TECHNICKÁ DOKUMENTACE Jan Petřík 2013 Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.
Obsah přednášek 1. Úvod do problematiky tvorby technické dokumentace 2. Technické zobrazování 3. Kótování 4. Přesnost rozměrů-toleranční soustava 5. Konstrukční materiály a polotovary 6. Moderní metody tvorby technické dokumentace DfX 7. Správa technické dokumentace 2
Konstrukční materiály, polotovary a třídy odpadu Předpis výrobku, jeho polotovaru a materiálu musí v konstrukční dokumentaci jednoznačně specifikovat danou položku Toto označení lze zapsat jako úplné (v rozsahu předepsaném pro daný prvek) nebo jako zkrácené Úplné označení výrobku (jeho části nebo polotovaru) zpravidla obsahuje tyto údaje: Název jednoduché a charakteristické pojmenování, písemné, písmeno číselné nebo grafické vyjádření typu Charakteristické rozměrové údaje nebo hodnoty měřících jednotek, dokument blíže specifikující danou položku Označení materiálu polotovaru číselné, písmeno číselné nebo slovní Označení dokumentu, kterým se doplňují požadavky na polotovar nebo výrobek 3
Konstrukční materiály Konstrukční materiály jsou všechny materiály vyskytující se ve strojírenské a jiné výrobě Dělení konstrukčních materiálů Železné kovy Kujné do 2,14% uhlíku Ocel Temperovaná a tvárná litina Nekujné nad 2,14% uhlíku Litina Surové železo Neželezné kovy Lehké kovy do 5kg/m 3 (hliník, hořčík a jejich slitiny ) Těžké kovy nad 5kg/m 3 (olovo, měď, cín a jejich litiny ) Ostatní konstrukční materiály Plasty, dřevo, sklo, papír.. Chladící a mazací látky, brusné prostředky. 4
Fyzikální vlastnosti konstrukčních materiálů Hustota ρ=m/v [kg/m 3 ] Teplota tavení a tuhnutí [ C] změna skupenství Délková a objemová roztažnost Υ [K -1 ] Teplota + roztažení Teplota smrštění Při odlévání (ocel 1 639 C) dochází ke změně objemu Měrná tepelná kapacita c [J/kg].K množství tepla nutné k ohřátí 1kg látky o 1K Tepelná vodivost schopnost přenášet tepelnou energii kolik tepla projde stěnou za jednotku času, je-li rozdíl teplot 1K ; λ [W/K] Elektrická vodivost schopnost látky vést elektrický proud vodič s odporem 1Ω má vodivost 1S ; G [S] (Siemens) Magnetické vlastnosti chování v magnetickém poli diamagnetické zesilují mag. pole (měď, stříbro, rtuť ) paramagnetické nepatrně zesilují mag. pole (hliník, platina..) feromagnetické Měkké zmagnetizují a po zániku pole mizí i magnetizace Tvrdé ponechávají si magnetické účinky 5
Chemické vlastnosti konstrukčních materiálů Odolnost proti korozi oxidace povrchu kov ztrácí elektrony hmotnostní úbytek kovu na 1cm 2 plochy za určitý čas Žáruvzdornost schopnost materiálu odolávat opalu oxidaci za vyšších teplot Žárupevnost schopnost odolávat oplau při zachování si určitých mechanických vlastností 6
Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů Mechanické vlastnosti materiálu lze spolehlivě určit jen experimentálně základní statickou zkouškou tahem Tyč je napínaná v hydraulickém trhacím stroji pozvolna rostoucí silou až dojde k jejímu protržení Měří se velikost síly a dopovídající prodloužení Zkouška musí probíhat za přesně stanovených podmínek daných závaznou normou Zkušební tyče jsou normalizovány ; mívají zpravidla kruhový průřez Pracovní délka tyče l vyznačená ryskami 7
Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů Graf závislosti zatěžující síly na prodloužení resp. Závislosti napětí na relativním prodloužení se nazývá pracovní diagram Pracovní diagram pro houževnatou ocel Smluvní napětí σ je definováno podílem zatěžující síly a obsahu (nedeformovaného) průřezu Skutečné napětí σ je větší díky zmenšování plochy průřezu při deformaci σ u mez úměrnosti U lineární závislost pro Hookův zákon σ=eε σ e mez pružnosti E vznik trvalých deformací σ kt mez kluzu K porušení strukturálních vazeb trvalé deformace σ pt mez pevnosti v tahu P trvalé porušení materiálu 8
Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů Zkouška na tlak u houževnatých ocelí stejná jako na tah Křehké materiály výrazně větší pevnost v tlaku Úplné pracovní diagramy pro houževnatou ocel a šedou litinu 9
Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů Míra bezpečnosti k a dovolené napětí σ dt σ dt = σ kt /k σ kt je napětí na mezi kluzu Pro materiály, které nemají mez kluzu platí σ dt = σ pt /k σ pt je napětí na mezi pevnosti (k > k) Volba míry bezpečnosti je otázkou empirie získané provozem a zkušenosti konstruktéra 10
Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů U cyklicky namáhaných součástek (vibrace, rotace) může dojít k únavovým lomům σ 0c je napětí na mezi únavy Dovolené napětí σ dt = σ 0c /k resp. σ dt = σ N /k Wohlerův diagram pro ocel a neželezné kovy 11
Vlastnosti konstrukčních materiálů Technologické Svařitelnost schopnost materiálu vytvořit ze dvou částí nerozebíratelný celek některým způsobem tavného, tlakového nebo jiného svařování Slévatelnost musí mít kov určený k odlévání Obrobitelnost chování materiálu při obrábění řeznými nástroji posuzujeme nejen podle mechanických vlastností materiálu, ale i podle snadnosti oddělení třísky k materiálu nástroje a podle řezného odporu zkoušíme normalizovanými nástroji Kovatelnost kujnost oceli zpracovatelnost oceli za tepla rozsah kujnosti je tím větší čím vzniknou větší deformace bez vzniku trhlinek Zkouška pěchováním za studena čistota polotovaru k výrobě nýtů, hřebíku apod. materiál vyhovuje, když při pěchování nevzniknou trhlinky 12
Vlastnosti konstrukčních materiálů Technické železo Čisté železo je lesklý kov s hustotou 7 850kg/m 3 Teplota tavení je 1539 C Čisté železo se nepoužívá, největší význam má jako sloučenina s uhlíkem a dalšími prvky Uhlík mění podstatně vlastnosti železa Kujné do 2,14% uhlíku Ocel Temperovaná a tvárná litina Nekujné nad 2,14% uhlíku Litina Surové železo 13
Vlastnosti konstrukčních materiálů Výroba technického železa Výroba probíhá ve vysokých pecích (40m) redukcí železných rud a je výchozí surovinou pro výrobu ocelí nebo litin Železné rudy jsou horniny, ve kterých je obsaženo železo ve formě oxidů železa. Pro zpracování ve vysoké peci jsou nejvýznamnější tyto železné rudy: Magnetovec obsahuje železo v podobě oxidu železnato-železitého (Fe3O4). Je šedé až černé barvy, je magnetický a patří mezi nejbohatší rudy na železo, obsahuje 40 až 70 % Fe. Krevel je v podstatě oxidem železitým (Fe2O3), má červenou barvu a obsahuje 35 až 60% Fe, málo fosforu a manganu. Hnědel obsahuje železo ve formě oxidu železa s různým obsahem vody. Obsahuje 30 až 45 % Fe, má hnědou až žlutohnědou barvu. Ocelek je to v podstatě uhličitan železnatý (FeCO3), bývá bílé až žluté barvy a obsahuje 25 až 40 % Fe, málo fosforu a manganu. 14
