: Pri pechování se zvetšuje prurez na úkor výšky, je zde nebezpecí ztráty stability. Proto nemá výška pechované kruhové tyce prekrocit hodnotu h = 2,7 d. Pretvorení neprobíhá v celém objemu rovnomerne. Operace se používá v prípade, že je treba zvetšit prícný rozmer polotovaru nebo zvýšit stupen prokování. Napechovat lze také pouze konec ci strední
126
cást polotovaru. Pro omezení nebezpecí vniku trhlin na povrchu je dosažitelné napechování omezeno pomerem D : d ~ 5. vor. Derování je možné
provádet
z jedné,
nebo
nem. Z hlediska technologicnosti má být d 2': } O mm zaH:d<4 obou stran, viz obr. 4.30. Lze derovat i dutým trDerování: Pri derování se vytvárí pruchozí otKování na trnu: Výchozím polotovarem je vyderovaný špalek, kdy do otvoru polotovaru se nasune trn. Pokud se pri kování zvetšuje délka polotovaru na úkor tlouštky mluvíme o prodlužování. Použitý trn musí mít úkos, aby bylo možné po dokování stáhnout výkovek, obrA.3} nahore. Pokud se pri kování zvetšuje prumer polotovaru (kroužku) na úkor tlouštky mluvíme o rozkování. Po každém záberu se trn a tím i kroužek pootocí o vhodný úhel, obrA.3} dole. Osazování, prosazování: Pri osazování se zeslabuje cást priléhající ke konci, pri prosazování se zmenšuje prurez strední cásti. Po naseknutí do potrebné hloubky se príslušný úsek prodlužuje. Pro potlacení nebezpecí prerušení vláken se u hraných tycí nedoporucuje snížit výšku o více jak 40 %, u kruhových tycí se nemá zmenšit prumer o více než 60 %. Vetší zmeny prurezu je možno dosáhnout v nekolika stupních.
.
li·'~~ :
m ~ i i
..
..
Obr. 4. 30 Derování z obou stran
Obr. 4.31 Kování na tmu
~~
Obr. 4.32 Osazování a prosazování
Presazování: Pri presazování se dva sousední úseky vzájemne presouvají v prícném smeru, pricemž jejich osy zustávají rovnobežné. Obr. 4.33 presazování Príklad volného kování príruby Na obr. 4.34 je pro predstavu návrhu tvaru vý-. kovku uveden postup volného kování. Výchozí materiál o rozmerech 160 x 160 délky 280 mm se nejprve "zkulatí" a vyrovná. Sochor je zde lacinejší než výchozí kulatina. Následuje pechování ve tvarové podložce, aby se zajistil budoucí tvar príruby. Další operací je derování na desce, vyrovnání príruby ajejívyražení z desky.
Obr. 4.34 Kování príruby
127
~
o
5 TECHNOLOGICNOST KONSTRUKCE SVARENCU Technologicnost konstrukce zjiných oblastí technologie je již charakterizována v predchozích kapitolách a z velkého množství ruzných pohledu je zrejmé, že v dnešní dobe tak veliké množství informací a poznatku o chování materiálu, konstrukcních návrzích, zpusobech zpracování, použitých výrobních technologiích až po konecnou povrchovou ochranu je nezbytné dobre poznat a následne predevším zásadní poznatky správne a vcas uplatnovat v prurezu všech jednotlivých cinností smerujících ke kvalitnímu prodejnému výrobku. Technologicnost konstrukce svarencu je již podstatne zúžený okruh informací a presto pri nynejším rozvoji a aplikaci svarovacích procesu máme tolik poznatku o svarování, že není v soucasné dobe nejvetším problémem provést kvalitní svarový spoj, ale mnohem duležitejším se jeví ve správnou dobu presné apEkování technologických zásad pro svarence, které nám umožní dosáhnout stanoveného cíle, jímž je kvalitní výrobek - v našem prípade svarenec. Více ci méne dusledneji propracované konstrukcne - technologické rešení pak vypovídá o stupni technologicnosti konstrukce svarence. 5. 1 Proces svarování Podstatou svarování kovu je vytvorení metalurgického spojení, tj. spojení založeného na pusobení meziatomových sil, které jsou prícinou soudržnosti a pevnosti kovu, tedy sil, které udržují velmi úcinne presné vzájemné polohy a odstupy atomu tvorících atomovou mrížku uvnitr cástí. Zároven také zabezpecují stálý tvar kovových predmetu. Aby mezi atomy, které náleží ke dvema kovovým cástem, zacaly pusobit uvedené síly, je treba priblížit atomy tvorící povrchové vrstvy, na vzdálenost normální mezi atomové vzdálenosti v krystalové mrížce uvnitr kovu. Podarí-li se to v celé stycné ploše, zanikne drívejší rozhraní mezi obema cástmi a vznikne více, nebo méne kvalitní svarový spoj. K tomu je nutné vynaložit urcitou energii, která muže být tepelná a mechanická v ruzných vzájemných pomerech . .Z technologie svarování víme, že svarový spoj je jednou z nejdražších a nejproblematictejších cásti svarence a to nejen z hlediska nákladu na provedení svaru (zahrnujících prípravu základního materiálu pred svarováním, prídavný materiál, svarovací zdroje, energii, kvalifikovaný personál, aj.), ale predevším z hlediska vnášení negativních dusledku od svarování Gako jsou napetí a následné deformace, ovlivnení základního materiálu ci zmena struktury, možný vznik vad jak v základním materiálu tak ve svarovém spoji, aj.) do konstrukce výrobku, jež navíc nekdy musí být dále pro tyto negativní dusledky podroben následným technologickým procesum za studena nebo za tepla. (rovnání, žíhání, aj.). I
Výhody svarování Mezi hlavní výhody svarování patrí: •
Zjednodušení konstrukcí.
•
Pri dodržení urcitých ekonomicky výhodných kritérií, možnost náhrady za výkovky a odlitky (zejména v kusové a malosériové výrobe). Snížení hmotnosti konstrukcí vhodnou volbou a úcelným využitím materiálu, vhodnou volbou spoju, zpusobu svarování a zejména dovoleným namáháním svarového spoje. Zvýšení produktivity uplatnením mechanizace a automatizace svarovacího procesu. Pohotovost a možnost rychlé realizace konstrukcních návrhu a zvládnutí výroby. Znacná úspora nákladu prí vhodných renovacích a opravách strojních zarízení.
• • • •
konstrukcí,
možnost uplatnení nových, ekonomicky
128
vhodných
koncepcí
Nevýhody svarování Mezi hlavní nevýhody svarování patrí : • • • • •
Svarový spoj se tvorí za tepla v úzce omezeném pásmu svarovaných cástí -lokální ohrev. U rady zpusobu svarování probíhá proces svarování postupne ve smeru svarové housenky, címž prubeh teplot je velmi nestejnomerný. Pri rychlém chladnutí svaru ocelí vyšší pevnosti vzniká nebezpecí zakalení v tepelne ovlivnené zóne základního materiálu. Vznik vnitrních pnutí a deformací. Jakost svaru, jejich únosnost a funkcní zpusobilost je nepríznive ovlivnována skrytými vnitrními vadami ve svarech, které zeslabují nosný prurez svaru a mají vrubový úcinek což muže být zdrojem porušení svarového spoje.
