2. Tehnologino oblikovanje zavarenih konstrukcija

Ovdje e biti rijei o osnovnim principima u oblikovanju zavarenih konstrukcija u strojogradnji. Treba napomenuti da su zavarene konstrukcije u gradnji elinih nosivih konstrukcija, kotlova i posuda pod tlakom u pogledu prorauna, a dijelom i oblikovanja, obuhvaene posebnim tehnikim propisima i standardima koji se moraju rabiti pri projektiranju , nadzoru i izradi tih konstrukcija u zavarenoj izvedbi.

Utjecajni faktori

Konstruktor e malo kada zavarenu konstrukciju moi, potpuno samostalno optimalno oblikovati. Za to su potrebna opsena znanja iz razliitih podruja:- tehnologije zavarivanja- poznavanje materijala- ispravnog tehnologinog oblikovanjaStoga je potrebna suradnja konstruktora i inenjera zavarivanja iz podruja konstrukcija, kao i tehnologija iz pogona za zavarivanje, a od konstruktora se zahtjeva oblikovanje i gradnja zavarene konstrukcije koja e osigurati:- visoku pouzdanost i postojanost oblika- najmanji utroak materijala- najnie trokove izrade- estetikuVeliki broj konstruktora esto se koncentrira iskljuivo na funkciju stroja ili ureaja te u fazi projektiranja i kasnije konstrukcijske razrade ne uzima dovoljno u obzir pravila ispravnog tehnologinog oblikovanja zavarenih konstrukcija.Zavarena konstrukcija bit e neprikladna i skupa, ako funkcija zahtjeva takvo konstrukcijsko oblikovanje koje bez daljnjeg onemoguava uporabu valjanih profila, cijevi ili limenih ploa. Meutim. ako je rije o sloenoj izvedbi koja se moe ostvariti samo pomou puno preoblikovanja ili pomou puno sitnih dijelova i puno zavarivakog rada, rjeenje treba potraiti u kompletnoj lijevanoj izvedbi ili kombinaciji lijevanja i zavarivanja.Kod zavarenih konstrukcija veoma vanu ulogu ima i pravilan izbor materijala . Osim funkcionalnih zahtjeva konstruktor mora ponajprije uzimati u obzir i zavarivost koritenog materijala. Pri tome se ne smije zanemariti injenica da se danas meusobno mogu zavarivati razni materijali, to se esto dogaa pri reparaturnom zavarivanju. Uzimajui u obzir sve mogunosti oblikovanih rjeenja, te pravilan izbor materijala i postupaka zavarivanja predstavlja jamstvo za optimalno rjeenje.Za proraun i dimenzioniranje zavarenih konstrukcija rabe se pravila i zakoni ope nauke o vrstoi, a ukupna naprezanja kojim je izloena zavarena konstrukcija svode se na presjek zavara. Za preteno statiki optereene konstrukcije proraun sigurnosti izraava se prema Re, a kod dinamikih optereenja proraun i dimenzioniranje se provodi prema trajnoj vrstoi, odnosno dinamikoj izdrljivosti.

Dinamika izdrljivost zavarenih spojeva

Statika vlana vrstoa (Rm) zavarenih spojeva ispitivanjem na kidaliciDinamika izdrljivost D zavarenih spojeva ispitivanjem na odgovarajuim strojevima za dinamiko ispitivanje

Veina strojarskih konstrukcija u eksploataciji optereena je dinamikiOva optereenja razliito utjeu na D zavarenih spojevaD je mjerodavna za dimenzioniranje dinamiki optereenih zavarenih spojevaVeliki broj zavarenih konstrukcija u svom radnom vijeku nije izloena broju promjena koje odgovaraju DTe strojne dijelove i konstrukcije treba dimenzionirati prema vremenskoj vrstoi, odnosno prema izdrljivosti koja odgovara stvarnom broju promjenaUestalost pojedinih veliina momenta i sila pri dinamikom optereenju moe biti razliit u odreenom vremenskom periodu

Smithov dijagram dobiven iz veeg broja Woehlerovih krivulja, konstantne amplitude za razliite vrijednosti srednjeg naprezanja

D gotovo oblikovanog strojnog dijela je nia od podataka iz Smithovog dijagrama za probnu epruvetu, a za zavarene konstrukcije i do 80%

Utjecaj zareza na D

Faktor koncentracije naprezanja

Faktor zarenog djelovanja

Raspodjela naprezanja: a) u palici sa zarezom b) u palici sa vie uzastopnih zareza

Moe se zakljuiti da na visinu D gotovo oblikovanog strojnog dijela openito utjee:- jaina zareznog djelovanja izazvana koncentracijom naprezanja- u velikoj mjeri moe se utjecati na visinu D ispravnim konstrukcijskim oblikovanjem- D gotovo oblikovanih strojnih dijelova bitno se razlikuju od D probne epruvete jer uvelikeovisi od naina oblikovanja konstrukcije- konstruktor je taj od ijeg poznavanja zakonitosti koje vrijede za dinamika optereenja ovisidirektno visina ostvarene D gotovo oblikovanog strojnog dijela ili zavarene konstrukcije