Vlastnosti konstrukčních materiálů Výroba ocelí Ocel se získává přetavováním surového železa a snižováním obsahu uhlíku (teploty nad 1600 C) Do roztaveného surového železa se vhání kyslík nebo vzduch obohacený kyslíkem dochází k chemické reakci a surové železo se zbavuje nežádoucích prvků jako jsou síra a fosfor, současně dochází ke snižování obsahu uhlíku (pod 2,14 %C) zkujňování železa Ocel se převážně vyrábí v těchto pecích Konvertor princip spočívá v tom, že se do roztaveného surového železa vhání kyslík, který snižuje nežádoucí prvky obsažené v surovém železe. Siemens Martinské pece princip výroby spočívá v tom, že surové železo a ocelový odpad se zkujňuje v SM pecích, kde zdrojem tepla jsou především předehřáté plyny. Elektrické obloukové pece zde se vyrábějí velmi kvalitní oceli. Teplo se zde získává hořením elektrického oblouku mezi elektrodami a vsázkou materiálu, čímž dochází k natavování vsázky 15
Rozdělení ocelí Výrobního procesu Martinská ocel Elektroocel Kyslíková ocel Účelu použití Konstrukční Nástrojová Zpracování K tváření Na odlitky Chemického složení Uhlíková ocel (nelegovaná) Slitinová ocel (legovaná) 16
Rozdělení ocelí Rozdělení ocelí podle účelu Konstrukční oceli používají se na stavební i strojní součásti, které musí být pevné, dostatečně houževnaté a odolné proti různým druhům namáhání, otřesům, rázům apod. Mohou být buď nelegované (oceli třídy 10, 11, 12) nebo legované (oceli třídy 13, 14, 15, 16, 17). Nástrojové oceli oceli třídy 19 jsou také buď nelegované nebo legované a používají se především pro výrobu nástrojů Musí splňovat požadavky kladené na nástroje a to jak ruční, tak i strojní 17
Značení ocelí Oceli se značí podle normy značkou Základní značka je pětimístné číslo, k němuž se mohou po oddělení tečkou přidat dvě doplňkové číslice První číslice je vždy 1 značí ocel k tváření 18
Značení ocelí Třídy 10, 11 19
Značení ocelí Třídy 12 až 16 Třetí číslice udává u ušlechtilých uhlíkových a nízkolegovaných ocelí součet průměrného obsahu přísad jednotlivých přísadových prvků kromě uhlíku v procentech zaokrouhlený na celé číslo U ocelí třídy 12 (jsou uhlíkové) je tedy třetí číslice 0 Čtvrtá číslice udává průměrný obsah uhlíku v desetinách procent, je-li obsah uhlíku větší než 0,9%, je čtvrtá číslice 0. 20
Značení ocelí Třídy 17 - oceli vysokolegované Třetí číslice udává přísadovou skupinu, např. číslo 2 značí, že se jedná o oceli chrómniklové Čtvrtá číslice vyjadřuje obsah přísadových prvků Pátá číslice je pořadová 17 0xx oceli chromové 17 1xx oceli chromové s dalšími přísadovými prvky (Al, Mo, Ni) 17 2xx oceli chromniklové, případně stabilizované Ti, Nb 17 3xx oceli chromniklové, případně stabilizované Ti, Nb s dalšími přísadovými prvky Mo, V, W, 17 4xx oceli manganochromové a manganochromniklové 17 5xx oceli niklové 17 6xx oceli manganové 17 7xx, 17 8xx, 17 9xx volné 21