Práve tehdy, když se setkáme s výše popsanými negativy a navíc v konkrétní praxi uvidíme dusledky zanedbání nejduležitejších zásad projevujících se ve zdeformovaných konstrukcích ci prímo jejich haváriích, uvedomíme si jak každá drobnost s procesem svarování související je duležitá a zacínáme nastupovat tu správnou a optimální cestu dusledného analyzování každého kroku v procesu: návrhu konstrukce svarovaného výrobku, technologické prípravy, postupu svarování a kontroly. 5.2 Proces návrhu konstrukce svarovaného výrobku Již zvládnuté a v praxi overené výrobky mají své jak návrhové, tak provádecí predpisy - normy, ve kterých jsou již popsány základní požadavky a technologické zásady. Projektant ci konstruktér podle techto zásad postupuje a konzultuje-li nekteré podrobnosti se svarecským technologem, je nejvýš pravdepodobné dosažení vysokého stupne technologicnosti konstrukce. Casto se však jedná o výrobky, pro které zatím návrhové, nebo provádecí predpisy vydány nebyly. Je proto duležité aby konstruktér sám aplikoval obecné zásady v oblastech: •
Urcení typu konstrukce z hlediska druhu namáhání.
•
Dimenzování prurezu hlavních nosných prvku.
•
Správné volbe základního materiálu.
•
Stanovení tepelného a mechanického zpracování svarence.
o
Urcení typu a rozmístení svaru.
•
Návrhu optimálního tvaru a rozmeru svarového spoje.
•
Stanovení tolerancí svarovaných konstrukcí.
Urcení typu konstrukce z hlediska druhu namáhání Práve svarované díly poskytují široký prostor pro uplatnení tvurcích schopností konstruktéru, nebot mohou konstrukce rešit jako príhradové, plnostenné a skorepinové. Další uplatnení svarencu je samozrejmé u bežných strojních soucástí, nekdy jako náhrada za odlitky a výkovky. Príhradové konstrukce se používají pri výrobe strech velkých rozponu, vežových jerábu, mostu, atp. Jsou vyrábeny predevším z uzavrených profilu, zejména trubek, jaklu a uzavrených svarovaných profilu z plechu. Konstruktér volí detail svareného uzlu s ohledem na úroven vnejšího zatížení, hmotnost konstrukce, zpusob namáhání, požadovanou spolehlivost a životnost celé konstrukce. Príklady detailu uzlu jsou na obr. 5.1 a 5.2. '
129
Obr.5.! Detail se stycníkovým plechem.
Obr. 5.2 Detail s prostorovým prunikem trubek.
Plnostenné konstrukce se používají jako otevrené, nebo uzavrené. Plnostenné otevrené se používají pro konstrukce prumyslových hal a mostní konstrukce. Plnostenné uzavrené - skrínové pro stojany lisu, rámy obrábecích stroju, hlavní nosníky podstropních jerábu apod. Vyrábejí se predevším svarením z profilu, z plechu nebo jejich kombinací.
..-H-
.-.J-
Obr. 5.3 Rešení konstrukce jako svarované uzavrené z plechu, z profilu a plechu a otevrené z plechu. Skorepinové konstrukce se používají rovnež jako otevrené, nebo uzavrené. Jde predevším o tlakové nádoby, otevrené a uzavrené zásobníky, lodní konstrukce, ale rámy lokomotiv a vagónu aj.
i
Obr. 5.4 Príklad rešení otevreného zásobníku a tlakové nádoby, svarované z plechu.
130
Svarence bežných strojních soucástí zahrnují svarence ve výrobe predevším
dopravní techniky, jerábu a manipulátoru, obrábecích a tvárecích stroju, kde se zvlášte pri menším poctu vyrábených kusu svarují ruzné páky, kliky, ozubená kola, remenice, kladky, bubny, aj.
Obr. 5.5 Príklad reŠení svarované
kliky a ozubeného
kola
Dimenzování prurezu hlavních nosných prvku. Návrh materiálu z hlediska pevnosti - výpoctem prokázat, že extrémní návrhové žení neprekrocí návrhovou únosnost. Uvedený požadavek mužeme vyjádrit vztahem: Sd
~
Rd
návrhové návrhová
Sd
Rd
zatí-
zatížení únosnost
nebo vztahem:
u
<
(Y
(YD
UD jmenovité napetí dovolené napetí
Pri provozu konstrukce nesmí dojít k:-'.•
dosažení mezního stavu únosnosti, o prekrocení pevnosti o únavovému lomu o krehkému lomu o
nadmerné strukce nebo •
plastické
jako napríklad:
deformaci,
napr. ztráte stability tvaru prvku, nebo celé kon-
dosažení mezního stavu použitelnosti, jako napríklad: o nadmerné deformaci napr. pruhybu zpusobujícího chybnou funkci dílce o kmitání, které by obtežovalo osoby, nebo poškozující jiná zarízení
Správná volba základního materiálu Konstruktér musí volit materiál s ohledem na úroven zatížení, pocet zmen zatížení, rychlost zatežování, vliv prostredí a teplotu, pri nichž se zatížení uskutecní. Zároven však musí použít takový materiál, který mu dovolí provést kvalitní svarový spoj, casto minimálne se stejnými vlastnostmi, jaké vyžaduje od základního materiálu. Takovým kritériem je svaritelnost materiálu - jedná se o komplexní charakteristiku materiálu, která urcuje za daných podmínek svarování jejich vhodnost pro spoje predepsané jakosti.
131
Zarucená svaritelnost znamená, že výrobce zarucuje svaritelnost materiálu za teplot do O°C bez zvláštních opatrení. Podmínená svaritelnost znamená, že jakostní svar lze provést jen za urcitých podmínek dodržených behem svarování. Pro informaci jsou v tabulce 5.1 uvedeny znacky nekterých ocelí se zarucenou, nebo podmínenou svaritelností vcetne ekvivalentu ceských a evropských norem. Tab. 5.1 Oceli se zarucenou nebo podmínenou svaritelností 15313 15'0323 17 255 15217 X5CrNiMo X10 X10CrMoVNb9-1 X8CrNi 20CrMoV13-5 11CrMo9-1 1OCrMo9-1 S355JO 24CrMoV55 X10CrAISi7 17CrMoV10 X10CrAI13 S235JRG1 S235JRG2 13CrMo4-5 S355J2G3 S355J2G4 10CrMo11 S355J2G3 11 16224 15 5CrMo16 25CrMo4 X20Cr13 X10Cr13 16MnCr5 CrNiTi P235GH P265GH X6Cr16 L360N X6Cr13 S235JO S355JO 378 128 1.0114 1.7362 25-21 1.0036 1.0038 17-12-2 WP 20-12 18-10 O X6CrNiMoTi17-12-2 X3CrNiMo17-13-3 17 S690QL 022 531 1.4016 1.4006 1.0570 1.0582 1.8928 1.0345 1.0425 1.4021 1.4006 1.7131 1.7218 1.7276 1.0566 1.0570 1.0577 1.4724 1.0028 1.7766 1.8962 1.4713 1.7733 1.7715 1.7380 1.7779 1.4845 1.4828 1.4301 1.4401 11.4571 .4436 . 1.7335 IX15CrNiSi 7 8 CSN EN 1CSN 288 Skupina CSN CSN 42 9 EN 0002 10027-1 EN 10027-2 CSN EN 287Skupina 5
I
132
Tab.5.2
Význam symbolu u oznacení ocelí dle evropských norem
Znacka - písmeno S
Význam císla Císlo, které odpovídá minimální mezi kluzu v MPa pro nejmenší tlouštku výrobku.
p G
L E
Císlo, které odpovídá charakteristické mezi kluzu v MPa. íslo, které odpovídá minimální pevnosti v tahu v MPa.
