MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
DIPLOMOVÁ PRÁCE
BRNO 2009
Bc. Lukáš Urban
1
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Spojování strojních součástí ve strojírenství DIPLOMOVÁ PRÁCE
Vedoucí práce:
Vypracoval:
doc. Ing. Josef Filípek, CSc.
Bc. Lukáš Urban
Brno 2009
2
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma spojování strojních součástí ve strojírenství vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne……………………………….
Podpis diplomanta………………………. 3
Poděkování
Rád bych touto cestou poděkoval panu doc. Ing. Josefu Filípkovi, CSc. Vedoucímu své diplomové práce, za poskytnuté materiály, jeho trpělivost a v neposlední řadě také ochotu při konzultacích. Dál bych chtěl poděkovat panu ing. Tippnerovi za asistenci při použití trhacího stroje pro zkoušky lepených spojů a celému ústavu techniky a automobilové dopravy za vědomosti, které jsem za svoji dosavadní dobu studia díky nim získal.
4
Anotace Cíl práce spočívá ve vytvoření interaktivních animací a instruktážních videosekvencí, které názorně vysvětlují pracovní postupy při nýtování a to i trhacími nýty, dále pak princip činnosti svařování v ochranné atmosféře plynu a obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu. K tomuto účelu jsem si zvolil animační program Macromedia Flash 8 Professional, o němž v této práci bude rovněž krátké pojednání. Další část práce se zaobírá experimentem vyhodnocení uživatelských lepidel v zátěžovém testu. Tento test nám osvětlí problematiku v oblasti tepelného působení na lepené spoje a vyhodnotí kvalitu a funkčnost lepidla v závislosti na zvyšující se teplotě. Výše uvedené postupy zde budou v jednotlivých sekvencích znázorněny obrázky s popisem, za jejichž pomoci bude objasněn průběh samotných animací. Názorné výukové animace a instruktážní videa jsou součástí práce a jsou přiloženy na CD, které je možno využít i jako funkční animovaný program a obohatit jím výukové osnovy MZLU. Annotation Purpose of this work is to create interactive animations and instructional videosequences, which clearly explains operative procedures while riveting and even with tear-off rivets, thereinafter a principle of welding in protective gas atmosphere and electrical arc welding with wolfram electrode in inert gas. For this purpose I did choose animation program Macromedia Flash 8 Professional which would be a short treatise about too in this work. Another part of this work disserts of experiment of evaluaation of user´s adhesives in ballast test. This tests would explain us the problemathic in the area of thermal effects on glued bonds and will evaluate a quality and functionality of adhessive in dependence to rising temperature.
Thereinbefore procedures would be represented here in single sequences by pictures with descriptions what would clear up the process of single animations themself. Schematic tutorial animations and instructional videos are a part of this work and are added on CD. They r also possible to been used as functional animated program and enrich curriculums at MZLU with them.
5
OBSAH 1. ÚVOD...................................................................................................................................................... 7 2. NÝTOVÁNÍ ............................................................................................................................................ 8 2.1 Nýty ....................................................................................................................................................... 8 2.2 Nářadí .................................................................................................................................................... 8 2.3 Podpěrný hlavičkář ................................................................................................................................ 8 2.4 Závěrný hlavičkář .................................................................................................................................. 8 2.5 Utahovák................................................................................................................................................ 8 2.6 Délka nýtů.............................................................................................................................................. 9 2.7 Postup při nýtování ................................................................................................................................ 9 2.7.3 Pěchování.......................................................................................................................................... 10 2.8 Nástroje................................................................................................................................................ 11 2.9 Závady nýtového spoje ........................................................................................................................ 11 3. TRHACÍ NÝT ....................................................................................................................................... 12 3.1 Ruční nýtovací kleště........................................................................................................................... 12 3.2 Trhací nýt se skládá ze dvou částí:....................................................................................................... 13 4. SVAŘOVÁNÍ........................................................................................................................................ 14 4.1 Svařování v ochranné atmosféře plynů ................................................................................................ 14 4.2 Obloukové svařování plněnou (trubičkovou) elektrodou..................................................................... 15 4.3 Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu ....................................................... 16 4.4 Ruční obloukové svařování.................................................................................................................. 17 5. CÍL PRÁCE ........................................................................................................................................... 18 6. MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ .......................................................................................... 18 6.1 Macromedia Flash 8 Professional ........................................................................................................ 19 7. VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUZE ...................................................................................................... 20 7.1 Nýtování .............................................................................................................................................. 20 7.2 Trhací nýt............................................................................................................................................. 22 7.3 Svařování v ochranné atmosféře plynu ................................................................................................ 24 7.4 Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu ....................................................... 26 7.5 Videosekvence ..................................................................................................................................... 28 8. EXPERIMENT ...................................................................................................................................... 29 8.1 Protokol o experimentu........................................................................................................................ 29 8.2 SEZNAM POUŽITÝCH LEPIDEL .................................................................................................... 30 8.2.1 Alteco 3Ton Epoxy (tuby 56g) ......................................................................................................... 30 8.2.2 UHU plus endfest 300 (25g stříkačky) ............................................................................................. 31 8.2.3 SAMSON SUPER GLUE PLAST PLUS ......................................................................................... 32 8.2.4 FIX ALL - Adhesive Sealant MS-polymer (290ml) ......................................................................... 33 8.3 Zkušební vzorek................................................................................................................................... 34 8.3.1 Náčrtek vzorku.................................................................................................................................. 34 8.3.2 Značení ............................................................................................................................................. 34 8.4 Muflová pec MP 05-1.1 ....................................................................................................................... 35 8.4.1 Základní řady muflových odporových pecí: ..................................................................................... 35 8.4.2 Technické parametry:....................................................................................................................... 36 8.5 Trhací stroj........................................................................................................................................... 37 8.5.1 Zkouška tahem (trhací) ..................................................................................................................... 37 8.6 Změna struktury lepených spojů.......................................................................................................... 38 9. VYHODNOCENÍ A DISKUZE ............................................................................................................ 39 9.1 Grafy .................................................................................................................................................... 41 9.2 Diskuze ................................................................................................................................................ 44 10. ZÁVĚR ................................................................................................................................................ 45 11. LITERATURA .................................................................................................................................... 46 12. Seznam obrázků:.................................................................................................................................. 47 13. Seznam grafů: ...................................................................................................................................... 48 14. Seznam tabulek:................................................................................................................................... 48
6
1. ÚVOD Spojování strojních součástí je velice rozsáhlou oblastí ve strojírenství. K tomuto účelu byly vytvořeny techniky a pracovní postupy, které vznikly již na samém počátku strojírenství. Tyto techniky prošly vývojem doby, avšak se stále používají. Jednou z nich je tzv. nýtovací technika, která představuje jeden z nejstarších pracovních postupů pro vytvoření nerozebíratelného spoje mezi dvěma konstrukčními díly. Již v ranné dějinné době se k nýtování používalo roztemování spojovacího kolíku pomocí těžkého předmětu (kladivo). V průběhu technické revoluce potom význam nýtování stále narůstal. Pracovník roztemoval nýty ručně, pomocí kladiva a hlavičkáře. Později se tváření uskutečňovalo pomocí lisu. Dnes se však dává častěji přednost modernímu pojetí spojování a to za pomocí svařování a lepení. Svařování zaznamenalo během posledních desetiletí obrovský pokrok. Je základem výroby dopravních prostředků a je v této oblasti stěží nahraditelné. Hlavní výhodou kromě mechanických kvalit a tepelné odolnosti spoje, zůstává rychlost spojováni. Mechanické spojování (nýtování, šroubové spoje) kovových plátů je dnes již v celé řadě případů nahrazeno svařováním, nebo lepením. Není divu, kromě finanční náročnosti mluví v jeho neprospěch i pevnostní charakteristiky. Při smykovém namáhání dochází k roztržení kovu v místě nýtu, což je u lepených spojů rozprostřených ve větší ploše nemožné. Naopak nýtové nebo šroubové spoje jsou nenahraditelné u konstrukčních spojů (stavební konstrukce apod.), tam nelze dosáhnout pevnějšího spojení jinou cestou. Ke zkouškám kvality mezi jednotlivými spoji se používají trhací stroje. Tyto zkoušky jsou základem mechanického zkoušení materiálu. Materiál zatěžujeme pozvolna bez rázu, a to buď pouze jednou, nebo zatěžování několikrát opakujeme. Základem těchto zkoušek jsou zkoušky pevnosti. Podle způsobu působení zatěžující síly rozdělujeme tyto zkoušky na:
zkoušky pevnosti
v
tahu,
tlaku,
ohybu,
krutu
a střihu.
