MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA
Katedra technické a informační výchovy
HISTORIE, PRINCIP A VYUŽITÍ TECHNOLOGIÍ ŘEZÁNÍ A DĚLENÍ MATERIÁLU
Bakalářská diplomová práce
Brno 2016
Vedoucí práce: Ing. Zdeněk Hodis, Ph.D.
Vypracoval: Daniel Málek
Bibliografický záznam: MÁLEK, Daniel. Historie, princip a využití technologií řezání a dělení materiálu. Brno: Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra technické a informační, 2016. 59 s. Vedoucí práce Ing. Zdeněk Hodis, Ph.D.
Anotace: Tato bakalářská práce se zabývá historií, principy a využitím technologií řezání a dělení kovových, neželezných kovových materiálů a jejich slitin. Tato problematika je nejdříve teoreticky vysvětlena a následně jsou vypracovány tři dvouhodinové výukové bloky pracovních činností pro druhý stupeň základní školy.
Klíčová slova: Technologie dělení materiálu, kovové materiály, neželezné kovové materiály, slitiny, historie obrábění.
Abstract: This thesis deals with the history, principles and the technology utilization of cutting and the division of metal, non-ferrous metal materials and their alloys. First is this issue explained in theory and then are developed three two-hours lasting teaching blocks of design and technology for the secondary school.
Key words: technology of cutting material, metal materials, non-ferrous metal materials, alloys, history of machining
Čestné prohlášení
„Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně, s využitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), v znění pozdějších předpisů.“
Daniel Málek V Brně dne
Poděkování Děkuji svému vedoucímu práce Ing. Zdeňku Hodisovi, Ph.D. za věnovaný čas, poskytování cenných rad, trpělivost a důvěru, kterou ve mě vložil.
Obsah I.
ÚVOD................................................................................................................................... 7
II.
TEORETICKÁ ČÁST ............................................................................................................... 9 1.
Historie ............................................................................................................................ 9
2.
Technologie dělení materiálu........................................................................................ 10 2.1 Dělení materiálu plastickou deformací ....................................................................... 10 2.1.1 Dělení materiálu sekáním .................................................................................... 10 2.1.2 Dělení materiálu stříháním................................................................................... 11 2.1.3 Dělení materiálu vystřihováním ........................................................................... 15 2.1.4 Dělení materiálu lámáním .................................................................................... 16 2.1.5 Dělení materiálu děrováním a probíjením ........................................................... 17 2.2 Dělení s úběrem materiálu ......................................................................................... 18 2.2.1 Dělení materiálu pilováním .................................................................................. 18 2.2.2 Dělení materiálu řezáním ..................................................................................... 19 2.2.3 Dělení materiálu rozbrušováním .......................................................................... 22 2.2.4 Dělení materiálu vrtáním ..................................................................................... 23 2.2.5 Dělení materiálu vystružováním a vyhrubováním ............................................... 24 2.2.6 Dělení materiálu soustružením ............................................................................ 24 2.2.7 Dělení materiálu upichováním ............................................................................. 28 2.2.8 Dělení materiálu frézováním ................................................................................ 29 2.2.9 Dělení materiálu hoblováním a obrážením .......................................................... 32 2.3 Dělení materiálu tavením a odpařováním .................................................................. 33 2.3.1 Dělení laserem...................................................................................................... 33 2.3.2 Dělení plazmou ..................................................................................................... 34 2.4 Dělení materiálu fyzikálně a chemicky........................................................................ 35 2.4.1 Dělení materiálu vodním paprskem ..................................................................... 35
III. PRAKTICKÁ ČÁST ............................................................................................................... 42 1.
Didaktická příprava hodin ............................................................................................. 42 1.1 První dvouhodinový výukový blok .............................................................................. 43 1.2 Druhý dvouhodinový výukový blok ............................................................................. 45 1.3 Třetí dvouhodinový výukový blok ............................................................................... 49
IV. ZÁVĚR ................................................................................................................................ 53 V.
RESUMÉ ............................................................................................................................. 54
VI. ZDROJE .............................................................................................................................. 55 VII. SEZNAM PŘÍLOH................................................................................................................ 57
I.
ÚVOD Tato závěrečná bakalářská práce se zabývá historií, principy a využitím technologií
řezání a dělení materiálu. Dělení materiálu je spojeno již s počátky lidské společnosti, kdy se při práci využívalo pouze primitivních nástrojů bez využití speciálních technologií. V dnešní době se ovšem pro každý výrobek využívá konkrétní technologie dělení, která je pro danou výrobu nejvhodnější a splňuje potřebná kritéria (např. ekonomické). Materiálů, které můžeme k výrobě využívat je mnoho. Mezi nejčastěji používané můžeme zařadit dřevo, plast, kov. Dochází ovšem i k růstu využití jiných materiálů, jako například keramika, různé kompozity, polymery apod. Každý materiál má ovšem svá specifika, která musíme zohlednit a která často určují využití dané technologie dělení. Tato bakalářská práce je zaměřena na technologie dělení kovových materiálů, neželezných kovových materiálů a jejich slitin. V úvodu teoretické části se zabývám historií dělení materiálu od doby kamenné po současnost, vývojem a zdokonalováním využívání kovů člověkem. Ve většině teoretické části se věnuji základnímu rozdělení technologií využívané při dělení kovových materiálů, neželezných kovových materiálů a jejich slitin. Tyto technologie můžeme rozčlenit do čtyř základních skupin, které určujeme na základě způsobu, jakým daný materiál dělíme (plastickou deformací, s úběrem materiálu, tavením a odpařováním, fyzikálně a chemicky). Nejdříve budou tyto skupiny popsány a dále rozčleněny do podskupin, které podrobněji popíšu a uvedu do praxe. V praktické části převádím vybrané znalosti uvedené v teoretické části do praxe, pomocí didakticky zpracovaných tří dvouhodinových výukových bloků pracovních činností, jejichž výstupem je žák/žákyně se základními znalostmi souvisejícími s výrobou a vytvořením výrobku - plechové krabičky. Tento výukový blok bude zaměřen pro žáky a žákyně sedmých až devátých tříd běžné základní školy. V příloze nesmí chybět veškerá technická dokumentace související s výrobkem. Cílem mé bakalářské práce je vytvořit souhrnný přehled dělení kovových materiálů, neželezných kovových materiálů a jejich slitin s vysvětlením jejich využití a praktické zpracování některých technologií. Na základě zjištěných technologií didakticky zpracovat tři dvouhodinové výukové bloky pracovních činností pro děti sedmých až devátých tříd základní školy. 7
Hlavním cílem výuky pracovních činností je, aby žáci a žákyně pochopili využití daných technologií na daném výrobku, uměli pracovat s určitými nástroji a číst výrobní výkresy.
8
II.
TEORETICKÁ ČÁST
1. Historie Už v době kamenné můžeme pozorovat, že se vyskytovaly nástroje, na kterých bylo vyrobeno ostří představující určitou podobu řezné geometrie nástroje přizpůsobené běžným úkolům opracování, např. řezání, škrábání, vrtání, rytí, sekání atd.1 Využívání kovů považujeme za důležitý mezník v lidských dějinách. Bez kovů a jejich slitin by lidstvo nikdy nedosáhlo takové životní úrovně, jakou máme dnes. Aby člověk uspokojil své potřeby, vyráběl z kovu nejprve primitivní nářadí, nástroje, zbraně, šperky a mnoho dalších předmětů. O mnoho později to byly jednoduché stroje a dopravní prostředky. 2 Jedním ze základních úkolů řemeslné výroby je dělení, či oddělování částí zpracovávaného materiálu. K tomuto účelu se od nejstarších dob v kovovýrobě používalo ruční sekání, řezání nebo stříhání. Od středověku se ve výrobě začala využívat vodní a větrná energie, díky tomu bylo možné materiál stříhat za pomocí strojů. Možnosti k využití hromadné či sériové výroby dopomohl nástup páry, elektrické energie a spalovacího motoru k pohonu strojů. Díky těmto pohonům přibylo také lisování, rozbrušování, frikční dělení materiálu, řezání kovů elektrickým obloukem nebo plamenem. V současnosti tyto technologie výrazně zjednodušují, zpřesňují a také rozšiřují možnosti jejich využití i na materiály, které se klasickými postupy dělily obtížně nebo se dělit nedaly vůbec. Patří sem například plazmové řezání, řezání vodním paprskem nebo laserem.3
1
MRKVICA, Miloš. Obrábění 1, 1. díl Obrábění nástroji s geometricky definovaným břitem. 1.vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská v Ostravě, 1993, 202 s. ISBN 80-7078-213-7. str. 9. 2 ŠTEFEK, Jan. Dílenské práce v 5. – 8. ročníku zvláštní školy. 1.vyd. Praha: SPN, 1992, 285 s. ISBN 80-0424616-8. str. 58. 3 OEHM, Miloslav. Zámečnictví tradice z pohledu dneška. 1.vyd. Praha: Grada Publishing, 2005, 268 s. ISBN 80-247-1042-0. str. 253.
9
2. Technologie dělení materiálu Technologie dělení materiálu se dá rozčlenit podle způsobu oddělování a ovlivnění samotného výrobku na:
dělení plastickou deformací (sekání, stříhání, vystřihování, lámání),
s úběrem materiálu (klínovým nástrojem, brusným nástrojem),
tavením,
odpařováním
(elektronovým
paprskem,
plazmou,
kyslíkovým
plamenem, řezání laserem, elektrickým obloukem),
dělení fyzikálně a chemicky (elektrolyticky, elektrochemicky, ultrazvukem, vodním paprskem, vzduchovým proudem, tepelným šokem).4
2.1 Dělení materiálu plastickou deformací Tento způsob dělení je založený na působení nástroje na materiál, který chceme dělit. V místě, kde dochází k ovlivnění materiálu řezným nástrojem, vzniká intenzivní plastická deformace, která vede k porušení děleného materiálu. Proces této deformace vzniká buď za tepla, nebo zastudena.5 2.1.1 Dělení materiálu sekáním Sekání materiálu sekáčem je jedním z nejstarších způsobů dělení, dříve se tak také zarovnával povrch, vysekávaly se drážky a díry. V dnešní době sekáme pouze tam, kde nelze dobře použít jiného způsobu (k useknutí nýtových hlav). Na sekáč tlučeme na jednom konci, který se nazývá hlava sekáče. Tato hlava je kalená a silně popuštěná a na druhém konci sekáče je kalené a popuštěné ostří ve tvaru klínu. Podle šířky ostří rozlišujeme sekáč křížový (drážkovací) nebo plochý. Pro zvláštní práci se vyrábí i speciální tvarové sekáče jako jsou sekáče ohnuté apod. Při práci musí být sekáč skloněn tak, aby klínová ploška ostří klouzala po materiálu. Při jiném sklonu sekáč buď vyskakuje, nebo se naopak zasekává příliš hluboko do povrchu materiálu.6
4
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 8. 5 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 9. 6 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 36-37.