B Y R
Tab. 5.3 Význam prídavných symbolu ve znacení ocelí dle evropských norem Zkušební K5 K3 K4 K6 L5-50 L3-30 L4-40 G2 G3 40 KR LO L2-20 LR20 A Jnormalizacne Neuklidneno M L6-60 G1 G zušlechteno KO K2 60 M Jemnozrnná ateploty normalizováno válcováno MUklidneno ++nízké Q Normalizacne Termomechanicky Jiné charakteristiky žíháno válcováno 8NFLHSymbol lování laku význam nebo Uklidneno, rC) normalizováno a vYsoké Vytvrditelná Pro teploty Symbol pri vypaažíháno jeho význam anormalizacne jeho Další symboly
°
Nárazová práce
Stav materiálu
Tab. 5.4 Oznacování ocelí z hlediska kvalifikace svarecu dle evropských norem Nelegované nízkouhlíkové jemnozrnné konCr-Mo oceli nebo žáropevné ocelinízkolegované Cr-Mn-V oceli Nerezaveiící feritické nebo nebo martenzitické oceli s oceli 12 aža20 % Cr. oceli. feriticko-austenitické nebo ciste austenitické Cr-Ni Normalizacne žíhané jem!",!ozrnné oceli, zušlechtované a tepelne zpracoW01 s obsahem až 5 kluzu % kluzu Ni. Re~Re $ 360 MPa. strukcní oceli s mezí vané oceli s2mezí 360 MPa, jakož i podobne svaritelné Ni-oceli,
Tab. 5.5 Oznacování ocelí z hlediska kvalifikace postupu svarování dle EN 288-3
Rm $ 520 MPa anebo s% nejvyšším obsahem prvku 0,24s % C, 0,55 %% Si, Normalizované termomechanicky zpracované jemnozrnné oceli se Austenitické Oceli ss Cr Ninebo max. ajemnozrnné korozivzdorné 90,6 oceli Feritické korozivzdorné oceli Cr 12kluzu až 20 max. %, Mo max. 1,2 %V Oceli max.12 %,%, Mo Mo max. max. 10,5 %, %, max. V max. 0,5 0,25 % Zušlechtené oceli se zarucenou min. Re~ 500mezí MPapevnosti Oceli semartenzitické zarucenou nejnižší mezí kluzu Remezí $% 360 MPa, nebo zarucenou minimální kluzu Re~ 360 ximálne 0,30,65 %. Soucet ostatních maximálne 0,8 jednotlivé % 1,6 % Mn, % Mo,mezí 0,045 % S,prvku 0,045 PMPa %. Ostatní prvky ma-
133
Stanovení tepelného a mechanického
zpracování svarence
Cílem tepelného a mechanického zpracování svarencu je zlepšení jejich vlastností, zejména zvýšení odolnosti proti krehkému porušení, porušení z dusledku únavy, zvýšení korozní odolnosti, dosažení príznivejší struktury a zlepšení rozmerové stálosti. Tepelné a mechanické zpracování svarencu se stanovuje po posouzení: • • • • •
druhu základního materiálu, resp. kombinací základních materiálu tlouštky svarového spoje technologických podmínek svarování ( zpusob svarování, tvar spoje, prídavný materiál, merný tepelný príkon, teplota predehrevu a dohrevu a pod.) provozních podmínek svarované konstrukce požadovaného stupne provozní bezpecnosti
Tepelné a mechanické zpracování se nevyžaduje, jestliže je splnena alespon jedna z následujících podmínek: a)
Jestliže se jedná o oceli se zarucenou mezí kluzu Re S 275 MPa a tlouštku svarových spoju h S 38 mm.
b)
Jestliže se jedná o oceli se zarucenou mezí kluzu Re S 275 MPa a tlouštka svarových spoju h S 50 mm, ale jsou splneny následující podmínky: • svarovaná konstrukce má jednoduchý tvar • základní materiál byl pred svarováním tepelne zpracovaný • svary byly stoprocentne nedestruktivne kontrolovány • svarové spoje mají v tepelne nezpracovaném stavu vrubovou houževnatost požadovanou pro daný výrobek
c)
Pro oceli se zarucenou mezí kluzu 275 MPa S Re < 370 MPa a tlouštku svarových . spoju h < 30 mm.
d)
Jestliže se vhodnými zkouškami prokážou vyhovující vlastnosti nosných svarových spoju a svarové spoje se budou 100% nedestruktivne zkoušet. Uplatnuje se to predevším u mikrolegovaných ocelí s charakteristickým obsahem C S 0,15 % a uhlíkovým ekvivalentem Ce S 0,45 , které mají menší sklon ke zhoršení plastických vlastností pri svarování a zbytková napetí se v tepelne ovlivnené oblasti projevují v menší míre.
e)
Jestliže se na ocelové stavební konstrukce použije vhodný prídavný materiál a technologický postup svarování, kterým se dosáhne nízká hodnota zbytkových pnutí.
Tepelné a mechanické zpracování se musí provést, jestliže svarovaná konstrukce pracuje v prostredí, kde je nebezpecí vzniku koroze pod napetím a nebo pracovní médium obsahuje jedovaté látky. Prípadne se musí konstrukce zvlášt' posoudit. K užívaným postupum tepelného zpracování patrí: a) žíhání na snížení pnutí b) normalizacní žíhání c) žíhání s cástecnou austenitizacÍ mezi AI a A3
d) popouštení e) žíhání ke snížení obsahu vodíku f) mezi operacní tepelné zpracování
K užívaným postupum mechanického zpracování patrí: a) tlaková zkouška nádob a potrubí za tepla b) statické pretežování c) vibracní zpracování
d) zpracování výbuchem e) jiné zpusoby, jako napr. prekování povrchové vrstvy svaru, pretavení povrchu svaru metodou TIG aj.
134
Podrobný predpis pro navrhování a provádení tepelného a mechanického zpracování je shrnut v CSN 05 0211. Konstruktér navrhuje príslušné tepelné zpracování v souladu s touto normou a s požadavky norem pro dané vÝrobky. Urcení typu a rozmístení svarových spoju. Pro spojení dílcu ve svarenec se používají svary : •
•
•
•
•
•
tupé svary s plným, nebo cástecným pruvarem jsou nejvhodnejším druhem spoju konstrukcí namáhaných jak staticky, tak dynamicky. U tupých svaru je zachován plynulý silový tok. Opracováním krycí housenky do úrovne základního materiálu lze docílit výrazného snížení vrubového úcinku. Provádejí se jako svary V-svar nebo 1/2V-svar, X-svar nebo K-svar a nebo Y-svar. Pri vhodné technologii lze provést plný pruvar i u svaru typu I-svar. koutové a rohové svarové spoje jsou z pevnostního hlediska méne únosné, než svarové spoje tupé. Svarované dílce se prikládají kolmo k sobe a svarové plochy se bežne neupravují, výjimecne se opracovávají prechody svaru do základního materiálu. Nejvhodnejší jsou oboustranné symetrické svary. lemové sv ary - jsou rovnež z pevnostního Wediska méne únosné, než svarové spoje tupé, vznikne provedením I svaru ze dvou k sobe priložených polotovaru. Používá se zpravidla jako svar tesnící. derové, žlábkové svary vzniknou zavarením otvoru, nebo žlábku v horní cásti materiálu se spodním dílcem. Svary nejsou vhodné pro prenášení velkých sil, jejich únosnost není spolehlivá, zejména pri cyklickém zatežování. . bodové a švové svary se provádejí odporovým svarováním na tupo. Svarové plochy jsou k sobe pritlacovány speciálními elektrodami ve tvaru tycí nebo kladek. Tlouštky materiálu vhodné pro svarování tímto zpusobem se pohybují od 0,5 do 8mm. výstupkové svarové spoje se provádejí obloukovým nebo odporovým svarováním. Jsou vhodné zejména pro sériovou výrobu. Za pusobení tepla a tlaku dojde k natavení výstupku mezi svarovanými soucástmi a k vytvorení svarového spoje.