Zkušební stroje jsou buď jednoúčelové (pro jeden druh zkoušek), nebo univerzální (pomocí
vhodných
přípravků
lze
provádět
7
různé
druhy
zkoušek).
2. NÝTOVÁNÍ Nýtování je klasická kovářská technika spojování dvou částí. V minulosti bylo používáno nejenom v kovářství, ale hlavně při stavbách všech ocelových konstrukcí, věží, mostů, kotlů a podobně. Nýty v kovařině plní funkci nejenom spojovací, ale i ozdobnou. Zatímco u stavebních a zámečnických konstrukcí se potkáte pouze s nýty s půlkulatou hlavou, případně zapuštěnými, protože tady je důležitá především pevnost spoje, v kovařině narazíte na nepřebernou škálu tvarů jak hlaviček, tak i celých nýtů. Nýtovat můžete tak, že vytvarujete precizní půlkulatou hlavu na obou stranách (za použití hlavičkářů), nebo hlavu tvarujete jen tak "z ruky" kladivem . v tom případě je hlava vyjádřením vaší osobní představy o tvaru, nikoli jen strojní součástí. Je nepochybně krásnější, ale i pečlivě provedená a přesná půlkulatá, nebo zdobená hlava má své opodstatnění. 2.1 Nýty Ocelové nýty (dříve velice rozšířený, dnes už poměrně vzácný sortiment železářských obchodů) koupíte ve dvou různých provedeních hlavy - se zapuštěnou a s půlkulatou hlavou, v různých průměrech a délkách až 10 mm. Nýty se prodávají vyžíhané, tedy měkké. 2.2 Nářadí Na nýtování potřebujete dva hlavičkáře: spodní - podpěrný a horní - závěrný. Samozřejmě kladivo a na utažení spojů před nýtováním - utahovák 2.3 Podpěrný hlavičkář - usazuje se do kovadliny, nebo svěráku a slouží k tomu, aby se hlava při nýtování nezdeformovala. Důlek v něm tedy odpovídá hlavě koupeného nýtu. 2.4 Závěrný hlavičkář je nástroj do ruky, nebo na násadě - tvaruje druhou, nově vytvořenou hlavu. 2.5 Utahovák, je trubkový nástroj o průměru nýtu, kterým se spasují dosedající části.
8
2.6 Délka nýtů - trefit správnou délku není jednoduché. Záleží jak na celkové síle nýtovaných materiálů, tak na velikosti a způsobu vytvoření otvoru pro nýt. Otvor musí být nepatrně větší, než je průměr nýtu, jinak skrz ní ohřátý nýt neprojde (ohřátí se zvětší). Pokud budete probíjet, pak zvolte průbojník co nejlépe odpovídající nýtu, nebo menší a použijte kalibrovací trn. Čím větší je otvor, než nýt, tím delší nýt potřebujete. Obecně by se dalo počítat s přesahem na vytvoření hlavy 1,6 - 1,8 násobkem průměru. Čím je otvor větší, tím více se musí nýt napěchovat, aby ji vyplnil. Nýt ale musí jít do otovoru zasunout lehce, s dostatečnou vůlí, žhavý nýt nelze narazit kladivem zdeformoval by se . 2.7 Postup při nýtování Při malém průměru nýtů je možné nýtovat za studena, bez ohřevu. Prodávané nýty jsou dostatečně měkké, proto lze hlavu tvarovat kladivem, nebo hlavičkářem i bez ohřevu. Podstatou nýtování za tepla je ale využití tepelné roztažnosti železa, respektive jeho smrštění po ochlazení. Spoj, který byl nýtován za tepla je pevnější, protože nýt se po vychladnutí nepatrně smrští, a tím přitáhne nýtované součásti pevněji k sobě. Vlastní nýtování vyžaduje ale rychlé provedení všech operací a tedy i pomocníka.
2.7.1 Ohřev nýtu - nýt je poměrně drobná součást, snadno se při ohřevu ztratí mezi uhlím, ohřejeme ho na povrchu žhavého uhlí. K jeho vyjmutí a nasazení se používají kleště s tenkými dlouhými čelistmi.
2.7.2 Nasazení a utažení - po ohřátí nastává boj s časem. Je - li to možné, spasujte a stáhněte dohromady svěrkou obě nýtované součásti. Horký nýt prostrčíte otvorem a položte na podpěrný hlavičkář. Nasadíte utahovák a jednou dvěma ranami na něj přitisknete nýtované součásti k sobě. Utahování nemá vcelku smysl u masivních součástí, kde síla úderu za studena nestačí na srovnání nýtovaných součástí. Naopak smysl má při nýtování plechů.
9
2.7.3 Pěchování - několika silnými údery kladivem - přesně v ose nýtu napěchujeme nýt a vytvoříme základ hlavy. Pokud napěchujeme hlavu křivě, jde to špatně opravit. Pozor na to, aby po úderu spodní hlava nevyskočila z hlavičkáře a dalším úderem se nezdeformovala - zkazilo by to vzhled.
2.7.4 Vykování hlavy - hlavu můžeme dotvarovat buď volně kladivem, kdy střídavě vedeme údery šikmo ze čtyř směrů. Pokud má mít hlava i svou funkci pevného konstrukčního spoje, měla by si zachovat i rozměry odpovídající strojně vyrobené půlkulaté hlavě. Rozměry hlav lze najít ve strojnických tabulkách. Závěrným hlavičkářem vytvarujeme hlavu půlkulatou, nebo takovou, jaký tvar hlavičkář má. Údery kladivem na hlavičkář musí být poměrně silné, nýt už většinou stačil dost vychladnout a tvarujeme poměrně velkou plochu najednou.
Ve strojírenství byly používány pneumatické nýtovačky - ruční stroje na tvarování hlav. Nýtování vytlačilo postupem doby svařování obloukem a šrouby, ale všechny historické ocelové stavby jsou spojeny tisíci nýty, většinou v několika řadách za sebou. Jak často se nýty používaly si uvědomíte, až se podíváte třeba na některý ze starých železničních mostů.
Dekorační funkce - nýtů je významným atributem kovaných výrobků. Hlava nýtu může být nenápadným prvkem na spoji dvou součástí, nebo naopak dominantním motivem celého výrobku. Jednak můžeme použít ozdobný hlavičkář a hlavy vytvarovat do hvězdic, květů....Nebo dáme přednost volnému ručnímu vykování hlavy. Není nutné se omezovat na prodávané nýty, ale můžeme vykovat nýty čtvercového, nebo obdélníkového průřezu, případně roznýtovat osazený trn přímo na konci spojované součásti. Zajímavým prvkem je nýt rozštěpený v jednom, nebo dvou směrech.