10
Jak již bylo napsáno úzké drážky, sekáme křížovým sekáčem a širší drážky, či plochy sekáme plochým sekáčem. K sekání plechu využijeme sekáče se zaobleným ostřím a sekáme podle rysky nebo můžeme nejdříve vyvrtat řadu děr těsně vedle sebe a pak jen prosekávat zbylý materiál mezi nimi.7
Obrázek 1 - Způsoby sekání
8
K sekání můžeme také využívat utínku. Tato technologie dělení materiálu využívá utínky, která je nasazena do otvoru v kovadlině. Materiál, který chceme sekat, položíme na klín utínky a přesekneme pomocí úderů kladiva na materiál. Tato metoda se nazývá sekání z jedné strany. Nebo můžeme také místo kladiva použít sekáč, na který pak udeříme kladivem a tím docílíme metody, která se nazývá sekání ze dvou stran.9 2.1.2 Dělení materiálu stříháním Dělení materiálu střihem tzv. beztřískově se řadí k nejstarším a nejpoužívanějším pracovním postupům. S růstem elektrotechnického průmyslu se zvyšuje i spotřeba výstřižků z plechu a to buď ve formě konečného výrobku, nebo také jako polotovaru pro následné zpracování. Při stříhání se materiál odděluje smykovým působením dvou řezných hran. Rozdělení materiálu předchází značné přetvoření. Používá se při dělení měkkých a tvárných materiálů. V lisovnách se stříhání využívá na přípravu polotovarů (stříhání tabulí plechu na pásy, stříhání profilů na kusy s definovanou délkou, vystřihování součástek z plechu).10
7
DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 38. ELUC : Sekání kovů [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW:
9 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 9. 10 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 11. 8
11
Při procesu stříhání se na materiál působí vhodně upravenými noži a to tak, aby se materiál ustřihl v určité ploše. Pro dosažení co nejvíce kvalitního střihu musíme dodržovat určité podmínky jako je ostří nožů, vůle mezi noži atd. to klade určité nároky na obsluhu a také údržbu stroje. Nejsou-li podmínky dodržovány, může to mít za následek nejen nekvalitní střižnou plochu, ale i vylomení břitů nožů či dokonce zničení celého stroje (nůžek). Proto musí být obsluha stroje seznámena se základními technologickými požadavky kvalitního střihu, jako je správná vůle mezi noži, jaké může být maximální otupení nožů.11 Stejně jako ostatní stroje mají být i dělící stroje obsluhovány nejlépe stejnou obsluhou, která zná základní technologické požadavky. Není vhodné, aby nůžky používali všichni zaměstnanci, tímto opatřením zvýšíme i bezpečnost práce na pracovišti.12 Střižný proces zatlačuje stříhací nože do materiálu dvojicí sil tak, aby došlo k oddělení materiálu v střižné rovině, podél níž se střižné nože pohybují. Tlak se šíří ve stříhaném materiálu od místa styku s noži. Jelikož nože přesunou části stříhaného kovu proti sobě podél střižné plochy, začne ve střižné ploše vznikat tahové napětí. Přetvoření stříhaného materiálu začíná vznikat v oblasti kolem střižné plochy a v ní pak budou při dalším vzájemném posuvu nožů vlákna postupně ohýbána a protahována. Jak se bude tlak zmenšovat, bude se i prodloužení a prohnutí vlákna zmenšovat. Když se nože vtlačí do určité poměrné hloubky, charakteristické pro konkrétní stříhaný materiál, dosáhne tahové napětí takové hodnoty, že nastane porušení, což má za následek vznik trhliny ve směru největšího smykového napětí. Jelikož největší tahové napětí je vyvíjeno na břitu střižného nože, vznikne obvykle první trhlina právě na tomto místě. Při dalším postupu nožů materiálem vznikají další trhlinky, až dojde k úplnému oddělení jednotlivých částí.13 Výrobky se stříhají buď přímo z pásů (svitků) nebo se pásy připraví rozstřižením na tabule plechu.14
11
NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 17. 12 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 17. 13 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 17-18. 14 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 48.
LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL,
12
Tato technologie dělení se dá provádět ručně nebo strojně. Ručními nůžkami stříháme plech do síly kolem 1,5 mm, čelisti musí být správně přitaženy k sobě, aby nám plech jen nedeformovaly.
Obrázek 2 - Nůžky na plech
15
Stříhaný plech musíme držet tak, abychom stále viděli na rysku, podle které stříháme. Pokud chceme ručními nůžkami stříhat kulaté tvary, musíme stříhat po směru hodinových ručiček, aby nám správně odcházel odstřihnutý materiál a nedeformoval se výrobek a také abychom stále viděli na rysku.16 Ručními tabulovými nůžkami stříháme především delší střihy a dělíme tabule plechu. Mají nastavitelný doraz a přidržovač, který je ovládaný levou rukou pomocí páky. Pravou rukou stříháme pomocí horního nože, který je přidělán na páce se závažím. Závaží je zde hlavně z bezpečnostního důvodu, aby páka s nožem nespadla na ruku dělníka. Páku s horním nožem tlačíme při stříhání směrem dolů a doleva ke spodnímu noži.17 Strojní tabulové nůžky jsou určeny především ke stříhání tabulí plechu. Horní nůž bývá nakloněný o různé úhly. Čím menší je úhel sklonu, tím méně se ohýbá ústřižek. Moderní
15
Výukové materiály : Práce s nástroji [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: 16 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 39. 17 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 39-40.
13
nůžky se vyrábí s nastavitelnou vůlí mezi noži a bývají vybaveny i číslicovým řízením posuvu plechu upnutého v zadním dorazu.18 Stříhání tenkostěnných profilů a trubek Spotřeba plechu jako konstrukčního a stavebního materiálu se v současné době neustále zvyšuje a proto se zvyšuje i poptávka po různých profilech z tenkých plechů, jako jsou U-profily, úhelníky a polouzavřené profily včetně trubek. Způsoby výroby tenkostěnných profilů válcováním jsou většinou zaměřeny na velkosériovou a hromadnou výrobu pomocí profilovacích linek.19 Pro dělení tenkostěnných profilů se při výrobě používá dělící zařízení, které je umístěno na konci profilovacích linek. Dělící zařízení se pohybuje stejnou rychlostí s válcovaným profilem a během pohybu zároveň dochází k dělení, nástrojem pro beztřískové dělení (stříhání) jsou letmé nůžky nebo střižné nástroje.20 Konstrukce profilových nůžek umožňuje stříhat otevřené tenkostěnné profily L, T, U, I a poskytují i možnost využití výměnných střižných desek, kterými je možno stříhat i profily jiných tvarů. Ovšem konce profilů jsou většinou deformovány, střižná plocha je hrubá a nepřesná. Tato technologie se používá u součástí, na které není kladen požadavek na přesnost a jejichž konce jsou dále přivařeny k jinému kusu.21 Tvar nožů se musí pro každý profil řešit samostatně, při stříhání dojde nejdříve k sevření profilu a poté k ustřižení. Při procesu stříhání trubek je tato trubka nejdříve sevřena po obvodě čelistmi, které jsou ovládány přidržovačem nebo bočním klínem.
18
NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 67. 19 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 197. 20 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 197. 21 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk 1980, 216 s. str. 198.
LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL,
14
Obrázek 3 - Stříhání trubek
22
Nůž vniká hrotem do trubky a odstřihuje obvykle dvojitým střihem úzký prstenec, který tvoří odpad. Trubka bývá v místě vnikání nože mírně deformována, kvalitnější střižné plochy lze dosáhnout umístěním vnitřního rozpínacího trnu.23 2.1.3 Dělení materiálu vystřihováním Přesné vystřihování je nejdokonalejší způsob vystřihování, za pomoci kterého se získávají velmi kvalitní střižné plochy a přesné rozměry. Přesné vystřihování je vhodná operace zejména pro velkosériovou výrobu součástek z plechu. Pro přesné vystřihování musí mít oceli dostatečnou tvárnost za studena a minimální mez kluzu. Pro účelnou výrobu součástí a hospodárné využití nástrojů jsou k použití nejvýhodnější nízkouhlíkové a nízkolegované oceli s malým obsahem příměsí, které bývají pozůstatky z hutního pochodu (fosfor, síra, vměstky atd.). Nevhodné pro přesné vystřihování jsou oceli s vysokým obsahem chromu, manganu a křemíku. Pro přesné vystřihování ocelí má nejdůležitější význam struktura, která je ovlivněna obsahem uhlíku a přítomných legujících prvků a také předchozím tepelným zpracováním. Se vzrůstajícím podílem tvrdých strukturních složek se zvyšuje opotřebení nástrojů, tím se snižuje možnost přesného vystřihování. Například z oceli ve stavu přírodním, tzn. z oceli tepelně nezpracované lze přesně stříhat pouze tvary s dostatečně velkým zaoblením, neboť při malém zaoblení vznikají mikroskopické trhlinky.
22
Technologie II : Technologie plošného tváření [online]. [cit. 2016-02-16]. Dostupné z WWW: 23 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1980, 216 s. str. 201.
15
Naopak z oceli ve stavu žíhaném je možné přesně stříhat složité tvary součástí s malým zaoblením bez vzniku trhlinky. Pro přesné stříhání jsou nejvhodnější pásy nebo pruhy plechů, které jsou válcovány za studena.24 Nejčastější použití přesného vystřihování je na výrobu ozubených kol, segmentů a ozubených hřebenů pro součásti kancelářských strojů, časoměrných přístrojů a optickomechanických přístrojů. Tvar ozubení závisí na mnoha činitelích, především jsou to síla a pevnost materiálu. Na zuby střižníku působí vedle tlakových napětí také napětí ohybová, ta mohou v krajních případech způsobit odlamování zubů.25 U přesného vystřihování je střižná vůle zhruba 10 krát menší než u běžného vystřihování. Střižná vůle má také největší vliv na kvalitu střižné plochy.26 2.1.4 Dělení materiálu lámáním Podstatou lámání je využití koncentrace napětí, ke kterému dochází v místě vrubu. K lámání materiálu se využívá soustruhu a lisu. Dělení tyčí a trubek pomocí lámání se provádí na soustruhu. Ostrým nožem se vytvoří na daném materiálu zápich, poté se na konec materiálu přitlačí palec, který je zakončený kuličkou. Při rotaci materiálu dochází ke střídavému ohybu, díky kterému vznikne únavová trhlina. Ta se pohybuje od obvodu k ose materiálu, což má za následek ulomení. Pro lámání plochých materiálů se využívá lis. Při tomto lámání se vrub vytváří pomocí vypálení kyslíkem, broušením, hoblováním nebo frézováním úhlovou frézou. Hloubka vrubu stačí asi 2 mm. Při využití vypálení vrubu kyslíkovým plamenem je síla potřebná ke zlomení nejmenší, protože v povrchu materiálu vznikají teplotní napětí. Podpěrné hroty lisu jsou z houževnaté oceli a tepelně zušlechtěné. Čela hrotů mají tupý úhel 120°. Rovinnost lomových ploch se zlepšuje s křehkostí lámaného materiálu.27
24
NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1980, 216 s. str. 77-89. 25 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1980, 216 s. str. 94. 26 NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1980, 216 s. str. 97. 27 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 10.
16
2.1.5 Dělení materiálu děrováním a probíjením V tenkém plechu můžeme v kusové výrobě malé díry prorážet za studena průbojníkem na měkké podložce, na děrovací podložce nebo v přípravku pro děrování. Podobně můžeme děrovat silnější materiály za tepla.28
Obrázek 4 - probíjení
29
Probíjení je v podstatě vystřižení plechu kruhovým ostřím průbojníku po úderech kladivem na průbojník. Probíjení je vhodné máme-li třeba spojit dva tenké plechy nýty. Průbojníky jsou vyrobeny z kvalitní oceli a jejich břit může mít mimo tvaru kruhu také tvar trojúhelníku, čtverce, obdélníku, či šestihranu. Postup práce při probíjení probíhá tak, že si nejdříve na materiálu orýsujeme místo, kde chceme probíjet. Průbojník uchopíme do levé ruky a klademe jej na průsečík nejprve v poloze mírně nakloněné, abychom nástroj položili na dané místo, pak průbojník postavíme kolmo k materiálu. Jedním nebo několika ráznými údery kladiva na průbojník probijeme materiál a zároveň dbáme na to, aby se průbojník neposunul. Tím by vznikl otvor nepřesného tvaru nebo by se materiál pokřivil v okolí probitého otvoru.30
28
DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 61-62. ELUC : Probíjení [online]. [cit. 2016-02-16]. Dostupné z WWW: 30 ŠTEFEK, Jan. Dílenské práce v 5. – 8. ročníku zvláštní školy. 1.vyd. Praha: SPN, 1992, 285 s. ISBN 80-04-246168. str. 123-124. 29
17
2.2 Dělení s úběrem materiálu 2.2.1 Dělení materiálu pilováním Pilování, kterým se dříve ve strojírnách obrábělo skoro všechno, bylo vytlačeno strojním obráběním.31 I přes to je však stále nejčastější pracovní operací při ručním obrábění kovů. Základem pilování je odebírání kovových třísek zuby pilníku, zuby mají tvar klínu a jsou vtlačovány do materiálu.32 Pilníky jsou kované nebo válcované z uhlíkové oceli, kterou lze dobře kalit. Podle tvaru zubů existují pilníky se sekem jednoduchým, křížovým, rašplovým a se zuby frézovanými. Jednoduchý sek se používá u pilníků na tvrdé kovy. Křížový sek, u něhož druhý, horní sek dělí zuby prvého seku na kratší, se používá na ocel, mosaz a litinu. Rašplové zuby, které jsou sekané špicí, se používají k pilování dřeva. Frézované pilníky se využívají na měkké kovy, protože je pilují lépe než pilníky sekané. Podle hustoty seku jsou pilníky hrubé, polohrubé, jemné a velmi jemné. Pilníky rozlišujeme také podle průřezu na obdélníkové, čtvercové, trojúhelníkové, kruhové, půlkruhové.33
31
DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 57. ŠTEFEK, Jan. Dílenské práce v 5. – 8. ročníku zvláštní školy. 1.vyd. Praha: SPN, 1992, 285 s. ISBN 80-04-246168. str. 128. 33 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 57-58. 32
18
Obrázek 5 – Pilníky
34
Při pilování si nejdříve upneme obrobek do svěráku a zaujmeme správný postoj, ten vypadá tak, že ke svěráku stojíme bokem, levá noha je vysunuta vpřed, postoj musí být pevný, nohy jsou mírně rozkročeny. Pilník normální velikosti držíme při pilování oběma rukama, pravou rukou držíme pilník za rukojeť a levou rukou držíme pilník za jeho přední část. Při pilování pracujeme celým tělem, nikoli jen pohybem rukou, abychom se brzy neunavili a také dokázali lépe udržet pilník ve vodorovné poloze. Na pilník tlačíme jen při pohybu vpřed a pro úběr větší vrstvy zvolíme velký pilník. Přebytečný materiál pokud je to možné nejdříve uřízneme, usekneme nebo obrousíme, aby nám na pilování zbyla tenká vrstva. Při pilování rovinných ploch vedeme pilník stále vodorovně, ale několika směry, vždy pilujeme delší hranu, která nám umožní lepší držení vodorovnosti při pilování. 35 2.2.2 Dělení materiálu řezáním Řezání ruční pilkou Patří mezi jedno ze základních druhů ručního obrábění, při kterém je tříska oddělována pomocí pilového listu, který je napnutý v rámu pilky. Na pilovém listu jsou zuby trojúhelníkového tvaru. Aby nedocházelo k příliš velkému tření pilového listu při řezání, jsou 34
PePa. Český kutil.cz : Pilníky – 1. díl [online]. 2007. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.ceskykutil.cz/dilna/rucni-naradi/pilniky-1-dil#> 35 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 59.
