technickÁ dokumentace - kst.tul.cz · nástrojové uhlíkové oceli – obsah uhlíku je podle...

Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.

TECHNICKÁ DOKUMENTACE

Jan Petřík

2013

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

2

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

Technická Dokumentace


3

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 požadavkyna polotovar nebo výrobek



4

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/m3 (hliník, hořčík a jejich slitiny…)• Těžké kovy – nad 5kg/m3 (olovo, měď, cín a jejich litiny…)

• Ostatní konstrukční materiály• Plasty, dřevo, sklo, papír…..• Chladící a mazací látky, brusné prostředky….



5

Fyzikální vlastnosti konstrukčních materiálů• Hustota ρ=m/V [kg/m3]

• Teplota tavení a tuhnutí [C̊] – 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 energiikolik tepla projde stěnou za jednotku času, je-li rozdíl teplot 1K ; λ [W/K]

• Elektrická vodivost – schopnost látky vést elektrický proudvodič s odporem 1Ω má vodivost 1S ; G [S] (Siemens)

• Magnetické vlastnosti – chování v magnetickém polidiamagnetické – 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



6

Chemické vlastnosti konstrukčních materiálů

• Odolnost proti korozi – oxidace povrchu – kov ztrácí elektronyhmotnostní úbytek kovu na 1cm2 plochy za určitý čas

• Žáruvzdornost – schopnost materiálu odolávat opalu – oxidaci za vyšších teplot

• Žárupevnost – schopnost odolávat oplau při zachování si určitých mechanických vlastností



7

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



8

• Graf závislosti zatěžující síly na prodloužení resp. Závislosti napětí na relativním prodloužení se nazývá pracovní diagram



• Smluvní napětí σ je definováno podílem zatěžující síly a obsahu (nedeformovaného) průřezu

• Skutečné napětí σ’ je větší díky zmenšování plochy průřezupři deformaci

• σu mez úměrnosti U– lineární závislost pro Hookův zákon σ=Eε

• σe mez pružnosti E– vznik trvalých deformací

• σkt mez kluzu K – porušení strukturálních vazeb – trvalé deformace

• σpt mez pevnosti v tahu P – trvalé porušení materiálu

Pracovní diagram pro houževnatou ocel


9

• 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


10

• Míra bezpečnosti k a dovolené napětí σdt

σdt = σkt /k σkt je napětí na mezi kluzu

• Pro materiály, které nemají mez kluzu platí

σdt = σpt /k’ σpt je napětí na mezi pevnosti (k’ > k)

• Volba míry bezpečnosti je otázkou empirie získané provozem a zkušenosti konstruktéra




11

• U cyklicky namáhaných součástek (vibrace, rotace) může dojít k únavovým lomůmσ0c je napětí na mezi únavy

• Dovolené napětí σdt = σ0c /k resp. σdt = σN /k



Wohlerův diagram pro ocel a neželezné kovy


12

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 nástrojiposuzujeme nejen podle mechanických vlastností materiálu, ale i podle snadnosti oddělení třísky k materiálu nástroje a podle řezného odporuzkoušíme normalizovanými nástroji

• Kovatelnost – kujnost oceli – zpracovatelnost oceli za teplarozsah 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



13


• Technické železo

• Čisté železo je lesklý kov s hustotou 7 850kg/m3

• Teplota tavení je 1539C̊

• 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



14


• 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.


15


• 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



16

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)



17

Rozdělení ocelí

• Rozdělení ocelí podle účelu

Konstrukční oceli

používají se na stavební i strojní součásti, které musíbýt pevné, dostatečně houževnaté a odolné proti různýmdruhům 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 nebolegované a používají se především pro výrobu nástrojů

Musí splňovat požadavky kladené na nástroje a to jakruční, tak i strojní



18

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



19

Značení ocelí

• Třídy 10, 11



20

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.



21

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



22

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.



23

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.



24

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



25


• 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



26


• 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



27


• 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



28

Značení neželezných kovů



29

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 Al2O3

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/m3, smrštění při tuhnutí je 1,7%, teplota tavení 660 ºC.

• Pevnost v tahu je asi 40 až 70 MPa, tvrdost 15 až 23 HB.



30

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).



31

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.



32

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/m3, 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



33

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



34

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



35

Konstrukční polotovary - tyče



36

Konstrukční polotovary - profily



37

Třídy odpadu

• S ohledem na další zpracování kovového odpadu je nutné ocelový a litinový odpad třídit podle jeho chemického složení, které definují třídy odpadu



38

Konstrukční materiály a polotovary

• Seznam použitých norem

Literatura:

http://mail.sstzr.cz/web/download/cat1/strojirenska-technologie.pdfhttp:// fyzikalniolympiada.cz/texty/pruznost.pdf


CSN EN ISO 5261 / 00 (01 3142) Zjednodušené označování tyčí a profilů .

CSN 42 0030 / 94 (42 0030) Ocelový a litinový odpad.

ČSN EN 10027-1Systémy označování ocelí - Část 1: Stavba značek ocelí


Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

Děkuji za pozornost


technickÁ dokumentace - kst.tul.cz · nástrojové uhlíkové oceli – obsah uhlíku je podle...

Documents