10
2.8 Nástroje - hlavičkáře by měly být vyrobeny z uhlíkové nástrojové oceli tř. 19, zakalené a popuštěné, obdobně jako zápustky, oblíky... Pokud nýtujete pár nýtů, vystačíte s uhlíkovou ocelí s 0,4 - 0,6% uhlíku (např.11 560 - Označení neberte doslova, je to jedna z možností - tohle je ocel použitelná na kladiva). Když nebudete mít nic jiného, poslouží i žebírková armovací ocel (roxor - chcete-li drát do betonu) o větším průměru, za které hlavičkář vykováme. S úspěchem lze využít staré kladivo, koupené v bazaru, které překováme na požadovaný tvar. Z oceli si nejprve vyrobte důlčík s pracovní plochou ve velikosti a tvaru hlavy nýtu, vykovejte vybruste a zakalte pracovní plochu Z nástrojové oceli, starého kladiva...(viz předchozí popis) vykovejte polotovar hlavičkáře, ohřejte pracovní část v co nejkratší délce na kovací teplotu a naražením důlčíku vytvarujte důlek pro hlavu nýtu - pracovní plochu. Nástroj dotvarujte a zakalte.
2.8.1 Ozdobný hlavičkář je nástroj do ruky, nebo na násadě - kterým se dává ozdobný tvar nově vytvořené hlavě. Pokud se do toho chcete pustit, musíte nejprve z kalitelné oceli (vyžíhané na měkko) vyrobit vzorovou hlavu - broušením, rytím,... takto vyrobenou matrici zakalíte a obtisknete - vyrazíte za tepla do budoucího hlavičkáře. Nakonec pracovní plochu takto vyrobeného nástroje zakalíte. 2.9 Závady nýtového spoje Během nýtování můžeme způsobit tyto závady: Nedostatečně stažený nýt, nedosednutí přípěrné hlavy, deformace nýtů z důvodu špatné souososti děr, pokřivení nýtu v důsledku malého průměru, šikmé napěchování nýtu, anebo plochá hlava v důsledku použití krátkého nýtu. Proto bychom měli provádět nýtování vždy pečlivě, spojované součásti by měly na sebe navzájem těsně přiléhat, otvory pro nýty musí být přesné a rovné, přiměřeného průměru, tak, abychom vytvořili kvalitní nýtový spoj.
11
3. TRHACÍ NÝT
obr. 1 Podrobný nákres trhacího nýtu
3.1 Ruční nýtovací kleště Nýtovat lze také pomocí nýtovacích kleští a nýtů s vnitřními hřeby. U tohoto způsobu nýtování pouze vložíte nýt do připravené díry, zasadíte trn nýtu do kleští a následným zmáčknutím kleští nýt zdeformujete, a tedy spojované plochy přinýtujete. Kleště se prodávají v mnoha provedeních vždy s několika nástavci různého průměru aby šly použít všechny typy trhacích nýtů. Nýtování pomocí kleští a trhacích nýtů je nejjednodušší a velmi účinné.
obr. 2 Ruční nýtovací kleště
12
3.2 Trhací nýt se skládá ze dvou částí: 1. Dutý nýt a. dosedací plocha hlavy, se nachází v místě dosedu na spojovaný materiál a je v průměru a formě variabilní, b. tělo nýtu, jeho síla a délka závisí na síle a materiálu nýtovaných dílů.
obr. 3 Nýt s plochou hlavou
obr. 4 Nýt se zapuštěnou hlavou
obr. 5 Nýt s velkou hlavou
2. Trn nýtu a. hlava trnu
má za úlohu deformovat tělo nýtu
jediná část trnu, která zůstává po zanýtování
b. místo záštipu
zde se trhá trn při ukončení deformace
c. odtržený trn
je část trnu, kterou nýtovací nářadí odstraní
obr. 6 Těla nýtů, různé druhy
obr. 7 Trhací nýty, různé druhy
13
obr. 8 Trhací nýty, různé použití
4. SVAŘOVÁNÍ 4.1 Svařování v ochranné atmosféře plynů Při svařování v ochranné atmosféře plynu (GMAW - Gas Metal Arc Welding, MIG Metal Inert Gas, MAG - Metal Active Gas) vzniká oblouk mezi nepřetržitým svařovacím drátem a svařencem. Oblouk a svarová lázeň jsou chráněny proudem inertního nebo aktivního plynu. Tato metoda se hodí pro většinu materiálů a přídavné materiály jsou k dispozici pro široký sortiment kovů. Svařování MIG/MAG je podstatně produktivnější než MMA, kde se produktivita ztrácí pokaždé, když svářeč zastaví, aby vyměnil spotřebovanou elektrodu. Při MMA vznikají také materiální ztráty při vyhazování nedopalků. Z každého kilogramu prodané obalené elektrody se asi jen 65 % stane součástí svaru (a zbytek se vyhodí). Používáním svařovacího a trubičkového drátu se účinnost zvýšila na 80 - 95 %. Svařování MIG/MAG je univerzální metoda, kterou je možno ukládat svarový kov ve větším množství a ve všech svařovacích polohách. Používá se pro svařování velmi lehkých až středně těžkých ocelových konstrukcí, pro svařování slitin hliníku a zvláště tam, kde se vyžaduje vysoký podíl ruční práce svářeče. Trubičkové dráty nalézají uplatnění především v těžkých ocelových konstrukcích.
obr. 9 Svařování v ochranné atmosféře plynů
14
4.2 Obloukové svařování plněnou (trubičkovou) elektrodou Pokud jde o práci a zařízení, je svařování trubičkovým drátem (FCAW - Flux Cored Arc Welding, dle normy správněji svařování plněnou elektrodou) velmi podobné svařování MIG/MAG. Nesvařuje se však plným drátem nebo elektrodou, ale je to kovový plášť vyplněný tavidlem. Na začátku výroby plněné elektrody (trubičkového drátu) je obvykle páska, která se nejdříve tvaruje do tvaru písmene "U", do ní se potom ukládá tavidlo a legující materiály a nakonec se páska v sérii formovacích kladek uzavírá.
Jako u svařování MIG/MAG závisí i tato metoda na ochranném plynu, který chrání svarovou oblast roztaveného kovu. Plyn se dodává buď samostatně (trubičkový drát je určen pro svařování v ochranné atmosféře) nebo vzniká rozkladem přísad z náplně (trubičkový drát s vlastní atmosférou). Kromě ochranného plynu produkuje trubičkový drát strusku, která slouží jako další ochrana při chladnutí svarového kovu a poté se z jeho povrchu odstraní.
obr. 10 Obloukové svařování plněnou (trubičkovou) elektrodou
15
4.3 Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu (GTAW - Gas Tunsten Arc Welding, TIG - Tungsten Inert Gas Welding, WIG Wolfram Inert Gas Welding) Je to metoda, při které oblouk hoří mezi základním materiálem a wolframovou elektrodou v ochraně inertního plynu a přídavný materiál je do oblouku podáván samostatně. Svařování TIG zajišťuje výjimečně čisté a vysoce kvalitní svary. Protože nevzniká žádná struska, je sníženo na minimum riziko vměstků ve svarovém kovu a hotové svary nevyžadují žádné čištění. Metodu TIG lze použít téměř pro všechny kovy a hodí se jak pro ruční, tak pro automatizované svařování. Nejvíce se užívá na svařování hliníku a nerezavějících ocelí, kde je absolutně nejdůležitější celistvost svaru. Této metody se široce používá k vysoce kvalitním spojům v nukleárním, leteckém, chemickém a potravinářském průmyslu.
obr. 11 Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu
16
4.4 Ruční obloukové svařování Ruční obloukové svařování (MMA - Manual Metal Arc Welding, SMAW - Shielded Metal Arc Welding) je nejstarší a nejuniverzálnější metoda z obloukového svařování.