19
zuby upraveny tak, aby drážku řezaly o něco širší než je samotný list. Docíleno je toho tím, že jsou zuby buď střídavě vyhnuté, tzn. jeden vlevo, druhý vpravo nebo je list v části se zuby mírně zvlněn.36 Při nasazování pilového listu do rámu pilky musí zuby vždy směřovat směrem od držadla.
Obrázek 6 - Ruční pila na kov
37
Před řezáním si materiál dobře upneme do svěráku, aby nám nepružil. Poté si nejprve vypilujeme trojúhelníkovým pilníkem vroubek, který povede pilku, a začneme řezat na hraně s šikmo skloněnou pilkou. Při řezání stojíme bokem ke svěráku, pravou rukou držíme rukojeť a levá ruka svírá rám pilky nad napínací hlavou. Řežeme dlouhým pohybem pilky vpřed a zároveň na pilku jemně tlačíme. Při zpětném směru pilku odlehčíme. Při hlubokém řezu nám někdy může překážet rám pilky a musíme si list natočit. Při dořezávání materiálu tlačíme na pilku jemně a dáváme pozor, aby se list pilky nezlomil tím, že se zasekne o zbylý kousek materiálu.38 Strojní řezání Řezání na strojových pilách je přesný a nejčastěji využívaný způsob dělení materiálu. Při řezání pilou se do materiálu postupně zařezávají zuby nástroje. Odebíraný materiál odchází v podobě třísky. Nástrojem je pilový list, pilový kotouč nebo pás. Pilové listy jsou ocelové pásy opatřené zuby z jedné nebo obou stran. Jsou z nástrojové nebo rychlořezné 36
DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 41. NAKUPKA.cz : Pilka na kov [online]. 2000. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < https://www.nakupka.cz/vyrobek/pilka-na-kov-powerplus-vt32401/> 38 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 43-44. 37
20
oceli, na snížení tření jsou zuby střídavě vyhnuté (rozvedené). Pilové kotouče jsou také z rychlořezné oceli s jemnými nebo hrubými zuby. U větších průměrů kotoučů jsou zuby vkládané do drážek kotouče jednotlivě nebo v segmentech. Pásy jsou uzavřené úzké svařené listy se zuby na jedné straně.39 Řezání na rámových pilách probíhá tak, že nástroj je upnutý v obloukovém rámu, který vykonává vratný přímočarý pohyb. V záběru je jen při pohybu dopředu, při pohybu zpět se rám mírně zvedne, aby se předcházelo tření zubů o řezanou plochu, což by vedlo k otupení zubů. Posuv nástroje do řezu určuje hmotnost obloukového rámu pily.40 Řezání na pásových pilách je velmi efektivním způsobem řezání, který je podobný řezání rámové pily, ovšem pásová pila nevykonává vratný pohyb. Uzavřený pilový pás je napnutý díky dvěma rotujícím, zakrytým kotoučům, který je hnaný a hnací. Zuby jsou na jedné straně pásu a v blízkosti místa řezání je pás vedený díky čtyřem kladkám. Plynulým pohybem se polotovar posouvá k listu, přičemž se jednotlivými zuby odebírají třísky. Pilové pásy se vyrábějí z nástrojové nebo rychlořezné oceli, aby těleso pilového pásu nedřelo o stěny drážky, jsou zuby vyhnuté (rozvedené). Vyhnutí lze realizovat třemi způsoby. Standardní řešení je střídání rovného zubu a pak vykloněného vpravo a vlevo. Při střídavém uspořádání jsou zuby vykloněné vlevo a vpravo. U obou případů musí být zabezpečené vyrovnávání bočních sil a to tak, že zuby musí mít stejnou geometrii, aby nedocházelo k vyklánění nástroje do jednoho směru. Dalším způsobem je vlnité uspořádání zubů. Důležitou charakteristikou pilového pásu je také sklon ke kmitání, které má za následek zvýšení hlučnosti. Proto se aplikují i řešení s nerovnoměrným krokem zubů. Při kmitání sousedních zubů nebo také skupiny zubů pásu vzniká různá frekvence kmitů a vzájemně se tlumí. Existuje více způsobů výroby pilových pásů, aby se zabránilo kmitání. V prvním případě se plynule mění rozteč zubů. Každý další zub v sekci odebírá větší vrstvu materiálu než předcházející zub. Jednotlivé zuby jsou střídavě rozvedené vlevo a vpravo, přičemž jeden ze zubů je rovný. Další řešení spočívá v plynulé změně hloubky drážky zubů, ale při stejné rozteči. Největší zub v každé sekci je rovný. Dalším způsobem je použití sekcí s větší a menší roztečí zubů, kde v sekci s velkou roztečí je rozvedený každý zub a při malé rozteči je využito 39
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 12. 40 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 45.
21
vlnitého rozvodu zubů. Praktické zkušenosti ukázaly, že použití pilových pásů s nerovnoměrnou roztečí zubů umožňuje nejen snížit úroveň hluku, ale také výrazně zvýšit trvanlivost a řezné podmínky pilových pásů. Rámy pásových pil se dají naklánět a díky tomu můžeme řezat polotovary pod různými úhly, nebo materiál různě vyřezávat.41
Obrázek 7 - Pilový pás
42
2.2.3 Dělení materiálu rozbrušováním Používá se při dělení menších průměrů z materiálů vyšší pevnosti a tvrdosti. Nástrojem je brusný kotouč, který se díky rotaci posouvá do řezu. Výhodou této technologie je úzký a kvalitní řez, nevýhodou je vysoká intenzita opotřebování kotouče z klasických brusných materiálů. Bez chlazení se brusné plochy velmi zahřívají, čímž se materiál tepelně ovlivňuje. Pro hůře obrobitelné materiály se aplikují vyšší řezné rychlosti. K řezání velmi tvrdých materiálů jako je keramika, beton, slinuté karbidy apod. se používají diamantové řezací kotouče. Kotouče bývají buď plné, nebo přerušované s přívodem chladicí kapaliny, která se přivádí drážkami nebo skrz kotouč. Rozbrušování se nehodí na materiály, které mají sklon k zakalení nebo popouštění povrchové vrstvy (samokalitelné oceli, legované oceli).
41
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 48-54. 42 FORTE-WESPA : Pilový pás [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.fortewespa.cz/?det=96-pila-pilov-ps-durotec-m51-27x0-9>
22
Také se nepoužívá u materiálů, které mají kritickou hodnotu, při které začíná porušení materiálu (plasty).43 2.2.4 Dělení materiálu vrtáním Účelem vrtání je vyhotovení průběžných nebo také slepých děr do kovu. Různé části strojů, zařízení a konstrukcí se spojují šrouby nebo nýty, vrtání je pracovní operace, která těmto spojením předchází. Hlavním nástrojem je vrták, který vykonává otáčivý pohyb kolem své osy (pohyb do řezu) a zároveň přímočarý pohyb ve směru osy (posuv do záběru). Při strojním vrtání někdy vrták stojí a jen se posouvá do záběru a otáčí se vrtaný předmět např. vrtání na soustruhu. Nejpoužívanějším vrtákem je vrták šroubovitý se dvěma břity, které tvoří tupý hrot.
Obrázek 8 - Šroubovitý vrták
44
Tento vrták se upíná za kuželovou stopku do vřetena vrtačky nebo také za válcovou stopku do sklíčidla ve vřetenu.45 Hrot vrtáku musí být přizpůsoben materiálu, vrták na ocel má vrcholový úhel kolem 120°. Vrták na lehké slitiny jako je hliník má vrcholový úhel hrotu kolem 140°, vrták na křehké materiály jako je mosaz, bronz má úhel vrcholového hrotu 120 až 130°.46 I správně naostřený vrták vrtá díru přibližně o 0,1 mm větší, než je jeho průměr, proto přesnější díry musíme po vrtání vystružit. Ke snížení tření vodící fazetky ve vrtané díře
43
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 13. 44 Nástroje nářadí.cz : Vrták s kuželovou stopkou [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.nastrojenaradi.cz/vrtak-s-kuzelovou-stopkou-prumer-18-hss-co> 45 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 62-66. 46 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 67.