Návrh optimálního tvaru a rozmeru svarového spoje Pri návrhu tvaru a rozmeru svarového spoje je treba respektovat: •
Plynulý a rovnomerný prubeh silového toku má být co nejméne porušen vruby, náhlou zmenou velikosti, nebo tuhosti prurezu ..
•
V místech porušení silového toku dochází k lokální koncentraci snížení únavové pevnosti.
•
Napetové špicky jsou tím vetší, cím více je porušen rovnomerný silový tok.
II
Napetové špicky jsou i v místech technologických vrubu (vruby zpusobené technologickým procesem), a to nejen otvoru, odsazení, ale také svaru.
•
Všechny vruby a náhlé zmeny prurezu jsou potenciálním místem únavových a krehkých lomu a to i pri napetí nižším, než je statická pevnost materiálu.
•
Nebezpecí nepríznivého pusobení vrubu stoupá se zvetšující se tlouštkou svarovaného materiálu, s nárustem jeho pevnosti, s poklesem houževnatosti a s rostoucí tuhostí a rychlostí deformace konstrukce.
135
(špickám) napetí a ke
Konstrukce zatežované staticky • • • •
mají být predevším co nejjednodušší nebývají nárocné na opracování (vruby nejsou tak nebezpecné) vady ve svarech (páry, vmestky), pokud nezmenšují nosný prurez nemají za následek pokles únosnosti špicky napetí v místech vrubu jsou snižovány plasticností materiálu
Konstrukce zatežované dynamicky • • • •
hlavní zásadou je zabránit vzniku vrubu, detaily se opracovávají, jak základní materiál, tak casto i svarové spoje tupý svar je nejvhodnejším spojením, navíc s opracovanými prechody do základního materiálu zcela neprípustné jsou vady ve svarech, jako studené spoje, trhliny, vady v koreni svaru atp. zmeny prurezu musí být velmi pozvolné - opracovávané úkosy, zkosení
Konstrukce zatežované rázy • • • •
úcinky dynamického zatežování jsou navíc zhoršovány provozními, nebo tepelnými rázy konstrukce u techto typu konstrukcí se nesmejí používat prerušované svary povrchy svaru musí být opracované, svary musí být naprosto homogenní konstrukce by nemela být príliš tuhá, mela by umožnovat pružnou deformaci
Další obecné zásady • Nejmenší vrubový úcinek má u koutového svaru povrch vydutý, nejvetší prevýšený, ten je navíc nehospodárný a mel by se používat pouze u rohových svaru. • .Použití prerušovaných koutových svaru je oduvodneno nižšími výrobními náklady, menšími deformacemi a menším vnitrním pnutím ve svarovém spoji i v celé konstrukci. Prerušované svary se nepoužívají jako nosné. • Príliš malé koutové svary se mohou na velkém prurezu velmi rychle ochladit a zaprícinit vznik trhlin. Jejich minimální rozmer proto bývá 3 mm. • Velké koutové svary jsou nehospodárné, nebot objem koutového svaru roste se ctvercem velikosti jeho výšky. Tolerance svarovaných
konstrukcí
Pro vetšinu výrobku jsou tolerance pro svarence stanoveny prímo v provádecích normách s ohledem na požadovanou presnost. Obecne jsou základní tolerance délek a úhlu, tvaru a polohy svarovaných konstrukcí zarazeny do ctyrech tolerancních tríd (viz tab. 5.6 až 5.8). Hlavními kritérii výberu dané tolerancní trídy jsou požadavky na :funkci, které má být dosaženo. Na výkresech se oznacuje vybraná trída tolerance podle tabulky 5.6 nebo 5.7, napríklad EN ISO 13920-B, nebo v kombinaci s tolerancí podle tabulky 5.8, napr. EN ISO 13920 - BE.
136
uty)
Tab. 5.6 Tolerance délek (rozmery v mm) nad 20000 až 30 120 až ± ±9 ±6 ±4 ±2 11 16 ±41 2000 400 120 400 až ±2 ± až 121 ±1000 ± ±4 ±8 ±7 ± ±27 ±24 ±8 ±±l 12 10 40 18 32 36 14 16 12 ±3 12000 2000 12000 4000 20000 8000 16000 ±3 ±6 ±5 ±9 ±7 Rozsah jmenovitých rozmeru I až30
Tab. 5.7 Tolerance úhlu (Jako urcující musí být použita délka kratší odvesny s tolerancemi dle tabulky, rozmery v mm) ±20' ± ±45' ±I" I" ±± 30' 1°15' ±45' ±30' ±15' 20' 10' nad 400 do ±1" nad1000 1000 do 400 Rozsah jmenovitých rozmeru I ( délka, nebo kratší odvesna)
Tabulka 5.8
Tolerance prímosti, rovinnosti a rovnobežnosti platí pro všechny rozmery svarku, montážních svaru nebo svarovaných konstrukcí a také rezu, u nichž jsou urceny rozmery (rozmery v mm)
30 12000 2,5 0,5 1,5 - -30 18 312 nad 11 14 16 812000 725 16 14 862659102nad 120 400 1000 400 do 26 32 40 36 nad nad 522 193420 4000 8000 16000 20000 12000 do 8000 20000 do 1,5 5,5 4,5 Rozsah 120 jmenovitých rozmeru I (vztaženo k delší strane povrchu) nad
5.3 Proces technologické
prípravy, svarování a kontroly
Proces technologické prípravy a svarování se v mnohém pro líná s procesem návrhu konstrukce, nebot konstruktér musí casto velmi úzce spolupracovat s technologem ve výrobním závode a je spolecným úkolem technologa a konstruktéra "odladit" projekt a vlastní technologii pro reálné možnosti výrobních organizací. Proto je bežné, že technolog muže doporucit projektantovi zmenu typu svaru s ohledem na svarovací podmínky, svarovací zdroj a jeho možnosti, dostupnost místa pro svarování, nastavování dílcu s ohledem na prorez atp. Svarecský technolog však plne prebírá odpovednost za proces technologické prípravy, která zahrnuje zejména tyto oblasti: •
Stanovení technologie svarování (není-li presne stanoveno projektantem).
137
• •
Urcení svarovacích prípravku a polohovadel. Stanovení zpusobu svarování a volba prídavného materiálu vybraných kombinací základního materiálu.
• •
Parametry svarovacího procesu, predehrev a dohrev materiálu. Aplikace nedestruktivní a destruktivní kontroly.