Elektrický oblouk vzniká mezi koncem obalené kovové elektrody a svařencem. Roztavené kapky kovu z elektrody se přenášejí obloukem do svarové lázně a jsou chráněny plyny vznikajícími z rozkladu obalu, který je tvořen tavidly. Roztavená struska se dostává na povrch svarové lázně, kde během tuhnutí chrání svarový kov před přístupem atmosféry. Po svaření každé housenky je nutno strusku odstranit. Vyrábějí se stovky různých elektrod, často jsou legované, aby se prodloužila trvanlivost, pevnost a tažnost svaru. Tato metoda se nejčastěji používá při běžném svařování všech druhů svařitelných ocelí i neželezných kovů a pro navařování. I když je to metoda relativně pomalá z důvodu výměny elektrod a odstraňování strusky, zůstává jednou z nejflexibilnějších a její výhody vynikají v obtížně přístupných oblastech.
obr. 12 Ruční obloukové svařování
17
5. CÍL PRÁCE
Cílem práce je vytvoření interaktivních animaci ve vhodném animačním programu. Tyto animace následně poslouží k názornému vysvětlení principu funkčnosti řešené problematiky.
6. MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ Pro dosažení cíle své diplomové práce jsem si zvolil animační program Macromedia Flash 8 Professional. Kde za pomocí interaktivních animací vysvětlím pracovní postup při nýtování a to i trhacími nýty, dále pak princip činnosti svařování v ochranné atmosféře plynu a obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu.
obr. 13 Macromedia Flash 8 Professionál
Výsledkem práce bude funkční animovaný výukoví program na CD
18
6.1 Macromedia Flash 8 Professional Program Macromedia Flash 8 Professional je jedním z předních animátorských programů, který se používá v technické praxi ve firmách po celém světě a díky jeho přehlednému prostředí ( viz. Obr. 14 ) a širokému spektru použitelnosti např. (konstrukce webových stránek, interaktivní prezentace, interaktivní práce s hudbou, programovací jazyk ActionScript a práce s pseudo 3D prostředím a mnoho dalšího) je velice oblíben i u soukromých uživatelů. Tímto programem je možné tvořit jednoduché obrázky až po složité konstruktérské animace.
obr. 14 prostředí Macromedia Flash 8 Professional
19
7. VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUZE Výsledkem této diplomové práce jsou interaktivní animace, instruktážní video sekvence a vyhodnocení uživatelských lepidel v zátěžovém testu. Interaktivní program obsahující názorné výukové animace a instruktážní video, poslouží v budoucnu jako studijní materiál pro MZLU. Následující obrázky jsou určeny k podrobnějšímu rozvržení problematiky v jednotlivých bodech samotných animaci. 7.1 Nýtování 1) Příprava V této fázi si připravíme materiál tak, že přes sebe překryjeme dva plechy požadovaných rozměrů.
obr. 15 Příprava materiálu (nýtování)
20
2) Příprava V této fázi si připravíme materiál tak, že do něj vrtačkou vytvoříme otvor, požadovaných rozměrů.
obr. 16 Vrtání (nýtování)
3) Utažení Před samotným nýtováním je třeba za pomocí speciálního nástroje tzv. „utahováku“ materiál řádně utáhnout, tak aby plechy dokonale těsnily.
obr. 17 Utažení materiálu
4) Pěchování Za pomocí speciálního nástroje tzv. „hlavičkáře“ a kladiva tvarujeme hlavu nýtu do požadovaného tvaru.
obr. 18 Pěchování hlavičkářem
21
5) Pěchování Tento proces může být zdlouhavý, je zapotřebí několik dobře mířených úderů pro dosažení kvalitního spojení.
obr. 19 Pěchování hlavy nýtu
6) Spojení Docílili jsme požadovaného spoje. Na tomto obrázku je tento spoj znázorněn včetně popisků.
obr. 20 Nýtoví spoj
7.2 Trhací nýt
1) Příprava V této fázi si připravíme materiál tak, že přes sebe překryjeme dva plechy požadovaných rozměrů.
obr. 21 Příprava materiálu (trhací nýt)
22
2) Příprava V této fázi si připravíme materiál tak, že do něj vrtačkou vytvoříme otvor, požadovaných rozměrů.
obr. 22 Vrtání (trhací nýt)
3) Nýtování V první fázi nýtování vložíme do předpřipraveného otvoru tzv. „trhací nýt“ požadovaných rozměrů.
obr. 23 Nasazení trhacího nýtu
4) Nýtování Ve druhé fázi nasadíme nýtovací kleště a silně přitlačíme.
obr. 24 Nasazení ručních nýtovacích kleští
23
5) Nýtování Vlivem opakovaného stlačování kleští dochází k postupné deformaci pláště trhacího nýtu.
obr. 25 Pracovní proces nýtování (deformace pláště)
6) Spojení Dřík trhacího nýtu se oddělil a spojení je dokončeno. Na tomto obrázku je tento spoj znázorněn včetně popisků.
obr. 26 Nýtoví spoj (trhací nýt)
7.3 Svařování v ochranné atmosféře plynu
1) Příprava V této fázi si připravíme materiál tak, že k sobě přiložíme dva plechy požadovaných rozměrů.
obr. 27 Příprava materiálu ( svařování v ochranné atmosféře)
24
2) Svařování Za pomocí svářecího aparátu vytváříme tzv. „housenku“
obr. 28 Zahájení procesu svařování v ochranné atmosféře
3) Svařování Tento proces může být zdlouhavý, je zapotřebí, aby „housenka“ vedla po celé délce spojení pokud možno rovnoměrně, určuje nám mimo jiné i kvalitu spoje.
obr. 29 Finalizace procesu svařování v ochranné atmosféře
4) Svařenec Svařenec je spoj vzniklý vlivem sváření. Na tomto obrázku je znázorněno působení plynu a teplot při svařování.
obr. 30 Svařenec (Svařování v ochranné atmosféře)
25
4) Svařenec Svařenec je spoj vzniklý vlivem sváření. Na tomto obrázku je tento spoj znázorněn včetně popisků.
obr. 31 Svařování v ochranné atmosféře (včetně popisků)
7.4 Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu
1) Příprava V této fázi si připravíme materiál tak, že k sobě přiložíme dva plechy požadovaných rozměrů.
obr. 32 Příprava materiálu (wolframová elektroda v inertním plynu)
2) Svařování Za pomocí svářecího aparátu vytváříme tzv. „housenku“
obr. 33 Zahájení procesu svařování (wolframovou elektrodou)
26
3) Svařování Tento proces může být zdlouhavý, je zapotřebí, aby „housenka“ vedla po celé délce spojení pokud možno rovnoměrně, určuje nám mimo jiné i kvalitu spoje.
obr. 34 Finalizace svařování wolframovou elektroda v inert. plynu
4) Svařenec Svařenec je spoj vzniklý vlivem sváření. Na tomto obrázku je znázorněno působení plynu a teplot při svařováni.
obr. 35 Svařenec (wolframová elektroda v inertním plynu)
4) Svařenec Svařenec je spoj vzniklý vlivem sváření. Na tomto obrázku je tento spoj znázorněn včetně popisků.
obr. 36 Svařování wolframovou elektrodou v inert. plynu (popisky)
27
7.5 Videosekvence Instruktážní video sekvence jsou nedílnou součástí interaktivního programu přiloženého k diplomové práci na CD. Animace obsahují vrtání, nýtování a nýtování trhacími nýty, tento program bude do budoucna sloužit jako výukový program pro studenty naší univerzity MZLU. 1) Vrtání Na tomto videu je zachycen pracovní postup při vrtání na sloupové vrtačce.
obr. 37 Pracovní postup při vrtání
2) Nýtování Zde můžeme názorně vidět pracovní postup při nýtování klasickými nýty.
obr. 38 Pracovní postup při nýtování
3) Trhací nýt Pracovní postup nýtování trhacím nýtem a názorná ukázka operování s nýtovacími kleštěmi.
obr. 39 Práce s ručními nýtovacími kleštěmi
28
8. EXPERIMENT V další části práce se budu zabývat experimentem a zkouškou kvality lepených spojů běžně dostupnými uživatelskými lepidly. Tento test nám osvětlí problematiku v oblasti tepelného působení na lepené spoje a vyhodnotí kvalitu a funkčnost lepidla v závislosti na zvyšující se teplotě. Cílem pokusu je marketingový průzkum, kde za pomocí dostupných prostředků budeme posuzovat kvalitu lepidel různých značek v závislosti na jejich ceně a dostupnosti pro běžné uživatele. 8.1 Protokol o experimentu Pro experiment byly vybrány čtyři druhy lepidel, tyto lepidla jsou volně prodejná a k dispozici jsou i na objednání prostřednictvím internetových obchodů. Zakoupit si je tedy může doslova každý.