23
jsou delší vrtáky směrem ke stopce mírně kuželovité a u stopky je průměr o několik setin mm menší.47 Při vrtání střed budoucí díry orýsujeme a označíme pomocí důlčíku, na který udeříme kladivem. Do tohoto důlčíku zavedeme hrot vrtáku, který nám díky tomu bude držet na místě. Materiál musí být správně a hlavně rovně upnut. Poté začneme vrtat díru, při vrtání hlubších děr občas vrtákem vyjedeme ven, abychom vyhodili třísku. U dovrtávání díry je nebezpečí zaseknutí vrtáku, protože část hrotu už prošla materiálem, vrták zabere příliš silnou třísku a zlomí se. Proto musíme konec průchozí díry vrtat opatrně. Vrtáme-li díry větších průměrů, napřed ji předvrtáme menším vrtákem a až poté vrtáme větším.48 2.2.5 Dělení materiálu vystružováním a vyhrubováním Tyto metody se využívají při obrábění válcových děr. Typickým znakem je rozměrový nástroj, který svým tvarem a dalšími technologickými vlastnostmi výrazně ovlivňuje parametry dané díry. Ve většině případů se využívá vícebřitých nástrojů. Vyvrtanou díru vyhladíme vystružením, výstružník odebírá jen tenkou vrstvu třísky pomocí většího počtu malých zubů. Točíme jím buď ručně ve vratidlu, nebo jím otáčí obráběcí stroj, používá se i způsob kdy výstružník stojí a točí se obráběná součástka. Při ručním obrábění výstružníkem zvolna otáčíme a zároveň jej tlačíme do záběru. Výstružníkem nesmíme točit nazpět, jinak se vzpříčenými třískami vyštípnou zuby.49 2.2.6 Dělení materiálu soustružením Soustružení se používá především k obrábění válcových tvarů. K odebírání materiálu obrobku se používá jednobřitý nástroj pohybující se rovnoběžně k ose rotace obrobku upnutého ve sklíčidle nebo mezi hroty apod. Obrobek je nejčastěji tvořen tyčovým materiálem, odlitkem nebo výkovkem. Soustružení je možné také využít k řezání závitů, soustružení kužele, soustružení rovinné plochy, vrtání, vyvrtávání a vytvářet různé tvary. Hloubka řezu a rychlost posuvu určují průřez odebírané třísky.50
47
DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 68-69. DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 68-69. 49 DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. str. 70. 50 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 125. 48
24
Soustružnické nože se vyskytují ve velkém množství i mnoha typech v souladu s objemem a univerzálností prací vykonávaných na soustruzích. Lze je rozdělit z různých hledisek zejména však podle materiálu jejich řezné části a podle tvaru nože a jeho upnutí. Nejvíce se používá nožů, které jsou z rychlořezné oceli a nožů ze slinutých karbidů. Nože z rychlořezné oceli jsou některými svými vlastnostmi, jako je dobrá houževnatost a snadné ostření vhodné pro soustružení některých těžko obrobitelných materiálů. Vhodné jsou také při přerušovaných řezech, tvarovém soustružení, k obrábění na soustružnických automatech apod.51 Nože se slinutých karbidů jsou při soustružení velmi rozšířeny, přispívá k tomu hlavně jejich vyšší řezivost, čímž dosahují vyšší produktivity obrábění. Další výhodou je rozsáhlá aplikace vyměnitelných břitových destiček ze slinutých karbidů.52 Podle tvaru nože a jeho upnutí v nožovém držáku dělíme soustružnické nože běžného provedení na radiální (např.: uběrací nůž ohnutý, zapichovací nůž, uběrací nůž stranový, vnitřní uběrací nůž, vnitřní nůž rohový), prizmatické, kotoučové, tangenciální. Soustružnické nože mají čtvercový, obdélníkový nebo kruhový průřez a břitové destičky z rychlořezné oceli nebo slinutých karbidů se k nim mechanicky připevňují nebo připájejí k nástrojovému držáku mosazí, či mědí. Destičky z řezné keramiky se k držáku nože nejčastěji připevňují mechanicky nebo se přilepují epoxidovými pryskyřicemi.53 Ostření soustružnických nožů radiálních probíhá na ploše hřbetu nebo čela někdy i na obou těchto plochách. Záleží na tom, na které ploše je břit více otupen. Ostření hřbetů se provádí na hrncových nebo prstencových brousících kotoučích, které jsou umístěny na speciálních stolových ostřičkách. Stůl stroje je při ostření natočen o úhel hřbetu, úhel je nastaven díky příložce upevněné na stole. Přísuv nože k brousícímu kotouči je buď to ruční, nebo mechanický. Protože kvalita ostření nožů může výrazně ovlivnit trvanlivost břitu a také drsnost obrobených ploch je třeba jí věnovat náležitou pozornost.54 Způsob upnutí obrobku při soustružení závisí na tvaru obrobku, požadované přesnosti soustružení, na jeho hmotnosti a hlavně na druhu soustruhu. Dlouhé obrobky se upínají mezi 51
VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 127. VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 127. 53 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 128-129. 54 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 147-148. 52
25
hroty, jež zasahují na čele obrobku do navrtaných středících důlků. Ve vřetenu stroje se používá pevný hrot a v koníku většinou hrot otočný. Metoda upínání mezi hroty se taktéž používá při vyšších požadavcích na přesnost obrábění. U soustružnických poloautomatů a automatů se používají sklíčidla samosvorná, která obrobek upnou automaticky, jakmile se začne otáčet. U těchto strojů lze také využít čelního unášeče, který přenáší krouticí moment řezným odporem nožíků zamáčknutých do čela obrobku. V tomto případě se pak obrobek dá soustružit po celé své délce.55 Avšak nejpoužívanějším upínacím zařízením na soustruhu je univerzální sklíčidlo, které se využívá jak pro dvoustranné upínání dlouhých obrobků, tak pro jednostranné upínání. Současného soustředného pohybu upínacích čelistí, které bývají většinou tři, někdy čtyři se dosahuje nejčastěji ručně. Při tomto ručním ovládání se klíčem otáčí ozubeným pastorkem, který pak otáčí talířovým kolem, které je opatřeno z druhé strany spirálou a do té zapadají zuby čelisti. Podle způsobu otáčení pastorku se čelisti přibližují nebo naopak oddalují. Těžší a kratší obrobky nepravidelných tvarů se upínají na univerzální upínací desku se samostatně stavitelnými čelistmi. Štíhlé obrobky, které jsou velmi dlouhé, se podpírají při soustružení lunetami, ty jsou buď upnuty pevně na loži stroje, nebo jsou připevněny k suportu, s nímž se posouvají po loži.56 Soustružnické nože se upínají na soustruzích různými upínkami nebo do nožových hlav, které jsou otočné, a lze do nich upnout čtyři nože současně. U soustruhů revolverových se nástroje upínají do revolverových hlav a kromě nožů jsou zde i nástroje pro obrábění děr, závitů apod.57 Hrotové soustruhy Používají se hlavně v kusové a malosériové výrobě pro soustružení hřídelových a přírubových součástí rozdílných rozměrů a tvarů bez náročného seřizování stroje. Vyrábějí se jako soustruhy hrotové univerzální a jednoduché, které jsou taky označované jako produkční. Co se týká technologických možností, na hrotových soustruzích se dají obrábět vnější i vnitřní rotační plochy, rovinné plochy čelní, kuželové plochy, někdy i plochy tvarové,
55
VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 148-151. VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 151-152. 57 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 152. 56
26
na univerzálních strojích pak ještě řezat závity. Díry v ose obrobku se vrtají, vyhrubují nebo vystružují nástroji, které jsou upnuty v pinole koníku.58
Obrázek 9 - Hrotový soustruh
59
Univerzální hrotové soustruhy mají navíc kromě tažného hřídele pro posuvy i vodící šroub, díky kterému je umožněno na stroji řezat závity. Charakteristický je u nich také velký počet otáček a posuvů, čímž je na nich možné při malých řezných rychlostech soustružit závity nebo naopak při velkých řezných rychlostech a malých posuvech jemně soustružit. Hlavní části hrotových soustruhů tvoří lože, koník, vřeteník, suport, převodové skříně pro změny otáček vřetene a posuvů. Lože hrotového soustruhu má dvojí vedení vnější pro suport a vnitřní pro koník. Suport hrotového soustruhu umožňuje podélný a také příčný posuv nože.60 Čelní soustruhy Jsou určeny především k soustružení obrobků velkých průměrů a malé výšky, jako jsou setrvačníky, lanové kotouče atd. Obrobky se upínají na lícní desku s radiálními drážkami pro přestavitelné čelisti. Čelní soustruhy se dodávají s pevným příčným ložem nebo také ve variantě, kdy může být lože se suportovými saněmi v poloze podélné či příčné, případně lze 58
VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 155. Nářadí Doležalova s.r.o. : Soustruh Optimum [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.narex-makita.cz/kovoobrabeci-stroje/soustruhy/optimum-d-320x920/> 60 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 156-157. 59
27
použít koník při soustružení nepříliš těžkých obrobků mezi hroty. Velikost obráběných průměrů určuje mezera mezi vřeteníkem a příčným ložem.61 Revolverové soustruhy Využívají se hlavně při výrobě součástí v menších a středních sériích, vyžadujících k obrobení větší počet nástrojů. Nástroje se na nich upínají v držácích do upínacích děr revolverové hlavy, jde především o nástroje k obrábění povrchů a také o nástroje pro opracování děr. Součásti jsou postupně obráběny při jednom upnutí s využitím nástrojů v jednotlivých polohách hlavy. Ve srovnání s hrotovými soustruhy mají revolverové soustruhy přednost v rychlém a přesném nastavení nástroje vzhledem k upnutému obrobku a dále možnost obrábění několika nástroji současně.62 Svislé soustruhy Tyto soustruhy se používají v kusové, malosériové a některé typy i v sériové výrobě středních a velkých rotačních součástí s malým poměrem délky k průměru. Mezi hlavní části tohoto stroje patří otočný stůl, stojany a příčníky se suporty. Svislé soustruhy se vyrábí jako jednostojanové s průměrem stolu do 1200 mm a jako dvoustojanové s průměrem stolu do 18000 mm. Na těchto soustruzích se obrábějí vnější a vnitřní válcové plochy, kuželové plochy, řežou závity, soustruží tvarové plochy.63 2.2.7 Dělení materiálu upichováním Při dělení rotačních polotovarů je běžně využívaná technologie upichování na soustruhu. Upichovací nože jsou vyrobené z rychlořezné oceli nebo slinutých karbidů. Upichování je náročná technologie, protože řezná rychlost se během obrábění výrazně mění. Klesá z maximální hodnoty, která je na okraji obrobku až na nulu, která je v ose obrobku. Při využití nožů z rychlořezné oceli to nečiní problém, protože zmenšování řezné rychlosti zvyšuje trvanlivost těchto nožů. Problém ovšem nastává při použití nožů ze slinutých karbidů, protože trvanlivost nástroje při otáčkách blížících se nule je velmi malá, proto se
61
VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 157. VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 157. 63 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 171-174. 62
28
upichovací nože ze slinutých karbidů prakticky nedají použít na upichování tyčí. Vhodné jsou na upichování trubek, kde se řezná rychlost změní málo.64 2.2.8 Dělení materiálu frézováním Frézování je výrobní metoda, při které odebírají materiál obrobku zuby nástroje otáčejícího se kolem pevné osy. Posuv součástí probíhá při tomto procesu převážně ve směru kolmém k této ose. Řezný proces je přerušovaný, protože každý zub frézy odřezává krátké třísky určité tloušťky. Hlavní příčinou širokého uplatnění frézování v praxi je možnost mnohostranné aplikace a přesnost frézování. Další výhodou je, že při frézování velkými řeznými rychlostmi jde až na některé případy zajistit vyšší a hospodárnější úběr obráběného materiálu než při obrábění jednobřitým nástrojem jako je třeba hoblování. Frézování je někdy jediný možný způsob obrábění.65 Podle způsobu záběru frézy do materiálu obrobku rozlišujeme dva druhy frézování. První druh je frézování obvodem a druhý frézování čelní, ty jsou pak základem pro vytváření dalších způsobů. Při obou způsobech dochází k úběru materiálu při dané hloubce řezu relativním posuvem zubů frézy vzhledem k obrobku.66 Při práci s frézami válcovými a tvarovými se většinou používá frézování obvodem. Zuby frézy jsou vytvořeny pouze na obvodu nástroje a hloubka řezu se nastavuje kolmo k ose frézy. Obrobená plocha je rovnoběžná s osou otáčení frézy, způsob vytváření této plochy a zároveň průběh vytváření třísky závisí na smyslu rotace frézy vůči směru posuvu obrobku. Díky tomu rozlišujeme frézování nesousledné (protisměrné) a sousledné (sousměrné). Při nesousledném frézování je smysl rotace nástroje proti směru posuvu obrobku a obrobená plocha vzniká při vnikání nástroje do obrobku. Tloušťka třísky se postupně mění z nulové hodnoty na hodnotu maximální, přičemž k oddělování třísky nedochází v okamžiku její nulové hodnoty, ale po určitém skluzu břitu po ploše vytvořené předcházejícím zubem. Přitom vznikají deformace a silové účinky, které způsobují zvýšené opotřebení břitu. Při nesousledném frézování má řezná síla složku, která působí směrem nahoru a tím odtahuje obrobek od stolu. Smysl rotace nástroje při sousledném frézování je ve směru posuvu 64
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 59-61. 65 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 179. 66 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 179.