Značení ocelí Třídy 19 u této třídy rozlišujeme oceli uhlíkové a legované Legované dále mohou být nízkolegované, střednělegované vysokolegované. Slitinové přísady dávají ocelím určité vlastnosti. 22
Značení ocelí Třídy 19 Nástrojové uhlíkové oceli obsah uhlíku je podle požadované pevnosti oceli a pohybuje se od 0,5 do 1,5 %C Kalením se u těchto ocelí dosahuje vysoké tvrdosti Kalení se provádí ve vrstvě 2 až 3 mm, jádro zůstává houževnaté To je výhoda proti ocelím slitinovým, kde přidáním určitých prvků se sice zvyšuje tvrdost oceli, ale zároveň je ocel křehká. Nástrojové oceli nízkolegované obsahují obvykle karbidotvorné prvky např. Cr nebo W a to kolem 1 až 2 %. Tyto prvky vytvářejí sloučením s C karbidy, které zvyšují řezivost oceli. Jako karbidotvorné prvky se mohou dále použít Mn, Si apod. Pro zjemnění zrna se přidává do oceli 0,5% vanadu. Vysokolegované oceli obsahují kolem 10 % slitinových prvků, někdy i více Slitinové přísady odpovídají požadovaným vlastnostem. 23
Slitiny železa na odlitky Slitiny železa na odlitky se dělí především podle vylučování uhlíku. Jedná se o tyto druhy slitin železa na odlitky: temperovaná litina tvárná litina ocel na odlitky šedá litina Slitiny železa na odlitky se značí šestimístnou základní značkou a případně dvěma doplňkovými číslicemi. První dvojčíslí je vždy 42 a značí třídu norem hutnictví 24
Slitiny železa na odlitky Druhé dvojčíslí určuje druh slitiny železa na odlitky Třetí dvojčíslí slitiny určuje přesněji vlastnosti slitin železa na odlitky a to: u nelegované šedé litiny, u litiny temperované, u nelegované tvárné litiny a u uhlíkové oceli na odlitky udává přibližnou pevnost v tahu v 10 MPa u ostatních slitin železa na odlitky charakterizuje typ slitiny, zejména vlastnosti a chemické složení 25
Slitiny železa na odlitky První doplňková číslice za tečkou označuje stav slitiny - tepelné zpracování 1x xxx.0 tepelně nezpracovaný 1x xxx.1 normalizačně žíhaný 1x xxx.2 žíhaný s uvedením druhu žíhání 1x xxx.3 žíhaný na měkko 1x xxx.4 kalený nebo kalený a nízko popouštěný 1x xxx.5 normalizačně žíhaný a popouštěný 1x xxx.6 zušlechtěný na dolní pevnost obvyklou u příslušné oceli 1x xxx.7 zušlechtěný na střední pevnost obvyklou u příslušnéoceli 1x xxx.8 zušlechtěný na horní pevnost obvyklou u příslušné oceli 1x xxx.9 Stavy po tepelném zpracování, které nelze označit čísly 1 až 8 26
Slitiny železa na odlitky Druhá doplňková číslice určuje technologii odlévání a to: 0 do pískových forem 1 staticky do kovových forem (kokil) 2 odstředivé lití 3 skořepinové lití 4 přesné lití 5 podle zvláštních ujednání 27
Značení neželezných kovů 28
Hliník a jeho slitiny je nejrozšířenějším kovem v přírodě Čistý hliník se v přírodě nevyskytuje, vyskytuje se pouze ve sloučeninách, ze kterých se získává Hliník se vyrábí z bauxitu a to ve dvou fázích. Nejprve se chemickou cestou z bauxitu získá čistý oxid hlinitý Al 2 O 3 a z něho se pak elektrolýzou vyrobí hliník o čistotě asi 99,5% (může se získat i hliník o čistotě 99,8%). Tento hliník se odlévá do tvaru housek, bloků, ingotů nebo desek. Hustota hliníku je 2 700 kg/m 3, smrštění při tuhnutí je 1,7%, teplota tavení 660 ºC. Pevnost v tahu je asi 40 až 70 MPa, tvrdost 15 až 23 HB. 29