Dále jsme k experimentu potřebovali univerzální
odmašťovadlo a ochranné pomůcky jako jsou ochranné brýle a gumové rukavice. Jako zkušební vzorek jsme použili dva ocelové plechy o rozměrech 140 x 20 x 0,5 mm, tyto plechy byli překryty 60 mm2 lepeným spojem. Při samotném lepení byla dodržena veškerá bezpečnostní opatření a pracovní postup se shodoval s postupem uvedeným výrobcem. Od každého druhu lepidla bylo vyrobeno 9 vzorků. Vzhledem k tomu, že lepidlo č. 4 FIX ALL - Adhesive Sealant MS-polymer (290ml) bylo vyřazeno z pokusu následkem toho, že nesplnilo požadované adhezní vlastnosti. Vlivu působení zvýšených teplot v peci byly vystaveny pouze 3 zbylé druhy lepidel a to: lepidlo (č.1) 3 TON EPOXY adhesive, (č. 2) UHU PLUS and fest a lepidlo (č. 3) SAMSON Plast plus. 3 vzorky jsme ponechali za teploty okolí a pak po dvou se zahřívali na 50, 100, 150 o C, po té byly vzorky plynule ochlazovány na teplotu okolí. Vzorky se následně podrobily zátěžové zkoušce na trhacím stroji. Tahové zkoušce v trhacím stroji bylo tedy podrobeno celkem 27 vzorků z toho jeden vzorek se přetrhnul dříve než došlo k působení požadované síly potřebné pro záznam. Výsledné hodnoty tedy jsou naměřeny ve 26 případech a jako výstup následně vygenerovány číselné hodnoty znázorňující sílu a čas zátěže, tyto hodnoty byly zpracovány v programu Excel a výsledkem celého pokusu je 8 grafů, ze kterých je patrné, které lepidlo v zátěžové zkoušce obstálo nejlépe, při jaké teplotě došlo k největší degradaci.
29
8.2 SEZNAM POUŽITÝCH LEPIDEL 8.2.1 Alteco 3Ton Epoxy (tuby 56g)
popis Je dvousložkové epoxidové lepidlo s ocelovým plničem, je vhodné pro lepení a opravy kovů (ocel, litina, hliník, barevné kovy), dřeva, betonu, kamene, mramoru aj. Po vytvrzení se dá obrábět a natírat. Odolává vlhkosti, olejům, rozředěným kyselinám a louhům a mnoha rozpouštědlům. Není vhodné pro lepení PP, PE, teflonu a silikonu. Technické údaje cena s DPH: 63,00 Kč barvy: ocelovo-šedá poznámky:Technická data: Zpracovatelnost: 30min. Manipulační pevnost: 1,5 hod Funkční pevnost: 24 hod Tepelná odolnost: -30 st.C až +120 st.C Minimální pracovní teplota: +10 st.C Míchací poměr: 1:1 Smyková pevnost v tahu: 15 MPa
obr. 40 Alteco 3Ton Epoxy
Použití Typ pro opravy: nářadí, opravy praček, opravy karosérií, částí motorů aj. Technologie lepícího svařování za studena. Doporučená odmašťovadla: technický aceton, MEK, trichlóretylén (plasty alkohol, isopropanol).
30
8.2.2 UHU plus endfest 300 (25g stříkačky)
popis Je dvousložkové velmi pevné epoxidové lepidlo pro lepení kovů, dřeva, skla, keramiky, porcelánu, kamene, tvrdých plastů aj. (pozn. v Evropě nejvyhledávanější lepidlo zejména pro konstrukční spoje). Lepidlo odolává vlhkosti, olejům, rozředěným kyselinám a louhům a mnoha rozpouštědlům. Lepidlo není vhodné pro lepení PP, PE, teflonu a silikonu. Technické údaje cena s DPH: 119,00 Kč barvy :transparentní (mírně nažloutlé) poznámky:Technická data: Zpracovatelnost: 2 hod. Manipulační pevnost: 4 hod. Funkční pevnost: 24 hod. při 20 st.C Tepelná odolnost: od-60 do +80 st.C Minimální pracovní teplota: +10 st.C Pevnostní charakteristika: teplota čas vytvrzení pevnost 20 st.C 12hod. 12MPa 40 st.C 3Hod. 18Mpa 70 st.C 45min. 20MPa 100 st.C 10min. 25MPa 180 st.C 5min. 30Mpa Míchací poměr: cca 1:1 obr. 41 UHU plus endfest 300
Použití Typ pro lepení: hliníkové a ocelové konstrukční spoje, lepení termosetů (bakelit), strojní a elektrotechnické prvky.
31
8.2.3 SAMSON SUPER GLUE PLAST PLUS
popis Je speciální souprava vteřinového lepidla s aktivátorem pro lepení obtížně slepitelných plastů jako je PP, PE, silikon a také pro kombinační lepení s různými materiály jako jsou kovy, keramika, porcelán, dřevo, guma, kůže aj.
Technické údaje cena s DPH: 36,00 Kč barvy:Transparentní poznámky:Technická data: Manipulační pevnost: 5 min. Funkční pevnost: 24 hod. Tepelná odolnost: -20 st.C až +80 st.C Smyková pevnost v tahu: 6 - 9 MPa
obr. 42 SAMSON SUPER GLUE PLAST PLUS
Použití Typ pro lepení: domácí potřeby s PP, PE, zahradní nábytek, elektronika, počítače, aj.
32
8.2.4 FIX ALL - Adhesive Sealant MS-polymer (290ml)
popis Vysoce kvalitní, jednosložkový lepící tmel na bázi MS polymeru s vysokou pevností lepeného spoje. Chemicky neutrální, trvale elastický. Technické údaje cena s DPH: 190,00 Kč barvy:bílá, šedá, černá, hnědá, další odstíny na objednávku - báze: MS polymer - konzistence: stabilní pasta - vytvoření slupky: ca 10 minut (20 °C / 65% vlhkost) - rychlost polymerizace: ca 2 mm / 24 hodin (20 °C / 65% vlhkost) - pevnost v tahu (DIN 53504): 2,50 N/mm2 - modul pružnosti E 100 % (DIN 53504): 0,65 N/mm2 - objemové změny: žádné - teplotní odolnost: -40 °C až +90 °C (po vyzrání) - pracovní teplota: +1 °C až +30 °C - tvrdost: 45 +/- 5 Shore A obr. 43 Adhesive Sealant MSpolymer
Použití Tmelení a lepení stavebních prvků, tmelení částí podlah a spojů na stěnách s omezeným pohybem, spojování kovových plechů, tmelení strukturálních vibračních spojů, přetíratelné vyplňování prasklin a nerovností, lepení zrcadel a zrcadlových stěn na stěny apod. Pracovní postup Povrch: Čistý, bez prachu a mastnoty. Aplikujte pistolí, povrch tmele doporučujeme vyhladit mýdlovou vodou. Přetíratelnost tmele vyzkoušejte před hlavní aplikací na vzorku. Lepící tmel Fix All je vhodný také pro pružné montážní lepení neporézních materiálů jako jsou např. kombinace polystyrén - kov (např. izolace garážových vrat. aj.), kov - plast, kov - kov, plast - plast aj. Doporučení: Fix All je ideální přetírat již 30 min. po nanesení.