Stanovení technologie svarování V prípade, že projektant presne nestanoví technologii svarování, je vecí technologa urcit technologii, jakou se bude daný svarový spoj provádet. Casto se svarový spoj provádí i kombinací nekterých technologii (napr. koren svaru metodou TIG a výplnové a krycí vrstvy metodou MAG, nebo koren svarového spoje metodou MAG a výpln a krycí vrstva metodou svarování pod tavidlem). Vybrané typy metod svarování jsou uvedeny v tab.5.9 vcetne císelného oznacení dle evropské normy. Tab. 5.9 Vybrané metody svarování tody dle EN ISO 4063 svarování v inertním aktivním plynu netavící elektrodou v inertnímplynu plynu Obloukové se se elektrodou weldin~) Odporové svarování tavící ( Resistanee
78 41 441 311 51 Oznacení 22 21 111 73 45 52 3721 me12 131 135 141
S volbou technologie svarování souvisí rovnež správná volba svarovacího zdroje, jímž má být svarovací proces zabezpecen vzhledem k poctu svarovaných kusu, poloze svarování, klimatickým podmínkám, produktivite práce, požadovanému stupni jakosti a kvalifikaci svarecu ci operátoru. Jedná se rozhodnutí, zda svarování zabezpecit rucním obloukovým svarováním, poloautomaty, automaty, ci robotizovaným pracovištem. Tomuto rozhodnutí predchází zpravidla podrobná ekonomická studie. 138
Urcení svarovacích
prípravku a polohovadel
Nezbytným doplnkem svarovacích a robotizovaných pracovišt jsou upínací prípravky a polohovadla, které umožní ustavení a upnutí díku do správné polohy pred vlastním stehováním ci svarováním. Pri jejich konstrukci a usporádání musí klást technolog duraz na aplikaci predehrevu pred svarováním, vliv podélných a prícných smrštení, úhlových deformací po svarování atp. Upínací prípravky jsou tvoreny: •
pracovními stoly, které je možné navzájem spojovat a sestavovat z nich ruzné tvary pracovních ploch ustavovacími a upínacími prvky, pomocí nichž lze nastavovat správnou polohu svarovaných dílu
•
Upínací zarízení muže být nejruznejší koncepce. Dríve používané šroubové upínky jsou sice universálními upínacími prostredky, ale šroubování je zdlouhavé a cinné cásti šroubu jsou znecištovány prachem a rozstrikem svarového kovu. Používají se spíše v kusové výrobe a pri montážním slícovávání díku. Pro malosériovou a sériovou výrobu se spíše využívá rychloupínek, jejichž upínací síla je vyvolána kloubovým mechanismem s minimálním vynaložením síly pracovníka, nebo od elektrického pohonu, pneumatického nebo hydraulického systému. Rychloupínky mají nejvetší uplatnení na robotizovaných svarovacích pracovištích. Mohou být vzájemne propojeny a ovládány zjednoho místa, a tím velmi urychlují upnutí a zajištují presnou polohu svarovaných dílcu. Polohovadlajsou
tvorena:
• • •
dostatecne tuhým rámem, k nemuž je pripevnena pracovní cást polohovadla rotacními, nebo posuvnými polohovadly s jednou nebo více rízenými osami odsávacím zarízením umísteným pomocí natácecích ramen nad místo svarování Úcelem polohovadla je natocení svarence do nejvýhodnejší polohy z hlediska vlastní technologie svarování a to ve velmi krátkém case. Koncepcne jsou rešena pro malé i velké dílce od cca! Okg do 400 tun. Vzhledem k tomu, že se jedná o velmi nákladnou investici, je nezbytné vždy dukladne porovnat složitost a cenu polohovadla s konecným efektem a skutecnou a potrebou výroby. Volba zpusobu svarování a prídavných materiálu Prídavné materiály pro svarování musí vyhovovat svými mechanickými, metalurgickými, korozními a operativními vlastnostmi požadavkum na kvalitní svarový spoj strojní soucásti, ocelové konstrukce nebo tlakového zarízení. V olba prídavných materiálu se rídí predevším použitým základním materiálem, dále pak: • • • • • •
zvolenou metodou svarování a polohou pro svarování schválenou specifikací postupu svarování, prípadne požadavkem certifikace ze strany objednatele požadovaným stupnem jakosti konstrukcním usporádáním svarence technickým vybavením a možnostmi výrobního závodu kvalifikací svarecu, ci svarecských operátoru
139
Svarování ocelí z dílcu se stejnými vlastnostmi: Pri výrobe svarovaných ocelových konstrukcí z ocelí S235, S275, S355, S420 a S460 s jakostními stupni JR, JO, J2 a K2 (zarucená vrubová houževnatost) se ve svarovém spoji vyžaduje stejná houževnatost, jako u základního materiálu. Rovnež by mel mít materiál stejné hodnoty meze kluzu a meze pevnosti. Svarové spoje se svarují bez predehrevu, nebo s predehrevem (dle zásad o stanovení velikosti predehrevu) a po svarování do tlouštky 50mm se nežíhají. Tlouštky nad 50 mm se svarují s predehrevem 150°C s následným prípadným žíháním ke snížení pnutí. Na výrobu svarovaných tlakových nádob se používají oceli odolné proti stárnutí pod oznacením, napr. 11 368.1 (P 235 OH), 11 418.1 (P 265 OH), 11 478.1 (P 295 OH). Oceli jsou vhodné pro svarování a svarují se bez predehrevu prídavnými materiály dávajícími svarový kov odolný proti stárnutí. Pro tlakové nádoby z oceli s vyšší hodnotou meze kluzu jsou doporucovány oceli odolné dynamickému namáhání a vzdorující úcinkum nízkocyklové únavy s velmi dobrými krehkolomovými charakteristikami. Osvedcily se oceli 13 030.1 (1 % Mn), 16221.6 (1 % Ni, 0,1 % V), 16 323.5 (1 % Ni, 0,5 % Mo). Oceli jsou vhodné pro svarování a svarují se podle tlouštky s teplotou predehrevu 150-200°C, s teplotou interpass max.350°C a s dohrevem 30 min, s mezi ochlazením na teplotu 100°C a s následujícím popouštením svarového spoje. Doporucuje se svarovat nízkými tepelnými príkony, prídavnými materiály dávajícími kov obdobného složení s nižším obsahem uhlíku a vyšším obsahem Ni. Na svarované konstrukce pro snÍŽené teploty (do -30°C) lze použít oceli s nízkým uhlíkovým ekvivalentem, které jsou odolné proti krehkému porušení a mají nízké prechodové teploty, napr. 11 503 (P 355 NLl), P355NL2. Oceli jsou jemnozmné, normalizacne žíhané a svarují bez predehrevu, od vetších tlouštek s predehrevem 100-150°C. Po svarování se tepelne nezpracovávají, pouze v prípade požadavku snížení vnitrních pnutí se žíhají za teplot 580650°C, prípadne zpracovávají vibracne. Na svarované konstrukce pro nízké teploty (-30 až -200°C) (zarízení k výrobe a skladování kapalných plynu, soucástí letadel apod) se užívají: •
Nízkouhlíkové oceli s jemnozmnou strukturou, omezenými obsahy P a S, legované do 1,7 % Mn, 0,50 % Si, a uklidnené hliníkem (napr. 11 419, resp. S 255J2L). Casto je jemnozmný charakter struktury vyvolán mikrolegováním malými prísadami Ti, V, Nb, nebo jejich kombinacemi. Pri relativne vysoké mezi kluzu až 460 MPa se dají použít do pracovní teploty -50°C.
•
Feritické oceli predstavují další snížení prechodové teploty pri legurách od 1 do 5 % Ni až na hodnoty -70°C, jako napr. ocel 16 222. Tato skupina ocelí se tepelne zušlechtuje pro zvýšení pevnostních vlastností. Ve srovnání se stavem normalizacne žíhaným dochází po zušlechtení k dalšímu snížení prechodové teploty.
•
Austenitické oceli se používají pro tzv. kryogenní teploty s odolností proti krehkému porušení do teplot -196°C a nižších. Podmínkou výborné odolnosti proti krehkému porušení je jemnozmná struktura vetšinou s mikrolegováním Ti nebo Nb se základní Cr - Ni bází. Napr. se jedná o ocel 17 246.