29
obrobku. Maximální tloušťka třísky vzniká při vnikání zubu frézy do obrobku a obrobená plocha se vytváří při vycházení zubu ze záběru. Díky tomu řezná síla působí obvykle směrem dolů. Souměrné frézování se může použít pouze na přizpůsobeném stroji při vymezené vůli a předpětí mezi posuvovým šroubem a maticí stolu frézky. Pokud tak neučiníme, způsobuje vůle nestejnoměrný posuv, při kterém může dojít k poškození nástroje, obrobku a dokonce i stroje.67
Obrázek 10 - Sousledné a nesousledné frézování
68
Při čelním frézování se využívají obvodové a čelní břity zubů nástroje. Hloubka třísky se nastavuje ve směru osy frézy a obrobená plocha je kolmá na osu frézy. Při každém otočení nástroje vykoná obrobek za otáčku posuv, tloušťka třísky se přitom zvětšuje ke středu odřezávané vrstvy a zmenšuje se v místě vstupu a výstupu zubů frézy do obrobku respektive z obrobku. Čelní frézování se používá na rovinných frézkách, někdy na svislých a vodorovných konzolových a stolových frézkách.69 Frézy jsou několikabřité nástroje, které mají břity uspořádány na válcové, kuželové nebo jiné tvarové ploše, u čelních fréz také na ploše čelní. V současné době se díky mnohostrannému uplatnění frézování ve strojírenské výrobě a vzhledem k velkému rozsahu této technologie používá mnoho typů a velikostí fréz.70
67
VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 180-181. ZOZEI : Frézování [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://zozei.sssebrno.cz/frezovanirovinnych-ploch/> 69 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 182. 70 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 190. 68
30
Obrázek 11 – Čelní válcová fréza
Obrázek 12 - Čelní úhlová fréza
71
72
Podle materiálu z kterého jsou vyrobeny břity, existují frézy z rychlořezné oceli a slinutých karbidů. Výhodou fréz z rychlořezné oceli je jejich snadná výroba a také, že se dobře ostří a mají i celkem nízké pořizovací náklady. Naopak jejich velkou nevýhodou je menší produktivita frézování a potřeba použití řezné kapaliny během frézování. Frézy s břity ze slinutých karbidů se začínají objevovat čím dál častěji a postupně nahrazují jednotlivé druhy fréz z rychlořezné oceli. Nástroje se slinutým karbidem se téměř výhradně používají pro velké úběry třísek. Vyšší pořizovací cena a nákladnější ostření je nevýhodou těchto fréz ze slinutých karbidů. Ovšem vzhledem k tomu, že se čím dál více u frézovacích nástrojů 71
MT nástroje : Fréza nástrčná [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.mt-nastroje.cz/izavitniky/eshop/43-1-Frezy-HSS-HSSE-a-HSSCo/960-3-Jemnozube/5/14026-Freza-PN22-2054-nastrcnajemnozuba-HSSE-D160> 72 MT nástroje : Fréza úhlová [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.i-frezy.cz/ifrezy/eshop/11-1-Tvarove-kotoucove-frezy/54-3-Jednostranne-celni/5/1224-Freza-CSN22-2254-uhlovajednostranna-HSS-45-x40>
31
používají vyměnitelné destičky, které se ostří hromadně u výrobce, vznikají úspory na udržovacích nákladech, které částečně pokrývají vyšší pořizovací cenu nástroje. 73 Podle směru zubů vzhledem k ose rotace frézy rozdělujeme frézy se zuby přímými, se zuby ve šroubovici pravé nebo levé, či šroubovici střídavé. Uspořádání zubů ve šroubovici je výhodné z hlediska plynulosti záběru v důsledku většího počtu zubů v záběru a postupného vnikání zubu do záběru na řezné délce nástroje. Podle počtu zubů vzhledem k průměru frézy se rozdělují frézy na jemnozubé, polohrubozubé, hrubozubé. Pro klidný chod frézy by měl být počet zubů takový, aby současně řezaly alespoň dva zuby.74 2.2.9 Dělení materiálu hoblováním a obrážením Při dělení metodou hoblování koná obrobek hlavní přímočarý vratný pohyb a nástroj koná posuv do řezu. Tento posuv je přerušovaný a proběhne vždy na konci vratného pohybu stolu. Obrážení se liší od hoblování tím, že hlavní přímočarý pohyb koná nástroj a posuv do řezu koná obrobek. Jednoduchost těchto operací, jednoduchý tvar nástroje a snadná aplikace mají za následek, že hoblovky a obrážečky jsou řazeny mezi nejuniverzálnější obráběcí stroje. Ploché povrchy na nich mohou být obráběny v horizontálních, vertikálních a vzájemně nakloněných rovinách, mohou na nich být obráběny rovněž nepravidelné tvary i vnitřní povrchy. Význam výrobních metod hoblování a obrážení v moderní výrobě klesl, ale uplatňují se stále v kusové a malosériové výrobě.75 Nože používané na hoblovkách a obrážečkách jsou vyráběné z rychlořezné oceli nebo mají pájené, či mechanicky připevňované břitové destičky ze slinutých karbidů.76 Základní části hoblovek tvoří stoly, stojany, příčníky a nožové suporty, pohon stolů je buď mechanický, nebo hydraulický, posuv suportů po stojanech a příčníku je poháněn samostatným elektromotorem přes pohybové šrouby. Při zpětném zdvihu stolu se nožové držáky nadzvedávají nad obráběnou plochu.77
73
VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 190. VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 191. 75 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 314. 76 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 318. 77 VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 323. 74
32
U vodorovných obrážeček se smýkadlo s nástrojem pohybuje v horizontální rovině po vedení na stojanu stroje. Smýkadlo má mechanický nebo u větších strojů hydraulický pohon. Vodorovných obrážeček se dnes používá jen v opravnách, pomocných dílnách atd.78 2.3 Dělení materiálu tavením a odpařováním Jde o proces, při kterém dochází ke vzniku vysoké teploty v místě dělení. V důsledku působení tepla dochází k tavení materiálu nebo až k jeho odpařování, což vede k porušení materiálu.79 2.3.1 Dělení laserem Návrh laseru vznikl v roce 1954, první projekt laseru byl zveřejněn v roce 1958 a roku 1960 se podařilo uvést do činnosti první model. Věda a technika získala objevem laseru nový zdroj světla s vlastnostmi, které nebylo v minulosti možné dosáhnout. V současnosti je dělení laserem nejvíce rozšířená technologická operace. Podobně jako ostatní tepelné způsoby dělení materiálu je i tato metoda dělení založena na principu tavení kovu nebo jeho oxidů a vyfouknutí vzniklé taveniny proudem řezacího plynu z místa řezu. Díky vysoké koncentraci energie umožňuje dělit materiály a slitiny prakticky nezávisle na jejich tepelných a fyzikálních vlastnostech. Tato metoda dosahuje malé šířky řezu a také minimálně tepelně ovlivňuje materiál. Při dělení také nedochází k mechanickému působení na polotovar, a proto je možné velmi přesně dělit i materiály lehko deformovatelné a křehké. Laserové dělení je možné také využít i pro jiné materiály např. plasty a dřevo, nevýhodou je jen riziko požáru a vznik nepříjemných, či škodlivých plynů a dýmů.80 Hlavními výhodami laserového dělení je přesnost řezaného tvaru a také kvalita řezné plochy jako je hladkost, rovinnost a nepřítomnost otřepů. K dosáhnutí kvalitního řezu je důležité dodržovat konstantní vzdálenost řezací hlavice od povrchu materiálu. Kvalitu řezu zhoršuje zvětšování síly řezaného materiálu. Mezi další výhody patří velmi vysoká rychlost
78
VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s. str. 324. KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 14. 80 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 108-121. 79
33
řezání a možnost různého tvarového řezání, díky kterému lze vyrábět i velmi složité a zároveň přesné součástky.81 Laserem můžeme řezat třemi základními způsoby: sublimačním, tavným a oxidačním řezáním. Laserové sublimační řezání je založeno na tom, že materiál je zahříván na teplotu vypařování a proudící inertní plyn odstraňuje výpary. Dosahuje se úzkého řezu s vysokou kvalitou povrchu, ale tato metoda je využívána zřídka. Síla obráběného materiálu nesmí zásadně překročit průměr laserového paprsku, jinak se vznikající materiálové zplodiny zachycují na stěně řezné štěrbiny a ta se znovu uzavírá. Použití silnějšího materiálu lze jen v případech, kdy se můžeme úplně vyhnout přetečení taveniny. Pro materiály, jako je keramika a dřevo tato závislost neplatí, protože nemají tavnou fázi a můžeme tedy řezat větší tavné hloubky, aniž by nastalo znovu uzavření štěrbiny.82 Laserové tavné řezání je založeno na lokálním ohřevu materiálu na teplotu tavení, při kterém proud čistého inertního plynu odstraňuje roztavený materiál z řezu, ale na samotném procesu řezání se nezúčastní. Oddělování materiálu při této metodě probíhá jen při tekuté fázi, a proto hovoříme o tavném řezání laserem. Jako řezný plyn se používá dusík nebo inertní plyn. Kvalita řezu je zhoršena otřepky vzniklými na spodní hraně řezu, které je potřeba odstranit.83 2.3.2 Dělení plazmou Jde o dělení materiálu pomocí plazmového oblouku. Plazma vzniká přehřátím plynu na vysokou teplotu jeho průchodem stejnosměrným elektrickým obloukem. Tím dojde nejdříve k disociaci plynu, tzn. rozpadu jeho molekul na atomy a pak v důsledku srážek vzniklých částic k ionizaci plynu. Vznikne směs elektronů, iontů a neutrálních atomů v základním i vybuzeném stavu. Při dopadu ionizovaného plynu na materiál dochází k opětnému slučování atomů a současně se uvolňuje velké množství tepla. Používá se zařízení s tzv. závislým obloukem, kde oblouk hoří mezi wolfram-thoriovou elektrodou řezací
81
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 121. 82 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 131. 83 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 132.
34
hlavy a řezaným materiálem. Uvolněné teplo roztaví kov, který současně proud plynu z místa řezu odstraní. Elektrický oblouk pracuje ve vnitřní ochranné atmosféře a povrch řezu je vystaven vnější ochranné atmosféře. Pro vytvoření vnitřní i vnější ochranné atmosféry se používají argon, helium, dusík a směsi těchto plynů. Zařízení pro plazmové řezání mohou být různých konstrukcí od ručních strojů až po velké digitálně řízené automaty. Plazmou můžeme řezat veškeré elektricky vodivé materiály tloušťky 0,5 až 200 mm, tedy všechny druhy ocelí, hliník, měď, mosaz, nerezové oceli a další kovové slitiny. Plazmou nelze řezat materiály s proměnnou tloušťkou. Nejlepším polotovarem k řezání jsou plechy standardních formátů. Maximální tloušťka materiálu, který chceme řezat, závisí také na druhu materiálu a na požadavku kvality řezu.84 2.4 Dělení materiálu fyzikálně a chemicky 2.4.1 Dělení materiálu vodním paprskem Užitečné využití vodního paprsku se objevilo už před více než sto lety při těžbě hlíny a štěrků. Vysokotlaké řezání vodním paprskem bylo dále rozvíjené a důležitý impulz pro využití ve výrobě jako nástroje vznikl v oblasti konstrukce letadel a kosmonautiky. Na konci šedesátých let se americký výrobce letadel rozhodl využít řezání vodním paprskem ke zpracování plastových materiálů a materiálů skládaných z více vrstev. Tyto materiály velmi citlivě reagují na vysoké teploty a tlaky, proto by u nich použití klasických technologií, jako jsou pily nebo tabulové nůžky narušily jejich strukturu.85 Největší výhodou této technologie řezání oproti ostatním je, že proces řezání probíhá za studena. Tato technologie se používá tam, kde beztřískové, třískové nebo termické (laser, plazma) výrobní metody nedosahují z mechanických nebo fyzikálních důvodů uspokojivé výsledky. Vodním paprskem se oproti tepelným metodám řezání dají dělit všechny materiály, aniž by docházelo k jejich ovlivňování teplem. Tím nám odpadá jejich kalení, nedochází
84
OEHM, Miloslav. Zámečnictví tradice z pohledu dneška. 1.vyd. Praha: Grada Publishing, 2005, 268 s. ISBN 80247-1042-0. str. 254. 85 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 141.