33
tab. 1 Rozměry zkušebního vzorku
8.3 Zkušební vzorek Materiál
n
Ocel 11373
27
1 část, 2 část délka šířka výška mm3 140
20
0,5
2800
Rozměry (mm) Kompletní vzorek Lepený spoj délka šířka výška mm3 délka šířka výška mm3 250
20
0,5
5000
30
20
1
8.3.1 Náčrtek vzorku
20
140
30 250
O,5
140
30 250
obr. 44 Náčrtek zkušebního vzorku
8.3.2 Značení Každý vzorek byl před vložením do muflové pece řádně označen. K tomuto účelu bylo použito raznicí o velikosti číslic a písmen 5 mm. Číselné označení je umístěno vždy na koncích obou části každého zkušebního vzorku zvlášť a znázorňuje druh použitého lepidla (1, 2, 3) „3 TON EPOXY adhesive, UHU PLUS and fest, SAMSON Plast plus“. Písmeno potom zkušební teplotu (A, B, C, D) „20, 50, 100, 150 oC“
obr. 45 Značení zkušebního vzorku
34
60
8.4 Muflová pec MP 05-1.1 • V laboratoři, dílně i ateliéru. • Termočlánky, regulátory teploty, topná tělesa, tepelné izolace. • Rekonstrukce muflových pecí LM. • Malé tepelné ztráty. • Nízký příkon. • Vysoké úspory při provozu.
obr. 46 Muflová pec a) zepředu, b) ovládací panel, c) tepelná komora
8.4.1 Základní řady muflových odporových pecí: tab. 2 Značení muflových odporových pecí
Typ
programovatelný regulátor
max. provozní teplota (°C)
termočlánek
MP 05-0.0
DR 1 K
1100
K
MP 05-0.1
DR 20 K
1100
K
MP 05-1.0
DR 1 S
1250
S
DR 20 S
1250
S
MP 05-1.1
35
8.4.2 Technické parametry:
Váha: 27 kg Vnitřní objem: 5 dm3 Vnitřní rozměry: výška 95 mm, šířka 170 mm, hloubka 320 mm Vnější rozměry: výška 500 mm, šířka 400 mm, hloubka 530 mm Příkon: 2,1 kW (230 V, 50 Hz). Pec je připojena 2 m dlouhým pohyblivým přívodem se zástrčkou 230 V/ 16 A. Všechny pece mají tepelnou ochranu. Každý program má elektronickou ochranu maximální teploty, při dosažení pracovní teploty akustický signál. Pece mají přesnou programovatelnou regulaci a malý spád teploty po celé délce mufle. Na objednání je možné dodat protokol o rozložení teploty v peci. Teplota se nastavuje po 1°C, čas po 1 min (až 9999). Nastavení času pro automatické zapnutí pece je v hodinách (až 499 hod.). Regulátor DR 1 má 1 program, 2 kroky pro teplotu a 2 kroky pro čas. Regulátor DR 20 má 20 programů, 20 kroků pro teplotu, 20 kroků pro čas a je možné ho připojit k počítači a zaznamenávat průběh ohřevu a chladnutí (tiskárna, disketa). Pec do teploty 1100°C má trvalou provozní teplotu 1100°C, plášťový termočlánek NiCr-Ni (typ K). Pec do teploty 1250°C má trvalou provozní teplotu 1250°C, platinový termočlánek PtRh-Pt (typ S) v keramické ochranné trubce.
36
8.5 Trhací stroj Jedná se o Univerzální zkušební stroj ZDM 5/51 (výrobce VEB z bývalé NDR), mechanický stroj s vývinem síly pomocí trapézového šroubu, zatížitelnost 50kN, rychlost pohybu příčníku až 20 mm/min. Modernizovan firmou TEMPOS: instrumentace pro snímání a ovládání stroje. Použitý software M-TEST. Stroj je při zkoušce ovládán výhradně prostřednictvím programu M-TEST na připojeném PC (start zkoušky, záznam a vyhodnocení veličin, ukončení zkoušky). Konfigurace při zkoušce: rychlost příčníku 6 mm/min, samosvorné tahové čelisti, předzatížení 10N, ukončení zkoušky při poklesu síly o 60 %
obr. 47 Trhací stroj a) tělo stroje, b) vkládání vzorku, c) upevněný vzorek
8.5.1 Zkouška tahem (trhací) ČSN 42 0310 - je nejrozšířenější statickou zkouškou. Je nutná téměř u všech technických materiálů. Díky ní získáme základní hodnoty potřebné pro výpočet konstrukčních prvků a volbu vhodného materiálu. Trhací zkouškou zjišťujeme pevnost v tahu, poměrné prodloužení, tažnost a zúžení (kontrakci) zkoušeného materiálu.
37
8.6 Změna struktury lepených spojů
Při vystavení vzorků vysokým teplotám došlo k jistým degenerativním procesům, které měly za následek změnu adhezních vlastností lepidel. V některých případech došlo i k vytvrzení lepidla a změny struktury, kterou je možné pozorovat na přetržených kusech. Na těchto snímcích jsou patrné změny struktur lepených spojů, vzniklých vlivem vystavení vysokým teplotám.
1A
2A
1B
3A
2C
3B
b)
a) 1C
2B
1D
3C
2D
3D
d)
c)
obr. 48 Změny struktur lepených spojů a) teplota okolí (20oC), b) 50oC, c) 100oC, d) 150oC
38
9. VYHODNOCENÍ A DISKUZE tab. 3 Orientační tabulka experimentu
Teplota
50 oC
100 oC
150 oC
A
B
C
D
1
1_A
1_B
1_C
1_D
2
2_A
2_B
2_C
2_D
3
3_A
3_B
3_C
3_D
Lepidlo
o
okolí 20 C
3 TON EPOXY adhesive UHU PLUS and fest SAMSON Plast plus
0
3 TON EPOXY adhesive (1) Teplota okolí 50 C 1A_1 1A_2 1A_3 1B_1 1B_2 3223,55 3117,1 3211,5 3371,3 3447,55
0
UHU PLUS and fest (2) Teplota okolí 50 C 2A_1 2A_2 2A_3 2B_1 2B_2 2970,2 797,95 2874,95 3067,4 3005,4
0
SAMSON Plast plus (3) Teplota okolí 50 C 3A_1 3A_2 3A_3 3B_1 3B_2 2638,65 1206,05 315,3 984,8 1053
Čas t[s]
100 C 1C_1 1C_2 1528,35 3404,25
150 C 1D_1 1D_2 3288,05 3067,65 R
Čas t[s]
100 C 2C_1 2C_2 2974,1 3143,65
150 C 2D_1 2D_2 3278,3 3312,35 R
Čas t[s]
100 C 3C_1 3C_2 119,55 618,65
150 C 3D_1 3D_2 48,9 R
3 TON EPOXY adhesive (1) Průměry R A 3184,05 2,653375 B 3409,425 2,841188 C 2466,3 2,05525 D 3177,85 2,648208
UHU PLUS and fest (2) Průměry R A 2214,367 1,845306 B 3036,4 2,530333 C 3058,875 2,549063 D 3295,325 2,746104
obr. 49 Pracovní prostředí Microsoft Office Excel 2003
39
SAMSON Plast plus (3) Průměry R A 1386,667 1,155556 B 1018,9 0,849083 C 369,1 0,307583 D 48,9 0,04075
1) Vzorky 1, 2, 3, za teploty okolí Na těchto grafech jsou uvedeny vzorky lepidel za teploty okolí ( 20
o
C ) Díky
křivce „1_A“ , která nám zobrazuje průměrnou hodnotu při všech teplotách můžeme určit, které lepidlo vykazuje nejlepší vlastnosti při teplotě okolí. 2) Vzorky 1, 2, 3, při teplotách 20, 50, 100, 150 o C Na těchto grafech jsou uvedeny vzorky lepidel za teploty okolí ( 20 o C ) dále pak při zvýšených teplotách ( 50, 100, 150 o C ) Jsou zde barevně vyobrazeny a následně popsány křivky pro každý jednotlivý zkušební vzorek zvlášť. 3) Vzorky 1, 2, 3, při teplotách 20, 50, 100, 150 o C (Průměry) Na tomto grafu jsou uvedeny vzorky lepidel za teploty okolí ( 20 o C ) dále pak při zvýšených teplotách ( 50, 100, 150 o C ) Jsou zde barevně vyobrazeny a následně popsány sloupce. Díky těmto sloupcům, které nám zobrazují průměrné hodnoty při všech teplotách můžeme určit, které lepidlo vykazuje nejlepší vlastnosti pro každou výše uvedenou teplotu zvlášť. 4) Chování lepidel 1, 2, 3, při teplotách A, B, C, D (Průměry) Na těchto grafech jsou uvedeny vzorky lepidel za teploty okolí ( 20 o C ) dále pak při zvýšených teplotách ( 50, 100, 150 o C ) Jsou zde barevně vyobrazeny a následně popsány sloupce. Díky těmto sloupcům můžeme určit, které lepidlo vykazuje nejlepší vlastnosti a která teplota degradovala adhezní vlastnosti lepidel nejvíce.