Oceli pro nízké terloty se svarují odpovídajícími prídavnými materiály stejné báze a stejných vlastností, jako má základní materiál. Snížený obsah uhlíku se nahrazuje niklem. Oceli legované pouze niklem se svarují s predehrevem 150°C a po svarování se popouštejí za snížených teplot 520-540°C. Je nezbytný peclivý výber vhodných prídavných materiálu s vysokou metalurgickou cistotou svarového kovu, prípadne stanovení správného predehrevu a dohrevu.
140
Na svarované konstrukce ze žárupevných ocelí pro práci za zvýšených a vysokých teplot v tzv: oblasti creepového namáhání. (Jedná se o soucásti tepelné energetiky, jako jsou prehríváková a parovodní potrubí, kotle, skríne turbín aj.) se užívají: •
•
•
•
Uhlíkové oceli - jedná se o jemnozrnné oceli s resp. Ti. Používají se pro nízkoteplotní okruhy predstaviteli jsou napr. oceli 11 483 (S355J2G3 12 022 (P255TH) pro kotlové trubky. Uhlíkové vají se v normalizovaném, resp. normalizovaném
nízkým obsahem uhlíku dezoxidované AI, parních kotlu do teplot 450°C. Známými + CR), podobne jako 12 021 (P235TH) a kotlové oceli jsou dobre svaritelné, použía popoušteném stavu .
Nízkolegované oceli - jde o oceli zejména na bázi CrMo a CrMoV. Nejrozšírenejší je ocel 15 313 (10CrMo9-l0), dále 15 128 (14MoV3-5-3). Vedle techto ocelí používaných pri teplotách kolem 560°C na trubkové prehríváky a parovody jsou známé oceli 15 320 (24CrMoV5) na rotory a skríne turbín. Vysoká žárupevnost nízko legovaných ocelí trídy 15 je dána zejména vysokým stupnem precipitacního zpevnení struktury, cástecne i substitucním zpevnením atomy Mo v tuhém roztoku. Nízkolegované oceli jsou relativne dobre svaritelné za dodržení svarovacích postupu, v nichž je presne stanoven predehrev a dohre v, tepelný príkon a následující tepelné zpracování svarových spoju bud popouštením, nebo kompletním tepelným zpracováním. Zejména u svarových spoju vetších tlouštek je opodstatnen duraz na dodržování teplot predehrevu po celou dobu svarování pro nebezpecí superpozice tepelných a transformacních pnutí vedoucích k tvorbe trhlin, podobne jako peclivý prístup k omezení vzniku a absorbce vodíku v oblastech svarového spoje . Feritické chromové oceli - žárupevné feritické oceli se zvýšeným obsahem chromu zacínají od obsahu 5 % Cr, jako napr. 17 102 (12CrMo 19-5). Kvalitativne vyšší žárupevnost predstavují obsahy 9 a 12 % Cr, legované dále malými obsahy Mo (do 1 %) a V (do 0,5 %). Typická feritická žárupevná ocel je napr. 17 134 (X20CrMo V 12-1) na bázi 12 % Cr, 1 % Mo a 0,5 % V. Z pohledu svarování jsou obtížneji svaritelné, než nízkolegované oceli. Pri volbe prídavných materiálu se snažíme dosáhnout obdobného chemického složení a strukturní konzistence, jako má základní materiál. Oceli mají casto martenzitickou strukturu, resp. strukturu spodního bainitu i pri pomalých ochlazovacích rychlostech, napr. na vzduchu (samokalitelné). Navíc mají zhoršenou tepelnou vodivost, a tím sklon ke vzniku tepelných pnutí. Proto se pri jejich svarování prísne dodržují režimy predehrevu, dohrevu a sledují možné vlivy vyvolávající krehkost a necelistvost spoju (sušení prídavných materiálu, sledování tepelného príkonu, atp.). Nezbytnáje aplikace tepelného zpracování, at už vhodným popouštením, nebo zušlechtením svarových spoju normalizací a popouštením . Austenitické chromové oceli mají z ocelí nejvyšší odolnost proti tecení za vysokých teplot. Vysoká žárupevnost je zde dána snadnou tvorbou tzv. vrstevných chyb, které znemožnují skluzový pohyb dislokací a kjejich pohybu je nezbytné další výrazné zvýšení napetí. Základem austenitických žárupevných ocelí je typická CrNi ocel 18/8. Napr. ocel 17 246 s teplotou použití do 620°C. Ocel 17 341 (X9CrNiMoI7-13-2) lze použít již do 700°C. Oceli dále dolegovávané V, W, B, Nb, AI, aj., jako napr. 17 335 lze použít až do teplot 780°C za vzniku speciálních karbidu a karbonitridu V, W, Nb a intermetalických fází, napr. NÍ) (AI, Ti). Z pohledu svarování nezpusobuje monotónní struktura gama mrížky vznik transformacních pnutí, na druhé strane se v oblasti svarových spoju vyskytují vysoká tepelná pnutí zpusobená malou teplotní vodivostí a velkou tepelnou roztažností. Svarové spoje se provádejí zpravidla bez predehrevu, prídavné materiály svou konzistencí odpovídají zákaldnímu materiálu. Nekdy se ke svarování techto ocelí používají prídavné materiály na bázi cistého Ni. Pokud je predepsáno tepelné zpracování, zahrnuje rozpouštecí žíhání s následným kalením do vody, u vytvrditelných ocelí se pro zVýšení žárupevnosti svarového kovu muže aplikovat vytvrzovací režim pri teplotách okolo 750°C.