35
k pokřivení materiálu, nedochází k roztavení materiálu a tím pádem ani k tvorbě škodlivých plynů.86 Nároky kladené na průmyslové procesy řezání se v posledních letech velice zvýšily. Je požadováno nejen zvýšení výroby a zlepšení řezání, ale také možnost zpracovat různé tvary s vysokou přesností a čistotou řezných hran. I přes vysokou kinetickou energii vodního paprsku určeného na řezání nedochází k deformaci řezaného materiálu a díky tomu se dá docílit vysoké přesnosti řezání bez tvorby výronků. Řezné hrany děleného materiálu se vyznačují velmi vysokou kvalitou, a tudíž není zapotřebí jejich dalších úprav. Vodní paprsek tenký jako vlas vytváří minimální řeznou mezeru, díky tomu je jen velmi malá ztráta materiálu, což neplatí u jiných obvykle používaných technologií. Tuto výhodu lze ještě umocnit optimálním přeložením jednotlivých řezaných dílů.87 Tato technika se hodí na řezání ostrých úhlů a na řezání šikmých hran. Velkou měrou je během řezání vysokotlakým vodním paprskem zabezpečená i ochrana životního prostředí, protože řezání vodním paprskem je čisté a nevytváří se při něm žádný jemný odpad, který vzniká při ostatním řezání, nevznikají třísky a nedochází k chemickému znečištění vzduchu.88 Energie potřebná k dělení materiálu se u vodního paprsku přivádí díky proudu kapaliny, která pod tlakem proudí skrz velmi tenkou trysku z drahokamu. Nejdříve je však nutné potřebný tlak vytvořit, proto je jádrem řezacího zařízení vysokotlaké čerpadlo. V primárním okruhu se díky hydraulickému čerpadlu vytváří tlak oleje, který se za pomoci převodového pístu převede na vysoký vodní tlak v sekundárním okruhu. V trvalém provozu vytváří vysokotlaké čerpadlo vodní tlak s hodnotami až 3800 bar, který pak proudí přes řezací trysku rychlostí cca 800 m.s-1, což je více než je rychlost zvuku. Kvůli ochraně vysokotlakových částí, čerpadla s tlakovým převodníkem a trysky se na vytvářející vodní paprsek používá filtrovaná voda.89
86
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 141. 87 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 142. 88 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 142-143. 89 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 143.
36
Obrázek 13 - Řezání čistou vodou
90
Čistým vodním paprskem se řežou textilie, vláknité materiály, potraviny, papír, apod. K dělení tvrdých materiálů jako např. kovy, tvrdé kamenivo, tvrzené sklo, keramika apod. se využívá abrazivní metoda řezání vodním paprskem. Předtím než se vodní paprsek dostane na zpracovávaný materiál, se k němu ve směšovací komoře přidá řezný prostředek s velmi jemným zrnem a tím se vytváří mikrotřískové obrábění. Ve směšovací komoře se vytváří podtlak, díky kterému dochází k nasávání abrazivního prostředku. Když se tento abrazivní prostředek odebere ze zásobníku, přivádí se do dávkovače, kde se nastaví množství abrazivního prostředku, které se bude přidávat do vodního paprsku.
90
Bystronic : Řezání vodním paprskem [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW:
37
Obrázek 14 – Řezání vodním paprskem s abrazivem
91
Abrazivní jednotka se skládá z těchto částí: abrazivní řezací hlava, systém na dávkování abraziva a zásobník na abrazivní prostředek. Pohlcení zbytkové energie abrazivního prostředku probíhá pomocí zařízení na absorbování této energie, které je umístěno ve vodní nádrži.92 Touto technologií můžeme řezat velmi pevné matriály do hloubky 50 mm, běžné kovy do 70 mm, neželezné kovy do 120 mm, měkké materiály do 200 mm a pěnové materiály do 300 mm. Přednosti této technologie můžeme hledat především na kvalitě řezu a velké hospodárnosti zpracování materiálů s velkou hloubkou. Ovšem, aby se využívaly tyto přednosti je zapotřebí ideálně navzájem sladit průměr trysky na vodu a trysky na abrazivní prostředek, tvrdost abrazivního prostředku, velikost zrna abrazivního prostředku a také množství dávkování abrazivního prostředku, zapomenout nesmíme ani na ideální rychlost posuvu.93 Při řezání vodním paprskem se nám také nabízí možnost skládání a vkládání různých částí do jednoho obrazce a tím můžeme vytvořit výrobek složený z různých druhů materiálu, či barev. Tato technologie ale není bezchybná, asi největším nedostatkem je koroze
91
Bystronic : Řezání vodním paprskem [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: 92 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 143-144. 93 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 144.
38
materiálů, které jí podléhají. Ovšem tato koroze není hloubková, ale jen sekundární a existují způsoby, jak je možné tento nedostatek odstranit.94 Řezací vodu upravujeme tak, abychom mohli co nejvíce snížit míru oprav, prodloužit intervaly údržby a snížit opotřebování trysek, otočných kloubů spojů, vysokotlakých těsnění atd. musí být z řezací vody odstraněno železo a vápník. Takto upravená voda prodlužuje životnost jednotlivých komponentů zařízení a současně tak zvyšuje produktivitu. Z těchto důvodů se provádějí analýzy, díky kterým se zjišťuje skutečný stav používané vody. 95 Při filtrování odpadní vody využívá filtrační systém k oddělování nečistot z vody gravitační sílu. Systém se skládá z ocelového rámu s hnacím a hnaným hřídelem, díky kterým se pohybuje transportní řetěz s filtrační vložkou. Transportní řetěz je poháněn elektromotorem a zapíná se podle stavu vody díky hladinovému spínači. Odpadová voda se na filtračním páse rovnoměrně rozteče a nečistoty z protékající vody se zachytí na filtru. Když hladina vody vystoupá příliš vysoko, aktivuje se hladinový spínač a automaticky se dopraví nová filtrační vložka na potřené místo. Použitá filtrační vložka se vyčistí v zásobníku odpadů a čerpadlo dopravuje přečištěnou vodu do výpustě.96 Zařízení na přimíchávání polymerů dávkuje přibližně 0,25 objemového procenta polymeru k řezací vodě. Přidávání polymerů k vodě výrazně vylepšuje soudržnost vysokotlakého vodního paprsku a tím zmenšuje rozbíhání vodního paprsku při výstupu z trysky. Je to velmi výhodné, protože díky tomuto způsobu můžeme při řezání silných materiálů udržet tenkou řeznou spáru a snížit tak tvorbu pruhů na řezné hraně. Přidávání polymerů vychází z toho, že polymery zabraňují uchytávání vlhkosti v materiálu, zvyšují životnost trysek na vodu, podporují zachytávání pevných látek na filtrech, dovolují větší vzdálenost mezi materiálem a tryskou, zvyšují životnost vysokotlakých součástí, jako např. těsnění pístů a to vše díky lepší mazací schopnosti směsi. Tato vlastnost vede i k snížení
94
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 150. 95 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 145. 96 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 166.
39
hluku při řezání a také snižuje náklady na údržbu. Používané jsou polymery s dlouhým řetězcem, které jsou povolené, nejsou jedovaté a jsou biologicky nezávadné. 97 Mezi nevýhody řezání vodním paprskem (hlavně s přidáním abraziva) se řadí energetická a materiálová náročnost spolu s produkcí odpadu, který tvoří voda a použité abrazivo. Vzhledem k celosvětové rostoucí ceně abraziva a vody vzniká snaha o navržení a provozování zařízení na řezání vodním paprskem s přidáním abraziva v uzavřeném cyklu. V tomto zařízení by se po speciální regeneraci vracela voda a abrazivo do procesu řezání. Jedná se vlastně o recyklační linku, kde dochází k oddělení a zachycení použitelného abraziva od kalu, který odchází do odpadu.98 Recyklační linka se skládá z propíracího zařízení, pásového dopravníku, dávkovacího zařízení, sušícího zařízení a vibračního síta. Recyklace probíhá tak že se z vany, která je zabudovaná ve stolu vodního paprsku nejdříve vypustí voda. Ve vaně se zachytí přibližně 94% abraziva, které se poté vybírá ven do kovových přepravek. Z přepravek se pak použité abrazivo vhazuje do propíracího zařízení, které je součástí linky. Propírací zařízení připomíná princip míchačky a skládá se z bubnu, který vykonává rotační pohyb. Pohonem bubnu je elektromotor, který má řemenový převod. Do propíracího bubnu se dávkuje použité abrazivo, které je určeno k recyklaci. Spustí se zařízení, buben se začne točit a přivede se do něj voda, která je s abrazivem promíchávána. Díky tomu dochází k oddělování abraziva od nečistot a obsah propíracího zařízení se vylívá do sedimentové kaskády. Očištěné abrazivo se vysype na pásový dopravník a pokračuje dále po lince k dávkovacímu zařízení, které dopravuje pomocí šneku požadované množství očištěného abraziva do sušícího zařízení. V sušícím zařízení je abrazivo z dávkovacího zařízení vtahováno do rotačního bubnu, který je pod úhlem 6°. Sušení je vykonáváno pomocí propan-butanového plamene, který je nasměrovaný do otvoru sušícího rotačního válce. Díky plamenu a rotaci válce dochází ke snížení obsahu vody v abrazivu. Takto vysušené abrazivo padá na vibrační síto, kde požadovaná velikost abrazivního materiálu za pomoci vibrace propadá skrz do připravené
97
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 168. 98 KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 212
40
přepravky. Po dokončení vibrace se síto povytáhne a odpad o větším rozměru, než je požadován se vysype do přepravky s odpadem.99
99
KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. str. 213-215.
41
III.
PRAKTICKÁ ČÁST
1. Didaktická příprava hodin Jak již bylo v teoretické části zmíněno, využití technologií řezání a dělení materiálu je v dnešní technicky vyspělé společnosti nepostradatelné. Správně zvolený postup a pracovní nástroje nám mohou nejen usnadnit práci, ale také zkvalitnit konečnou podobu výrobku. Didaktická příprava tří dvouhodinových výukových bloků pracovních činností je určena převážně pro zručné žáky a žákyně osmých ročníků běžného typu základní školy. Tři dvouhodinové výukové bloky pracovních činností budou laděny především na práci s pozinkovaným plechem, využití a osvojení nově probraných technologií dělení a spojování materiálu a také opakování již probrané látky související s výstupním výrobkem. Primárním, společným cílem tří dvouhodinových výukových bloků je, aby si každý žák/žákyně vytvořil/a vlastní krabičku z pozinkovaného plechu s využitím nově naučené technologie – stříhání ručními nůžkami, ohýbání na ohýbačce plechů, vrtání, nýtování nýtovacími kleštěmi. Žáci a žákyně by si díky této činnosti měli osvojit základy bezpečnosti a techniky práce s ručními nůžkami na plech, s ohýbačkou plechů, se stolní vrtačkou, ručními nýtovacími kleštěmi, prohloubit znalostí v oblasti čtení výkresu, správného měření a orýsování materiálu, pilování. Metody výuky jsou přednáška, vysvětlování, poznávání, názorné ukázky, demonstrace, opakování. K výuce pracovních činností budou potřeba tyto didaktické pomůcky: specializovaná dílna pro pracovní činnosti, výrobní výkres, pozinkovaný plech, rýsovací jehla, úhelník, ocelové pravítko, posuvné měřítko, ruční nůžky na plech, pilník, ruční ohýbačka plechů, kladivo, důlčík, vrtáky, stolní vrtačka, nýty, nýtovací kleště.
42
1.1 První dvouhodinový výukový blok Činnost Pozdravení s žáky Bezpečnost práce a bezpečnost na pracovišti Seznámení s náplní hodiny Opakování technologií potřebných pro výrobu Učení nové technologie potřebné pro výrobu Rozdání pomůcek potřebných k výrobě Samostatná práce žáků Zopakování nově získaných vědomostí Úklid
Časová dotace 2 min. 13 min. 10 min. 10 min. 10 min. 5 min. 30 min. 5 min. 5 min.