40
9.1 Grafy
1) Vzorky 1, 2, 3, za teploty okolí 1, A 3500 3000
Síla (N)
2500
1A_1
2000
1A_2 1500
1A_3 1000 500 0 0
20
40
60
80
100
120
Čas (s)
graf. 1 Křivky chování lepeného spoje při 20 o C 3 (TON EPOXY adhesive) 2, A 3500 3000
Síla (N)
2500 2A_1
2000
2A_2 1500
2A_3
1000 500 0 0
20
40
60
80
100
120
Čas (s)
graf. 2 Křivky chování lepeného spoje při 20 o C (UHU PLUS and fest) 3, A 3000 2500
Síla (N)
2000 3A_1 1500
3A_2 3A_3
1000 500 0 0
10
20
30
40
Čas (s )
graf. 3 Křivky chování lepeného spoje při 20 o C (SAMSON Plast plus)
41
2) Vzorky 1, 2, 3, při teplotách 20, 50, 100, 150 o C 1, ABCD 3500
1A_1
3000
1A_2
Síla (N)
2500
1A_3 1B_1
2000
1B_2 1500
1C_1 1C_2
1000
1D_1 500
1D_2 0 0
20
40
60
80
100
120
Čas (s)
graf. 4 Souhrnný přehled chování lepidla TON EPOXY adhesive při různých teplotách 2, ABCD 3500 3000
2A_1 2A_2
2500 Síla (N)
2A_3 2B_1
2000
2B_2 1500
2C_1 2C_2
1000
2D_1 2D_2
500 0 0
20
40
60
80
100
120
Čas (s)
graf. 5 Souhrnný přehled chování lepidla UHU PLUS and fest při různých teplotách 3, ABCD 3000 2500
3A_1 3A_2
Síla (N)
2000
3A_3 3B_1
1500
3B_2 3C_1
1000
3C_2 500
3D_1
0 0
10
20
30
40
Čas (s)
graf. 6 Souhrnný přehled chování lepidla SAMSON Plast plus při různých teplotách
42
3) Vzorky 1, 2, 3, při teplotách 20, 50, 100, 150 o C (Průměry) Průměry 3
2,5
2 R [MPa]
20 oC 50 oC
1,5
100 oC 150 oC
1
0,5
0 1
2
3
graf. 7 Vliv zvyšující se teploty na adhezni vlastnosti lepidel
4) Chování lepidel 1, 2, 3, při teplotách A, B, C, D (Průměry)
4000 3500 3000
F (N)
2500 3 Ton EPOXY adhesive (1) 2000
UHU and fest (2) SAMSON Plast plus (3)
1500 1000 500 0 1
A
2
B
3
4
C
D
graf. 8 Vliv zvyšující se teploty na degradaci lepeného spoje
43
9.2 Diskuze Na základě údajů získaných z trhacího stroje a jejich následnému zpracování do grafické podoby požadovaných hodnot, bylo zjištěno několik závěrů. 1) Za teploty okolí ( 20 o C) vykazovalo nejlepší vlastnosti lepidlo 3 TON EPOXY adhesive (č.1) přetrženo při síle ( 3223,5 N) Lepidla UHU PLUS and fest (č. 2) síla (2970,2 N) a SAMSON Plast plus (č. 3) síla (2638,65 N) byla vyhodnocena jako lepidla vhodná pro využití ve spojování za standardních podmínek. 2) Při průběhu zatížení vzorků vystavených vlivům různých teplot bylo zjištěno, že lepidla (č. 1 a č. 2) vykazují podobné vlastnosti, kdy s grafu č.3 je patrné že 3 TON EPOXY adhesive vykazuje přibližně stejné adhezní vlastnosti ve všech teplotních podmínkách, zatímco lepidlo UHU PLUS and fest se dokonce vlivem zvyšující se teploty vytvrzuje a jeho adhezní vlastnosti vzrůstají. U lepidla (č. 3) dochází u zvýšených teplot k naprosté degradaci lepeného spoje. Toto lepidlo bylo vyhodnoceno jako zcela nevyhovující pro použití spoje vystavovanému nestandardním teplotám. 3) Kvalitativní pořadí lepidel je následující, ve všech teplotách nejlépe obstálo lepidlo EPOXY adhesive (č.1)
toto lepidlo vydrželo průměrné zatížení silou
(3059,406 N) jako druhé lepidlo schopné snášet vystavení vysokým teplotám bylo vyhodnoceno UHU PLUS and fest (č. 2) maximální síla při přetržení (2901,242 N) Lepidlo SAMSON Plast plus (č. 3) síla (705,8917 N) bylo shledáno jako zcela nevyhovující pro použití spoje vystavovanému nestandardním teplotám, avšak vhodné pro spoje za standardních podmínek. 4) Lepidlo č. 4 FIX ALL - Adhesive Sealant MS-polymer (290ml) bylo z experimentu vyřazeno. Navzdory tomu, že byla dodržena veškerá kritéria pro použití uvedená výrobcem, jsou adhezní vlastnosti lepidla vyhodnocena jako zcela nevyhovující pro lepení kovových spojů, či oceli.
44
10. ZÁVĚR
Strojírenství je oblast širokých možností, studií a zkoumání, já jsem si pro svojí diplomovou práci vybral jednu z nich a to spojování strojních součástí. V tomto nemalém odvětví jsem se blíže zaobíral nýtovými spoji a to i trhacími nýty, dále pak svařováním v ochranné atmosféře plynu a obloukovým svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu. Pomocí animačního programu Macromedia Flash 8 Professional jsem poté tyto principy činnosti názorně vysvětlil a vytvořil interaktivní animace, které budou součástí výukového programu přiloženého k samotné práci na CD. Toto CD, jehož součástí budou i instruktážní video sekvence vrtání, nýtování a trhacích nýtů, bude do budoucna sloužit jako výukový program pro studenty naší univerzity MZLU a tím tato práce bude přispívat ke zvyšující se úrovni našeho školství. V druhé části práce, kde se zabývám experimentem kvalitativního srovnání adhezních vlastností lepidel při nestandardních teplotách, bylo zjištěno následující: Chování lepidel po vystavení teplotnímu zatížení v Muflové peci, je přibližně stejné nezávisle na
o
C. Spíše než teplota rozhodovala kvalita, adhezní vlastnosti lepidel a
lidský faktor chyby kterému se při lepení většího množství součástí jen stěží ubráníme. Z hlediska subjektivního marketingového průzkumu kdy: ceny lepidel s DPH: Alteco 3Ton Epoxy (tuby 56g) [63,00 Kč]; UHU plus endfest 300 (25g stříkačky) [119,00 Kč]; SAMSON SUPER GLUE PLAST PLUS [36,00 Kč], Z pohledu poměru kvality a ceny bylo zjištěno, že cena nemusí vždy znamenat kvalitnější výrobek. U lepidel rozhoduje i celá řada dalších faktorů, jako je například použití, rychlost tuhnutí, barva, trvanlivost a výrobce. Všechny tyto výše zmíněné aspekty bychom při výběru vhodného lepidla měli zvážit, cena je pouze jedním z nich.