141
zvýšení žárupevnosti okolo 750°C. Svarování
svarového kovu muže aplikovat vytvrzovací
režim pri teplotách
ocelí s rozdílnými vlastnostmi:
V praxi se casto vyskytují svarové spoje ocelí s rozdílnými vlastnostmi, s rozdílnou strukturou, rozdílným legováním a dalšími vlastnostmi. Jedná se jak o strojní soucásti a ocelové konstrukce, tak komponenty energetických zarízení aj. Pri jejich svarování je treba dodržovat obecné zásady. Jejich využití však musí být v praxi podloženo dukladnými znalostmi problému s ohledem na metalurgické odlišnosti spojovaných materiálu. I
Nelegovaná ocel- nelegovaná ocel- pro svarování nelegovaných ocelí s rozdílnými pevnostními vlastnostmi (napr. svarový spoj ocelí 11 373.1 - 11 523.1), volíme prídavný materiál, který pevnostne odpovídá oceli s nižší pevností. Podmínky svarování musí být naproti tomu voleny v souladu s požadavky svaritelnosti pevnejšího materiálu. Nelegovaná ocel - žárupevná nízkolegovaná ocel - pro svarování techto ocelí se rovnež volí prídavný materiál odpovídající nelegované oceli. Pouze v prípade, kdy nízkolegovaná ocel má výrazne vyšší pevnostní vlastnosti než ocel nelegovaná (napr. spoj ocelí 12 021.1 - 15 121.5), volíme prídavný materiál žárupevného typu, ovšem s nižším stupnem legování než je stupen legování žárupevné oceli, aby se eliminoval úcinek pevnostního vrubu na hranici svarový kov - nízko legovaná žárupevná ocel. Nelegovaná ocel - vysokopevnostní ocel - pro svarování ocelí napríklad 11 523.1 s tepelne zpracovanou vysokopevnostní ocelí S 690 Q doporucujeme volit prídavný materiál s pevnostními vlastnostmi približne na úrovni strední hodnoty obou svarovaných ocelí. Duvodem je opet snížení vlivu pevnostního vrubu v prechodu z mekkého svarového kovu do vysokopevnostní oceli. Duležité je dodržení podmínek, zvlášte pak teplotního režimu charakteristického pro svarování vysokopevnostníchocelí. Nelegovaná ocel - zušlechtcná ocel - napríklad spoj ocelí 11 523.1 - 16 310.9. Zušlechtené oceli se obvykle svarují ve stavu po zušlechtení a vyžadují zvláštní tepelný režim svarování a tepelné zpracování po svarování. Zušlechtované vysokopevnostní (nízkolegované) oceli mají casto vyšší obsah uhlíku a jsou tedy podmínecne nebo obtížne svaritelné. Podle typu heterogenního spoje se používají nelegované nebo nízkolegované prídavné materiály, jejichž svarový kov získává vlivem nauhlicení vyšší tvrdost a vyšší pevnostní vlastnosti, obvykle však na úkor vlastností plastických. Pri rízení procesu je tedy nutné dbát na nízké promíšení svarového kovu se základním materiálem. Ve výjimecných prípadech, kdy zušlechtená ocel je obtížne svaritelná, mužeme volit prídavné materiály na bázi niklu (Inconel). Nelegovaná ocel - ocel pro nízké teploty - napríklad 11 449.1 - 17 501.7. U kombinací nelegované oceli s ocelí pro nízké teploty mužeme až do obsahu 3,5% Ni použít bud nelegovaný prídavný materiál nebo prídavný materiál se složením svarového kovu, odpovídající oceli pro nízké teploty. Pri vyšším obsahu niklu (5-9 %) se používají prídavné materiály austenitického typu, nebo na bázi Ni - slitin. Pokud je ocel pro nízké teploty austenitická Cr-Ni typu, používají se austenitické prídavné materiály, ovšem s vyšším stupnem legování. Nelegovaná ocel - austenitická ocel - napríklad spoj ocelí 11 416.1 a 17 246.4. Pokud svarový spoj pracuje do teplot 300°C, používá se jako prídavný materiál výše legovaný austenit, napr. typu Cr24Ni 13. Pokud obsahuje nelegovaná ocel vyšší % C, je možné spoj rešit napolštárováním svarových ploch nelegované oceli prídavným materiálem, který
142
obvykle obsahuje C < 0,10%. Vzniklý martenzit ve svarovém kovu je pak nízkouhlíkový, vzhledem k vysoké teplote Ms popuštený, a tedy i s dostatecnými plastickými vlastnostmi. V technické praxi se vyskytuje celá rada dalších heterogenních spoju. Podle konkrétních prípadu je vhodné pro dosažení kvality a splnení normativních požadavku zpracovat pro tyto odzkoušené postupy schválené autorizovanou osobou ve svarování. Predehrev materiálu Úkolem predehrevu je snížit rychlost ochlazování ve svarovém kovu a v tepelpe ovlivnené oblasti, za úcelem snížení svarových napetí zmenšením tepelných gradientu pri svarování, k zabránení vzniku trhlin a nežádouCÍch zmen struktury v teplem ovlivnených pásmech svaru. Predehrev se provádí v urcitém míste svarence nebo se predehrívá celý svarenec. Predehrev je potrebný na zacátku svarování a potom v celém procesu svarování s doplnením kontroly interpass teploty. Výše teploty predehrevu se merí pomoCÍ termoclánku, prípadne termovizí ve vzdálenosti 100 mm od horní plochy svaru a kontroluje se termokrídami. Aplikace destruktivní a nedestruktivní
kontroly
. Jakost svarových spoju je krome jiného ovlivnována vnitrními nebo povrchovými vadami, které vznikají v procesu svarování. Vnitrní i vnejší vady jsou potenciálním nebezpecím ztráty funkce, ztráty stability nebo havárie výrobku at již se to projevuje netesností výrobku ve svaru, snížením nosného prurezu, vrubovým úcinkem, zmenou struktury a s ní spojenou zmenou vlastností svarového kovu a dalšími. Aby tato nebezpecí byla minimalizována, svarové spoje zkoušíme a to zkouškami destruktivními (zpravidla pred zapocetím výroby na vzorcích k overení budoucí kvality svaru hotového výrobku) a zkouškami nedestruktivními bud' v prubehu svarování, nebo po dokoncení svarence. Destruktivních zkoušky svarových spoju Mezi nejzákladnejší destruktivní zkoušky svarových spoju patrí : Zkouška rázem v ohybu - Zkouška spocívá v preražení tyce jedním rázem kyvadlového kladiva za urcitých podmínek. Zkušební tyc má uprostred vrub a je podeprena na obou koncích. Zkušební teplota, umístení, typ i rozmer zkušebních tycí a orientace vrubu musí být použita podle odpovídajících norem výrobku. Nárazová práce se stanovuje v joulech a je merítkem odolnosti materiálu proti rázovému namáhání. Pro libovolné metody tavného svarování je zkouška presne popsána v normách CSN EN 875 a CSN EN 10045-1. Podélná zkouška tahem - svarového kovu tavného svarového spoje. Válcová zkušební tyc, odebraná podélne ze svarového kovu ve svarovém spoji, je plynule zatežována do pretržení za úcelem stanovení jedné, nebo více mechanických vlastností. Pokud není stanoveno jinak, zkouška se provádí pri teplote 23±5°C. Zkouška je popsána v normách CSN EN 876 a CSN EN 10002-1. Zkouška lámavosti - zkoušená (prícná nebo podélná) tyc, odebraná ze svarového spoje je plasticky deformovaná jednosmerným ohybem tak, že je jeden z povrchu nebo jeden z prícných rezu svarového spoje namáhán tahem. Zkouška se provádí ohýbac~m trnem, nebo ohýbací kladkou a po ohnutí se prezkušuje jak vnejší povrch, tak i bocní strany zkušební tyce a vyhodnocují se prípadné vady. Zkouška se provádí dle CSN EN 910.
143
Zkouška rozlomením - podstata zkoušky spocívá v rozlomení spoje ve svarovém kovu tak, aby bylo možno pozorovat lomovou plochu. Lom muže být vyvolán statickým nebo dynamickým ohybem nebo krutem. Pro usnadnení rozlomení je možné odstranit prevýšení svaru, zhotovit vrub na obou stranách svaru nebo zhotovit vrub na prevýšené strane svaru. Povrch lomu se kontroluje vizuálne podle presných kritérií, nekdy za pomocí lupy. Stupen jakosti je uveden v norme pro výrobek. Zkouška se provádí dle CSN EN 1320. Makroskopická a mikroskopická kontrola svaru makroskopická kontrola je prohlídka zkušebního vzorku pouhým okem nebo pri malém zvetšení v naleptaném nebo nenaleptaném stavu. Mikroskopická kontrola je prohlídka vzorku pod mikroskopem, obvykle pri 50 až 500 násobném zvetšení v naleptaném nebo nenaleptaném stavu. Úcelem je prohlídkou prícného rezu zkušebního vorku metalografem stanovení makroskopického nebo mikroskopického charakteru svarového spoje v souladu s CSN EN 1321 a CSN EN 26520. --------
Mezi výše uvedené zkoušky patrí dále Zkoušení vhodnosti prídavných materiálu pro svarování koutových svaru v polohách dle CSN EN 1597-3, Stanovení obsahu vodíku ve svarovém kovu obloukove svarované feritické oceli dle CSN EN ISO 3690, Stanovení Feritového císla svarového kovu austenitických a duplexních jeriticko-austenitických Cr-Ni korozivzdorných ocelí, dle CSN EN ISO 8249 a další. Pocet zkoušek a za jakých podmínek budou provádeny by mel stanovit konstruktér, ci projektant. Vetšinou jsou ale prímo stanoveny v provádecích predpisech a výrobkových normách. Nedestruktivní
zkoušky svarových spoju
Nedestruktivní metody zkoušení predstavují rozsáhlou oblast zkoušení materiálu a výrobku bez jejich porušení, vcetne zjištování poruch za provozu zarízení bez nutného demontování. Umožnují zjištování skrytých povrchových a vnitrních vad, které porušují celistVost materiálu a svaru. Podle tvaru rozlišujeme ve svarech vady: • • •
bodové - ke kterým pocítáme mikropáry, prípadne malé sférické vmestky plošné - t.j. trhliny, mikrotrhliny, studené spoje, nepruvary, atp. prostorové - jako jsou plynové dutiny (bubliny, páry), vmestky (struskové, tavidlové, oxidické, kovové), staženiny (mezidendritické, kráterové)
Podle polohy vad ve svaru rozlišujeme vady: • •
povrchové - trhliny, povrchové studené spoje, zápaly, neprovarený koren, aj. vnitrní - plynové dutiny, staženíny, vmestky, mezihousenkové studené spoje, aj.