Hliník a jeho slitiny Čistý hliník má omezenou slévatelnost, dobrou hájitelnost a velmi dobrou odolnost proti korozi a povětrnostním vlivům. Obrobitelnost hliníku je špatná, neboť se maže. Nejčastěji se používají slitiny hliníku. Nejrozšířenější tvářenou hliníkovou slitinou je dural (Al Cu4 Mg číselné značení 42 4201). Používá se jako konstrukční materiál při stavbě letadel, kolejových vozidel, automobilů apod. Požadujeme-li větší pevnost, používá se dural s vyšším obsahem hořčíku. Jedná se pak o superdural (Al Cu4 Mg1 číselné značení 42 4203). 30
Hoččík a jeho slitiny Hořčík je stříbrobílý až šedý kov, tažný, slévatelný, v suchém prostředí stálý, ve vlhkém prostředí se pokrývá vrstvou oxidu. Snadno podléhá chemickým vlivům. Vyznačuje se snadnou zápalností a slučivostí s kyslíkem. Teplota tavení je 650 ºC, hoří oslnivě bílým plamenem. Slitiny hořčíku patří mezi nejlehčí slitiny neželezných kovů. Nejznámější hořčíkovou slitinou je elektron (slitina hořčíku se 4 až 11 % Al, 1,5% Zn a 0,5 % Mn, s malým množstvím Si. Elektron se používá jak k tváření, tak i k výrobě odlitků litím do pískových forem, kokil a k tlakovému lití na slévacích strojích. Pevnost těchto slitin je až 300 MPa. 31
Měď a její slitiny Měď se vyrábí ze sirných rud sulfidů. Měď se zpracovává hlavně tvářením nad teplotou 650 ºC. Při odlévání se z mědi uvolňují plyny, takže odlitek je pórovitý. Měď také špatně teče a tím i špatně vyplňuje formu. Měď má hustotu 8 960 kg/m 3, teplotu tavení 1 083 ºC, pevnost 220 MPa a tvrdost 50 HB. Obrábí se špatně, neboť se maže. Lze ji dobře pájeta svařovat. Slitiny mědi se v podstatě rozdělují do dvou hlavních skupin a to: 1. bronzy slitiny mědi s cínem a jinými kovy, 2. mosazi slitiny mědi se zinkem 32
Konstrukční polotovary Výchozí polotovary pro výrobu: Hutní polotovary Zhotovené z určitých kovů tvářením do různých tvarů, především trubky, tyče, plechy apod. Lze přednostně určit grafickou značkou průřezu, jmenovitými rozměry průřezu, délkou a číslem normy polotovaru Odlitky, výkovky, výlisky Jejich tvar je blízký hotovému výrobku V dokumentaci se identifikují označením modelu, zápustky (kovová forma pro výkovky), vstřikovací formy 33
Konstrukční polotovary Zjednodušené označování tyčí a profilů (ISO 657) Příklad značení tyče profilu L s rozměry 50x50x4mm a délce 2000mm TYČ L ISO 657-1 -50 x 50 x 4 2000 Grafické označení smí být nahrazeno zkráceným označením L 50 x 50 x 4-2000 34
Konstrukční polotovary - tyče 35
Konstrukční polotovary - profily 36
Třídy odpadu S ohledem na další zpracování kovového odpadu je nutné ocelový a litinový odpad třídit podle jeho chemického složení, které definují třídy odpadu 37
Konstrukční materiály a polotovary Seznam použitých norem CSN EN ISO 5261 / 00 (01 3142) Zjednodušené označování tyčí a profilů. CSN 42 0030 / 94 (42 0030) Ocelový a litinový odpad. ČSN EN 10027-1 Systémy označování ocelí - Část 1: Stavba značek ocelí Literatura: http://mail.sstzr.cz/web/download/cat1/strojirenska-technologie.pdf http:// fyzikalniolympiada.cz/texty/pruznost.pdf 38
Děkuji za pozornost Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.