45
11. LITERATURA
[ 1 ] Doubravský, Miroslav. Technologie slévání, tváření a svařování, 2. vyd. Brno: VUT, 1985. 246 str.
[ 2 ] Prošek, Jiří -- Kratochvíl, Pravoslav, Rototizace obloukového svařování, 1. vyd. Praha: Komise Čes.rady ČSVTS pro automat.a robotizaci, 1987. 173 str. Ediční řada A+R. [ 3 ] Blake, B., Sahlin, D., Macromedia Flash MX 2004, Softpress Praha 2004, ISBN 80-86-497-78-x, 471 str.
[ 4 ] Melezínek, Otakar, Lepení kovů ve strojírenství, 1. vyd. Praha: SNTL, 1961. 118 str. Knižnice strojírenské výroby. [ 5 ] Kovačič, Ĺudomír, Lepenie kovov a plastov, 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1980. 389 str. Edícia chemickej literatúry. [ 6 ] Kochman, Josef, Části strojů. Díl I : Spojování částí strojů a spojovací části,1. vyd. Praha: Nakladatelství ČSAV, 1956. 343 str. Česká matice technická. [ 7 ] VÁVRA, P. -- KŘÍŽ, R. Strojírenská příručka (8. sv). Praha: Scientia, 1988. 246 str. ISBN 80-7183-054-2. [ 8 ] KOCMAN, K. Aktuální příručka pro technnický úsek. Praha: Verlag Dashofer, 1999. 1 sv. ISBN 80-902247-2-5. [ 9 ] ABC Lepidla http://www.abclepidla.cz/
[ 10 ] ESAB, Svařování a řezání http://www.esab.cz/
[ 11 ] MODDING.CZ svět casemoddingu http://www.modding.cz
46
12. Seznam obrázků: obr. 1 Podrobný nákres trhacího nýtu ......................................................................................... 12 obr. 2 Ruční nýtovací kleště........................................................................................................ 12 obr. 3 Nýt s plochou hlavou ........................................................................................................ 13 obr. 4 Nýt se zapuštěnou hlavou ................................................................................................. 13 obr. 5 Nýt s velkou hlavou .......................................................................................................... 13 obr. 6 Těla nýtů, ruzné drhy ........................................................................................................ 13 obr. 7 Trhací nýty, různé druhy................................................................................................... 13 obr. 8 Trhací nýty, různé použití................................................................................................. 13 obr. 9 Svařování v ochranné atmosféře plynů............................................................................. 14 obr. 10 Obloukové svařování plněnou (trubičkovou) elektrodou ............................................... 15 obr. 11 Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu .................................. 16 obr. 12 Ruční obloukové svařování ............................................................................................ 17 obr. 13 Macromedia Flash 8 Professionál................................................................................... 18 obr. 14 prostředí Macromedia Flash 8 Professional.................................................................... 19 obr. 15 Příprava materiálu (nýtování) ......................................................................................... 20 obr. 16 Vrtání (nýtování) ............................................................................................................ 21 obr. 17 Utažení materiálu............................................................................................................ 21 obr. 18 Pěchování hlavičkářem ................................................................................................... 21 obr. 19 Pěchování hlavy nýtu...................................................................................................... 22 obr. 20 Nýtoví spoj...................................................................................................................... 22 obr. 21 Příprava materiálu (trhací nýt)........................................................................................ 22 obr. 22 Vrtání (trhací nýt) ........................................................................................................... 23 obr. 23 Nasazení trhacího nýtu.................................................................................................... 23 obr. 24 Nasazení ručních nýtovacích kleští................................................................................. 23 obr. 25 Pracovní proces nýtování (deformace pláště) ................................................................. 24 obr. 26 Nýtoví spoj (trhací nýt)................................................................................................... 24 obr. 27 Příprava materiálu ( svařování v ochranné atmosféře) ................................................... 24 obr. 28 Zahájení procesu svařování v ochranné atmosféře ......................................................... 25 obr. 29 Finalizace procesu svařování v ochranné atmosféře....................................................... 25 obr. 30 Svařenec (Svařování v ochranné atmosféře)................................................................... 25 obr. 31 Svařování v ochranné atmosféře (včetně popisků) ......................................................... 26 obr. 32 Příprava materiálu (wolframová elektroda v inertním plynu) ........................................ 26 obr. 33 Zahájení procesu svařování (wolframovou elektrodou) ................................................. 26 obr. 34 Finalizace svařování wolframovou elektroda v inert. plynu........................................... 27 obr. 35 Svařenec (wolframová elektroda v inertním plynu) ....................................................... 27 obr. 36 Svařování wolframovou elektrodou v inert. plynu (popisky) ......................................... 27 obr. 37 Pracovní postup při vrtání............................................................................................... 28 obr. 38 Pracovní postup při nýtování .......................................................................................... 28 obr. 39 Práce s ručními nýtovacími kleštěmi .............................................................................. 28 obr. 40 Alteco 3Ton Epoxy......................................................................................................... 30 obr. 41 UHU plus endfest 300..................................................................................................... 31 obr. 42 SAMSON SUPER GLUE PLAST PLUS....................................................................... 32 obr. 43 Adhesive Sealant MS-polymer ....................................................................................... 33 obr. 44 Náčrtek zkušebního vzorku ............................................................................................ 34 obr. 45 Značení zkušebního vzorku ............................................................................................ 34 obr. 46 Muflová pec a) zepředu, b) ovládací panel, c) tepelná komora ...................................... 35 obr. 47 Trhací stroj a) tělo stroje, b) vkládání vzorku, c) upevněný vzorek ............................... 37 obr. 48 Změny struktůr lepených spojů a) teplota okolí (20oC), b) 50oC, c) 100oC, d) 150oC .. 38 obr. 49 Pracovní prostředí Microsoft Office Excel 2003 ............................................................ 39
47
13. Seznam grafů: graf. 1 Křivky chování lepeného spoje při 20 oC 3 (TON EPOXY adhesive) ........................... 41 graf. 2 Křivky chování lepeného spoje při 20 oC (UHU PLUS and fest).................................... 41 graf. 3 Křivky chování lepeného spoje při 20 oC (SAMSON Plast plus) ................................... 41 graf. 4 Souhrnný přehled chování lepidla TON EPOXY adhesive při různých teplotách.......... 42 graf. 5 Souhrnný přehled chování lepidla UHU PLUS and fest při různých teplotách............... 42 graf. 6 Souhrnný přehled chování lepidla SAMSON Plast plus při různých teplotách .............. 42 graf. 7 Vliv zvišující se teploty na adhezni vlastnosti lepidel ..................................................... 43 graf. 8 Vliv zvišující se teploty na degradaci lepeného spoje ..................................................... 43
14. Seznam tabulek: tab. 1 Rozměry zkušebního vzorku............................................................................................. 34 tab. 2 Značení muflových odporových pecí................................................................................ 35 tab. 3 Orientační tabulka experimentu ........................................................................................ 39
48