Prípustnost vad ve svarech je stanovena druhem, velikostí a cetností vyskytujících se vad v závislosti na typu výrobku, ci konstrukce a zpusobu jejího namáhání. Mezi základní nedestruktivní metody pro zjišt'ování povrchových vad svarových spoju patrí: • • • • •
vizuální kontrola penetracní kontrola magnetická prášková kontrola kontrola vírivými proudy tesnostní kontrola
(VT) (PT) (MT) (ET) (LT)
Mezi základní nedestruktivní metody pro zjišt'ování vnitrních vad svarových spoju patrí: • •
prozarovací kontrola ultrazvuková kontrola
(RT) (UT)
144
Literatura: [1] NOVOTNÝ, 1.a kol.: Technologie 1. Skriptum CVUT, Praha, 2001 [2] ŠANOVEC, 1. a kol.: Technologie 1 - Návody na cvicení, Skriptum CVUT, Praha, 2000 [3] KRÁL, M. a kol.: Projektování výrobních procesu-Návody ke cvicení, CVUT1989 [4] SKRABINSKI, M + J:. Technologickot konštrukcie stroj ov. AlfaBratislava 1982 [5] PÍŠEK, F.: Konstrukce odlitku. SNTL, Praha, 1959 [6] HRBEK, A.:Navrhování
litých soucástí. SNTL, Praha 1965
[7] VETIŠKA, A: Hospodárné konstruování odlitku. VUT Brno, SNTL, Praha, 1973 [8] Richter, R.: Form- und gieBgerechtes Konstruieren. Deutcher Vrlag fur Grundstoffindustrie, 1976 [9] Werning, H.: Erhohen der Gesta1tsteifigkeit von Werzeugmachinenteilen-Optimierte EisenguBkonstruktionen. Konstruieren + Giessen 18 (1993) c. 1, str. 33-38 [10] Heck, K. et al: Herstellen von Endmaf3nah-Guf3kurbelwellen - Innovative gief3technologische Entwicklung. Konstruieren + Giessen 23 (1998) c. 2, str. 4-12 [11] Wa1ton, Ch. F.: Gray and Ductile Iron Casting Handbook. Gray and Ductile Iron Founder's society INC, Cleveland 1971 [12] Beeley,P.: Foundry technology. Butterworth-Heinemann,
Oxford, 2001
[13] SieferW.: Einf1uB des Abnehmers aufdie QualiHit von GuBteilen. Konstruieren + Giessen 16 (1991) c. 3, str. 34-40 [14] Steinbauer,G.: Richtig GuB bestellen - bei der Konstruktion fángt es ano Konstruieren + Giessen 12 (1987) c. 4, str. 35-42 [15] Konstrukce odlitku. Stroj. prírucka Sv 7, Scientia 1996 [16] Albrecht, K.H.-Emanuel, H.-Junk, H.: Optimieren von Kurbelwellen Kugelgraphit. Konstruieren + Giessen 11 (1986), str. 13 - 21
aus GuBeisen mit
[17] Deike,R. a kol: Guf3eisen mit Lmellengraphit - Eigenscha:ften und Anvendung. Konstruieren + Giessen 25 (2000), str. 1 - 80 [18] CSN EN 1561 - Slévárenství - Litiny s lupínkovým grafitem [19] CSN EN 1562 - Slévárenství - Temperované litiny [20] CSN EN 1563 - Slévárenství - Litiny s kulickovým grafitem [21] CSN EN 1564 - Slévárenství - Izotermicky kalené litiny s kulickovým grafitem [22] CSN EN 1706 - Hliník a slitiny hliníku - Odlitky - Chem. složení a mech. vlastnosti [23] CSN 429671 - Odlitky tlakové. Zásady pro navrhování [24] Hašek, V.: a kol.: Kování. SNTL 1965 [25] Forging Design Handbook. ASM. Metals Park, Ohio. 1972. [26] Normy CSN 429030, CSN 429002, [27] EN 10243-1. Stee! die forgings - Tolerances on dimensions - Part 1: Drop and vertical press forgings. 2000. [28] Schmiedeteile': GestaJtung, Anwendung, Beispiele. IDS Hagen [29] Sabroff A.M. et al: Forging Materials and Practices. Battelle Memorial Institute Columbus, Ohio. 1968 [30] Lange K. Umformtechnik. Verlag Berlin 1988
Handbuch fur Industrie und Wissencha:ft. Band II. Springer
[31] Fritz A., Schulz G: Fertigungstechnik.
VDI- Verlag 1990
145
[32] Drastík, F.: Strojnická prírucka, cást 13, díl 10 [33] Kol.: Lisování. SNTL 1971 [34] Kol.: Tvárení, Výrobky ze slinovaných prášku, Výrobky z plastu Pevné spojování soucástí, Povrch. úpravy- ochrana proti korozi. Stroj. prírucka Sv 8, Scientia 1998 [35] OKERBLOM, N.O.: Konstrukcne-technologické SNTL 1971
projektování svarovaných konstrukcí.
[36] Tematický magazín Svarování, delení a spojování materiálu, rocník n(VI) 3/2004 [37] Kolektiv autoru: Navrhování a posuzování svarovaných konstrukcí a tlakových zarízení ucební texty pro kurzy svarecských inženýru a technologu -Vydal: Ceská svárecská spolecnost ANB Zeross - svarecské nakladatelství Ostrava, listopad 1999 [38] CSN 050211 Tepelné a mechanické spracovanie zvarových spojov nelegovaných ocelí. Všeobecné zásady. Október 1992 [39] KUNCIPÁL, J. a kol.: Teorie svarování SNTL Praha 1986 [40] KROUPA V.: Sborník k odbornému seminári - Konstrukcní príprava svarových spoju, SVV Praha s.r.o., ríjen 2004 [41] VORÍŠEK, V.: Princípy navrhovania zváraných konštrukcií. Weldtech Bratislava 1996 [42] Kolektiv autoru: Materiály a jejich svaritelnost, ZEROS, str. 49 [43] THE PROCEDURE HANDBOOK of Arc Welding, The James F.Lincoln Arc Welding Foundation, P.O. Box 17035 Cleveland, OH 44117-0035, (216) 383-2211 [44] PILOUS,V a kol.: Vysokopevné mikrolegované jemnozrnné oceli ajejich svaritelnost. [45] FAJGL, 1.:Navrhování výrobku z plast. hmot. SNTL 1964 [46] KOLOUCH, J.: Strojírenské výrobky z plastu. SNTL 1986
146