V úvodu hodiny je důležité se s žáky a žákyněmi pozdravit. Nezbytnou součástí každé výukové hodiny je zkontrolovat zda všichni plní bezpečnostní pravidla, která jsou v dílnách stanovena. Mezi tato pravidla nezbytně patří oděv s dlouhým rukávem, který nemá konce rukávů příliš široké a dlouhé, nejlepším oděvem je pracovní košile, dále je to pevná uzavřená obuv a kalhoty s dlouhými nohavicemi. Z důvodu prevence proti úrazu jsou při pracovní činnosti nepřípustné jakékoliv náramky, prstýnky, hodinky či jiné šperky na rukou. Dále je důležité žáky a žákyně seznámit s náplní hodiny. Výstupním výrobkem těchto tří dvouhodinových bloků bude krabička z pozinkovaného plechu. Pro lepší představu žákům a žákyním předvedu již hotový výrobek, který nechám kolovat po třídě, aby si ho každý mohl vzít do ruky a prohlédnout si ho zblízka. Během prohlížení začneme opakovat základní znalosti potřebné k výrobě krabičky. V tomto případě se jedná o zopakování čtení výrobního výkresu, správné měření a orýsování materiálu. Hlavní náplní bude naučení a osvojení nové technologie stříhání ručními nůžkami, která patří mezi základní technologie dělení materiálu. To všechno spolu s dalšími technologiemi využijeme při výrobě krabičky. Po krátkém zopakování a naučení se nové technologie můžeme začít rozdávat výrobní výkresy našeho výrobku. Před samotným začátkem výrobního procesu si nejprve s žáky a žákyněmi zopakujeme správné čtení výrobního výkresu. Každý výkres má své náležitosti jako je název výrobku, který je na výkrese, měřítko výkresu, jméno autora, který výkres kreslil apod. Nesmíme zapomenout dětem připomenout, že rozměry výrobku na výrobním výkrese jsou udány v milimetrech. Poté s žáky a žákyněmi přejdeme k opakování správného měření a orýsování materiálu, využijeme ocelového pravítka a posuvného měřítka, na kterém si 43
předvedeme správné čtení naměřených hodnot. K orýsování se používá rýsovací jehla, kterou přenášíme hodnoty z výkresu na materiál. Je-li potřeba, využíváme k orýsování také úhelníku a to buď s příložníkem, nebo bez něj. Po zopakování všeho důležitého k výrobě krabičky začneme probírat novou technologii, která je pro tento výrobek stěžejní a pro děti úplně nová. Stříhání ručními nůžkami má, jako každá technologie své zásady a pravidla, které je potřeba si nejprve vysvětlit. Obecně je technologie stříhání založena na principu vnikání nožů do materiálu, až se materiál přeruší, při tomto procesu vzniká mírná deformace v oblasti stříhané hrany.
Obrázek 15 - Ruční nůžky na plech
100
Při ručním stříhání používáme nůžky (obrázek 14), jejichž části si s dětmi popíšeme. Nůžky se skládají z dvou nožů, díky kterým dochází k dělení materiálu. Tyto nože musí být k sobě správně dotaženy pomocí šroubu, kterým určujeme vůli mezi těmito noži. Při příliš velkém dotažení bude zapotřebí velké námahy k ustřižení materiálu a může dojít k vylomení zubů. Naopak při příliš malém dotažení bude vůle mezi noži tak velká, že nám budou materiál spíše deformovat, než stříhat. Dále se nůžky skládají z rukojeti, za kterou nůžky držíme v ruce. Nůžky držíme v ruce uchopené tak, abychom prostředním prstem mohli po prostřižení materiálu od sebe čelisti opět rozevřít a začít stříhat znovu. Stříhaný materiál do 100
Rostex : Nůžky na plech výstřihové [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW:
44
nůžek nezasunujeme až k rukojeti, ale spíše tak, abychom stříhali od půlky nožů ke špičce. Při stříhání musíme držet materiál tak, abychom neustále viděli na rysku, podle které stříháme. Dříve než žákům a žákyním rozdáme nůžky, je nutné znovu probrat bezpečnost při stříhání s nůžkami. Hrozí zde riziko střihnutí nůžkami, říznutí o ostrou hranu plechu, scvaknutí prstu v doraze rukojeti, píchnutí o výstřižky apod. Proto je velmi důležité neustále udržovat čistotu a pořádek na pracovišti. To by bylo z teoretické části a nyní můžeme přejít k praktické části a to samotné výrobě naší plechové krabičky. Žákům a žákyním rozdáme plech, který je předpřipraven stříháním na tabulových nůžkách tak, aby každý dostal svůj plech, který mu postačuje k výrobě krabičky. Při přenášení rozměrů na plech a orýsování musí být krabička umístěna tak, aby nebyla použita žádná z hran plechu, to znamená, že musí krabičku umístit uprostřed. Je to z důvodu toho, aby si žáci a žákyně opravdu vystřihli celou krabičku sami a nevyužili již ustřižených hran. Při orýsování musíme dbát a dodržovat roviny čar, podle kterých budeme vystřihovat a zvláště pak pravých úhlů. Během stříhání postupně procházíme dílnou a dohlížíme na správný způsob stříhání, dodržování zásad a v případě potřeby poradíme. Mezi nejdůležitější kritéria patří rovina střihů a pravoúhlost vystřižených ploch, což by nám mohlo dělat potíže při pozdějším kompletování plechové krabičky. Ke konci hodiny si ještě zopakujeme nově nabité vědomosti, jako jsou principy dělení materiálu stříháním a základní části ručních nůžek. Na závěr uklidí žáci a žákyně své pracoviště, odevzdají výrobní výkresy a očištěné pracovní nástroje, uloží si svůj podepsaný výrobek do skříně. 1.2 Druhý dvouhodinový výukový blok Činnost Pozdravení s žáky Bezpečnost práce a bezpečnost na pracovišti Seznámení s náplní hodiny Opakování technologií potřebných pro výrobu Učení nové technologie potřebné pro výrobu Rozdání pomůcek potřebných k výrobě Samostatná práce žáků Zopakování nově získaných vědomostí Úklid
Časová dotace 1 min. 3 min. 7 min. 10 min. 15 min. 5 min. 40 min. 5 min. 4 min.
45
V úvodu hodiny se s žáky a žákyněmi opět pozdravíme. I v této hodině je kontrolováno, zda všichni striktně plní bezpečnostní pravidla, která jsou v dílnách stanovena. Mezi tato pravidla nezbytně patří oděv s dlouhým rukávem, který nemá konce rukávů příliš široké a dlouhé, nejlepším oděvem je pracovní košile, dále je to pevná uzavřená obuv a kalhoty s dlouhými nohavicemi. Z důvodu prevence proti úrazu jsou při pracovní činnosti nepřípustné jakékoliv náramky, prstýnky, hodinky či jiné šperky na rukou. Žáky a žákyně opět seznámíme s náplní hodiny. V této hodině budeme pokračovat ve výrobě našich plechových krabiček, které máme rozdělané z minulé hodiny. Nová technologie, kterou si v této hodině osvojíme a budeme se ji zabývat, je ohýbání plechu na ohýbačce a také další základní metoda dělení materiálu a to vrtání na stolní vrtačce. Po vystřižení plechu v minulé hodině přejdeme k opakování již probraného pilování, které nyní budeme potřebovat k úpravě hran po stříhání. Žáci a žákyně se snaží popsat části pilníku, jaké máme druhy pilníků podle tvaru jejich průřezu (kulatý, obdélníkový, čtvercový, trojúhelníkový, půlkulatý) a jak se vytváří zuby pilníků (sekáním, frézováním). Dále následuje praktická ukázka zaujímaného postoje u pilování (obrázek 15), správné upnutí obrobku do svěráku, které je co nejblíže čelistím a způsob pilování rovinných a tvarových ploch.
Obrázek 16 - Postoj při pilování
101
101
Docplayer : Výukový materiál pro žáky [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW:
46
Před rozdáním pilníků žákům a žákyním probereme zásady dodržování bezpečnosti při pilování. Především je to možnost říznutí se o ostré hrany plechu, zapíchnutí otřepu od pilování do ruky či špatně nasazená rukojeť pilníku. Nyní si můžeme rozdat výrobní výkresy, pilníky a vzít si svůj výrobek, který je uložen ve skříni. Během pilování opět procházíme dílnou a kontrolujeme, zda je způsob této technologie prováděn správně. Na pilník nesmí žákyně a žáci příliš tlačit, jinak dojde k propilování hrany a ta bude křivá. Po opilování ostrých hran se očištěné pilníky opět vrátí zpět do skříně s nástroji. Dalším krokem ve výrobě plechové krabičky je ohnutí vystřiženého a opilovaného tvaru na ohýbačce. Ohýbání je proces, při kterém je materiál trvale deformován do různých úhlů s určitým zaoblením hran. Při ohýbání budeme používat ruční ohýbačku, která má vrchní a spodní lištu mezi které je upínán ohýbaný plech (obrázek 16). Ohýbání umožňuje pákový mechanismus upevněný na spodní liště. Před ohýbáním nesmíme opět opomenout na bezpečnost při práci a dávat pozor, abychom si nesevřeli prsty mezi spodní a vrchní lištu ohýbačky a abychom nenechali ruce nebo prsty na liště při ohýbání.
Obrázek 17 - Ohýbání na ohýbačce
102
Nejdříve ohneme do pravého úhlu delší strany naší plechové krabičky. Poté si musíme dát do ohýbačky přípravky, které jsou vyšší, než je výška stěn krabičky. Tyto přípravky nám umožní ohnout i kratší strany, bez těchto přípravků bychom při upevňování do ohýbačky pomačkaly již ohnuté strany krabičky. Při ohýbání musíme počítat s určitým zaoblením hrany a dbát na správné přilehnutí stran k sobě bez velké mezery. Mají-li žáci a žákyně práci 102
Učíme v prostoru : Tváření [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW:
47
na ohýbačce hotovou proběhne kontrola, zda nám lícují všechny hrany naší krabičky, pokud ne je potřeba přečnívající hrany opilovat pilníkem. Po dokončení ohýbání a kontrole přejdeme s žáky a žákyněmi k vysvětlení a osvojení si nové technologie. Touto technologií bude vrtání na stolní vrtačce (obrázek 17), které patří mezi základní metody dělení materiálu.
Obrázek 18 - Stolní vrtačka
103
Principem technologie vrtání je odebírání třísky pomocí řezného nástroje v tomto případě vrtáku, který koná rotační pohyb (pohyb do řezu) a zároveň přímočarý pohyb ve směru osy nazývaný posuv, který je v našem případě ruční. Nejčastěji používaný je vrták šroubovitý, který má dva břity a skládá se z válcové nebo kuželové stopky pro upnutí do stroje, z drážky pro odvod odebírané třísky a přívod chladicí kapaliny, z fazetky pro vedení vrtáku a zmenšení tření a samotného ostří, které je umístěno na špičce. Před vrtáním je nutné si nejdříve správně orýsovat průsečík, kde bude vyhotovena díra. Tam, kde se nám průsečík protne, si vytvoříme střed díry. K tomuto vytvoření potřebujeme důlčík, na který udeříme kladivem. Vrtáme-li větší průměry děr, je nutné nejprve si díru předvrtat menším 103
Vrtačky.com : Stolní vrtačky [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: < http://www.vrtacky.com/stolnivrtacky/>
48
průměrem vrtáku, až poté vrtat průměrem větším. V našem případě předvrtání nebude potřeba. K vrtání se používají vrtačky s ručním pohonem, vrtačky ruční s elektrickým pohonem a vrtačky strojní, které většinou pohání elektromotor. Stolní vrtačka se skládá z elektromotoru, který pomocí řemene pohání vřeteno vrtačky, na kterém je umístěno sklíčidlo na upínání vrtáků. Dále je to páka pro ruční posuv, tlačítko k vypnutí a zapnutí vrtačky, stůl vrtačky, na kterém je umístěn svěrák pro upnutí obrobku. Před vrtáním musíme zdůraznit zásady bezpečnosti práce s vrtačkou. Žákům a žákyním hrozí především úraz otáčejícím se vřetenem vrtačky, při kterém může dojít k namotání špatně zapnutého oděvu. Dále je to poranění očí v důsledku odlétávajících třísek při vrtání, proto budou mít všichni žáci a žákyně při vrtání ochranné brýle. Po teoretické přípravě jsou žákům a žákyním rozdány nástroje potřebné k vrtání. Nejdříve si musí přesně orýsovat a označit střed vrtané díry důlčíkem, pak následuje upnutí krabičky do svěráku vrtačky, upnutí vrtáku do sklíčidla vrtačky a samotné provrtání stěn krabičky. Během vrtání dohlížíme na správný průběh operace. Ke konci hodiny si znovu zopakujeme nově nabité vědomosti, jako jsou principy dělení materiálu pomocí vrtání, základní části vrtáků a vrtaček, princip ohýbání plechu na ohýbačce. Na závěr uklidí žáci a žákyně své pracoviště, odevzdají výrobní výkresy a očištěné pracovní nástroje, uloží si svůj podepsaný výrobek do skříně. 1.3 Třetí dvouhodinový výukový blok Činnost Pozdravení s žáky Bezpečnost práce a bezpečnost na pracovišti Seznámení s náplní hodiny Opakování technologií potřebných pro výrobu Učení nové technologie potřebné pro výrobu Rozdání pomůcek potřebných k výrobě Samostatná práce žáků Zopakování nově získaných vědomostí Úklid Hodnocení výrobků Celkové shrnutí výroby
Časová dotace 1 min. 3 min. 5 min. 6 min. 10 min. 5 min. 40 min. 5 min. 5 min. 5 min. 5 min.
V úvodu hodiny se s žáky a žákyněmi opět pozdravíme. I v této hodině je kontrolováno, zda všichni striktně plní bezpečnostní pravidla, která jsou v dílnách stanovena. 49
Mezi tato pravidla nezbytně patří oděv s dlouhým rukávem, který nemá konce rukávů příliš široké a dlouhé, nejlepším oděvem je pracovní košile, dále je to pevná uzavřená obuv a kalhoty s dlouhými nohavicemi. Z důvodu prevence proti úrazu jsou při pracovní činnosti nepřípustné jakékoliv náramky, prstýnky, hodinky či jiné šperky na rukou. Opět žáky a žákyně seznámíme s náplní hodiny. V této hodině budeme pokračovat ve výrobě našich plechových krabiček, které máme rozdělané z minulých hodin. Nová technologie, kterou si v této hodině osvojíme a budeme se jí zabývat, je nýtování za pomoci nýtovacích kleští. Tuto technologii využijeme ke spojení stěn naší krabičky. Někteří žáci a žákyně budou ještě využívat technologii dělení materiálu vrtáním, kterou jsme probrali v minulé hodině pracovních činností. Protože některé žákyně a žáci v minulé hodině nestihli vyvrtat všechny potřebné otvory, je nutné nejdříve zopakovat základní pravidla a principy této technologie. Před vrtáním je nutné si nejdříve správně orýsovat průsečík, kde bude vyhotovena díra. Tam, kde se nám průsečík protne, si vytvoříme střed díry. K tomuto vytvoření potřebujeme důlčík, na který udeříme kladivem. K vrtání se používají vrtačky s ručním pohonem, vrtačky ruční s elektrickým pohonem a vrtačky strojní, které většinou pohání elektromotor. Stolní vrtačka se skládá z elektromotoru, který pomocí řemene pohání vřeteno vrtačky, na kterém je umístěno sklíčidlo na upínání vrtáků. Dále je to páka pro ruční posuv, tlačítko k vypnutí a zapnutí vrtačky, stůl vrtačky, na kterém je umístěn svěrák pro upnutí obrobku. Před vrtáním musíme zdůraznit zásady bezpečnosti práce s vrtačkou. Žákům a žákyním hrozí především úraz otáčejícím se vřetenem vrtačky, při kterém může dojít k namotání špatně zapnutého oděvu. Dále je to poranění očí v důsledku odlétávajících třísek při vrtání, proto budou mít všichni žáci a žákyně při vrtání ochranné brýle. Zároveň si také musíme vysvětlit a popsat principy nové technologie, kterou budeme v této hodině potřebovat ke spojení stěn krabičky. Nýtování je nerozebíratelné spojení více součástí. Spojovacím prvkem je nýt, v našem případě trhací (obrázek 18), který se vkládá do nýtovacích kleští.
50
Obrázek 19 - Trhací nýt
104
Nýtovací kleště se skládají z otočné hlavy, na které jsou umístěny čelisti, do kterých se vkládá nýt a ze dvou rukojetí. V součástech které chceme nýtováním spojovat, musí být vyvrtány průchozí díry, do nichž vložíme nýt. Náš trhací nýt se skládá ze dvou částí. První částí je tělo nýtu, které tvoří spoj a druhou částí trn nýtu, který se při nýtování utrhne a odpadává. Pro spojení trhacími nýty používáme nýtovací kleště. Do předvrtané díry vložíme tělo trhacího nýtu a trn uchopíme do čelisti nýtovacích kleští. Několikerým stisknutím rukojetí dojde k utržení trnu nýtu a spoj je zanýtovaný. Jako obvykle je nutné dodržovat základní pravidla bezpečnosti. Jde zejména o scvaknutí prstu mezi rukojeti kleští po utrhnutí trnu nýtu, nebezpečí odlétnutí utrženého trnu a následné poranění. Po zvládnutí teoretické části opět následuje rozdání výrobních výkresů a pracovních nástrojů potřebných k výrobě plechové krabičky. Někteří žáci a žákyně jak již bylo zmíněno, ještě dokončují vrtání otvorů pro nýty z minulé hodiny, jiní začínají nýtovat pomocí kleští. Během práce žáků a žákyň probíhá kontrola správnosti provádění jednotlivých technologií a dodržování bezpečnostních opatření. Po dokončení prací na výrobku si s žáky a žákyněmi zopakujeme nově nabité vědomosti, jako jsou principy dělení materiálu pomocí ručního stříhání plechu nůžkami, vrtání, ohýbání plechu na ohýbačce, nýtování. Žáci a žákyně uklidí své pracoviště, odevzdají výrobní výkresy a očištěné nástroje. Na závěr si také projdeme hotový výrobek. Dojde
104
Briol : Nýt 4x8 DIN 7337 Al/Al [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: < http://www.briol.cz/nyt-4-x8-din-7337-al-al
51
k ohodnocení každého výrobku, řekneme si, co nám dělalo při výrobě potíže, jak bychom se těmto problémům mohli vyvarovat.
52
IV.
ZÁVĚR Ve své závěrečné práci jsem se zabýval tématem historie, princip a využití technologií
řezání a dělení materiálu. Cílem této bakalářské práce bylo rozdělení a popsání základních technologií dělení kovových materiálů, neželezných kovových materiálů a jejich slitin a následné využití vybraných principů v praxi. Praktické využití teoretických znalostí jsem použil ve třech dvouhodinových výukových blocích pracovních činností. Tyto výukové bloky, které jsem didakticky zpracoval, jsou určeny pro sedmý až devátý ročník běžné základní školy. V teoretické části je stručně popsána historie dělení materiálu od doby kamenné po současnost a také vývoj a zdokonalování využívání kovů člověkem. Dále je teoretická část věnována základnímu rozdělení technologií využívaných při dělení kovových materiálů, neželezných kovových materiálů a jejich slitin. Tyto technologie jsou rozčleněny do čtyř hlavních skupin podle způsobu, jakým daný materiál dělíme (plastickou deformací, s úběrem materiálu, tavením a odpařováním, fyzikálně a chemicky). Následně jsou tyto skupiny rozděleny na určité podskupiny, které jsou podrobně popsány a uvedeny do praxe. Po shrnutí teoretických poznatků jsem se ve své bakalářské práci zaměřil na převedení vybraných znalostí z teoretické části do praxe. Vybrané znalosti jsem použil v didaktickém zpracování tří dvouhodinových vyučovacích bloků pracovních činností na běžné základní škole, které by měly žákům a žákyním sloužit k získání základních znalostí a dovedností v práci s kovy. Cílem těchto vyučovacích bloků je seznámit žáky a žákyně základní školy se základními postupy a technologiemi při práci s kovem a zhotovení si vlastního výrobku – plechové krabičky. Výstupem těchto tří dvouhodinových výukových bloků by měl být jedinec, který je schopen samostatně využívat základní postupy při práci na výrobku.
53
V.
RESUMÉ Tato bakalářská práce si klade za cíl vytvořit základní přehled technologií používaných
při dělení kovových materiálů, neželezných kovových materiálů a jejich slitin. Práce je rozdělena na teoretickou část, kde je stručně popsána historie a technologie dělení kovových materiálů, a část praktickou, kde jsou didakticky zpracovány tři dvouhodinové bloky pracovních činností, které jsou určeny žákům a žákyním sedmých až devátých tříd základní školy.
SUMMARY The thesis aims to develop a basic overview of technologies used for cutting metal materials, non-ferrous metal materials and alloys. The work is divided into a theoretical and a practical part. While the theoretical part describes the history and the technology of cutting metal materials, in the practical part are didactically processed three two-hours lasting teaching blocks of design and technology which are intended for the pupils of the seventh and ninth grades of the secondary school.
54
VI.
ZDROJE
LITERATURA MRKVICA, Miloš. Obrábění 1, 1. díl Obrábění nástroji s geometricky definovaným břitem. 1.vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská v Ostravě, 1993, 202 s. ISBN 80-7078-213-7. ŠTEFEK, Jan. Dílenské práce v 5. – 8. ročníku zvláštní školy. 1.vyd. Praha: SPN, 1992, 285 s. ISBN 80-04-24616-8. OEHM, Miloslav. Zámečnictví tradice z pohledu dneška. 1.vyd. Praha: Grada Publishing, 2005, 268 s. ISBN 80-247-1042-0. KMEC, Ján, Daniel KUČERKA, Miroslav GOMBÁR, Roman HRMO a Ľuba BIČEJOVÁ. Delenie Materiálov. 2.vyd. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2014, 287 s. ISBN 978-80-553-1872-1. DOBROVOLNÝ, Bohumil. Strojní zámečnictví, ruční obrábění kovů. 4.vyd. Praha: SNTL, 1967, 84 s. NOVOTNÝ, Josef, Zdeněk LANGER. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1980, 216 s. VIGNER, Miloslav, Zdeněk Přikryl. Obrábění. 1.vyd. Praha: SNTL, 1984, 808 s
ODKAZY NA OBRÁZKY ELUC : Sekání kovů [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: https://eluc.krolomoucky.cz/verejne/lekce/1859 Výukové materiály : Práce s nástroji [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: http://www.vyukovematerialy.cz/prace/rocnik6/ptm4.htm Technologie II : Technologie plošného tváření [online]. [cit. 2016-02-16]. Dostupné z WWW: http://www.ksp.tul.cz/cz/kpt/obsah/vyuka/skripta_tkp/sekce/06.htm#067 ELUC : Probíjení [online]. [cit. 2016-02-16]. Dostupné z WWW: https://eluc.krolomoucky.cz/verejne/lekce/1867 PePa. Český kutil.cz : Pilníky – 1. díl [online]. 2007. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.ceskykutil.cz/dilna/rucni-naradi/pilniky-1-dil#> NAKUPKA.cz : Pilka na kov [online]. 2000. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < https://www.nakupka.cz/vyrobek/pilka-na-kov-powerplus-vt32401/> FORTE-WESPA : Pilový pás [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.fortewespa.cz/?det=96-pila-pilov-ps-durotec-m51-27x0-9>
Nástroje nářadí.cz : Vrták s kuželovou stopkou [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.nastrojenaradi.cz/vrtak-s-kuzelovou-stopkou-prumer-18-hss-co> Nářadí Doležalova s.r.o. : Soustruh Optimum [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.narex-makita.cz/kovoobrabeci-stroje/soustruhy/optimum-d-320x920/> ZOZEI : Frézování [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://zozei.sssebrno.cz/frezovanirovinnych-ploch/> MT nástroje : Fréza nástrčná [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.mtnastroje.cz/i-zavitniky/eshop/43-1-Frezy-HSS-HSSE-a-HSSCo/960-3-Jemnozube/5/14026-Freza-PN222054-nastrcna-jemnozuba-HSSE-D160> MT nástroje : Fréza úhlová [online]. [cit. 2016-02-15]. Dostupné z WWW: < http://www.i-frezy.cz/ifrezy/eshop/11-1-Tvarove-kotoucove-frezy/54-3-Jednostranne-celni/5/1224-Freza-CSN22-2254uhlova-jednostranna-HSS-45-x40> Bystronic : Řezání vodním paprskem [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: http://www.bystronic.cz/cs/produkty/systemy_rezani_vodnim_paprskem/ Bystronic : Řezání vodním paprskem [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: http://www.bystronic.cz/cs/produkty/systemy_rezani_vodnim_paprskem/ Rostex : Nůžky na plech výstřihové [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: http://www.rostex.cz/eshop-nuzky-na-plech-vystrihove-250-mm-2344-504.html Docplayer : Výukový materiál pro žáky [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: http://docplayer.cz/41797-Vyukovy-material-pro-zaky.html Učíme v prostoru : Tváření [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: http://uvp3d.cz/drtic/?page_id=2924 Vrtačky.com : Stolní vrtačky [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: < http://www.vrtacky.com/stolni-vrtacky/> Briol : Nýt 4x8 DIN 7337 Al/Al [online]. [cit. 2016-02-21]. Dostupné z WWW: < http://www.briol.cz/nyt-4-x-8-din-7337-al-al
VII. SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 – Výrobní výkres
Příloha 1 – Výrobní výkres