Kod zavarenih spojeva snienje D je izazvano zerenim djelovanjem samog zavara.Pa razlikujemo:- unutranje zareze (pore, ukljuci plinova, korijen zavara, mjesta prekida elektroda)- vanjske zareze (krajnji krateri, ugorine, prijelazi dodatnog na osnovni materijal)

Za objanjenje pojedinih utjecaja na D zavarenih spojeva treba razlikovati sljedee:- utjecaj zavarivanja kao tehnologije nerastavljivog spajanja- utjecaj oblikovanja zavarenih spojeva- utjecaj materijala- utjecaj greaka pri zavarivanju- utjecaj preostalih zaostalih napetosti- utjecaj krutosti konstrukcije

AD 1.TEHNOLOGIJA

Smithovi dijagrami tlano vlanih dinamikih izdrljivosti plosnatih probnih palica od materijala 0362 s navarom i obraenim navarom

Valja uoiti da zavar nije nosiv, dolo je do snienja D za priblino 32%

Skica neobraenog vara i obraenog vara

Slika prikazuje kako e puknuti palica kad je ona zavarena. Ako palica ima manji presjek u nekom dijelu lom e nastupiti na tom dijelu, a ako je presjek jednak cijelom duinom lom e nastupiti na mjestu vara.Utjecaj zareza Vrna naprezanjaStatiki optereeni sueoni zavari

Iz rezultata ispitivanja slijede zakljuci:- Re za 0362 i 0562 ostale nepromijenjene prema nezavarenoj probnoj epruveti- DI i DN sueono zavarene probne epruvete, mnogo je nia kod zavarene nego kod nezavareneprobne epruvete- Pad DI i DN zavarene epruvete od materijala 0562 mnogo je vei nego od materijala 0362,razlog tome je u veoj zareznoj osjetljivosti materijala viih mehanikih osobinaGreke u zarezu tu osjetljivost (zareznu) potenciraju

Kod obraenog zavara:DI i DN su neznatno nii kod zavarenih i obraenih probnih epruveta u odnosu na nezavareneVee snienje D je kod 0562 (10%)Razlog obradom uklonjeni najvei utjecajizareznih djelovanja

AD 2. OBLIK ZAVARENOG SPOJA

Ispitivanja D preklopnih probnih palica pokazala su da za odnos presjeka:AZAV = 2ATAPA dolazi do pucanja tapa u presjeku I IAZAV = ATAPA pucali su zavariZa dimenzioniranje se preporuuje: AZAV = 1.3ATAPAPoveanjem razmaka L raste i opteretivost spoja (bolji tok sila manje, blae lomljenje silnica)

Sile djeluju okomito na duinu zavaraTok vlanih sila lomi se vrlo snano s velikim vrnim naprezanjima u korjenu zavara.F1 - vlanoF2 - savojnoUzrok niskih vrijednosti D neobraenog kutnog zavara:- lo tok linija sila- zarezno djelovanje u korjenu zareza- greke kod prijelaza s dodatnog naosnovni materijal

T spojevi:a) s udubljenim zavarom i tokom linija silab) K zavar s procjepom fc) K zavar bez procjepa

T spoj s udubljenim zavarom daje vee vrijednosti D nego T spoj s ravnim tjemenomK spoj s procjepom irine f neto je bolji, ali u procjepu poinje lom radi umornostiK spoj provaren najbolji, do lomova dolazi na mjestu prijelaza na osnovni materijal mjesto ugorina

DI za provaren K spoj za 0362 iznosi prema rezultatima pokusa 150 160 N/mm2 to se veoma pribliava DI sueonog spoja s V zavaromKod isto sminog naprezanja neznatna je razlika izmeu prikljuaka zavarenih K zavarom i preklopnog spoja s kutnim zavarom. Povoljan tok sila K zavara ovdje se gubi.

AD 3. MATERIJAL

Kod statikih optereenja raste opteretivost zavarenih spojeva s porastom Re , odnosno Rm . elici viih mehanikih svojstava imaju i viu Re i viu Rm , ali su oni posebno visokovrijedni (legirani) u pravilu osjetljiviji

Velika razlika u statikoj vrstoi:

Rm=840 N/mm2 ; CrMoZrRm=520 N/mm2 ; 0562Rm=370 N/mm2 ; 0362

Razlika se smanjuje u podruju DI , da bi u podruju DN postale jo manje:

; CrMoZr ; 0562 ; 0362

Legirani CrMoZr elik s vrlo visokom Re i Rm u odnosu na konstrukcijski elik ima samo 25% veu DI , 22% veu DN

Rm, DI i DN za CrMoZr su se smanjile u odnosu na nezavarenuDi i DN su se jo vie pribliile konstrukcijskim elicima (dijagram je postao ui)

; CrMoZr ; 0562 ; 0362

Utjecaj materijala na dinamiku izdrljivost glatkih probnih palicaUtjecaj materijala na dinamiku izdrljivost suelno zavarenih probnih palica

Utjecaj materijala na dinamiku izdrljivost suelno zavarenih i obraenih probnih palica

Nakon svega reenog moe se zakljuiti:Kod statikih optereenih zavarenih spojeva raste opteretivost s porastom Re elika viihmehanikih svojstavaKod dinamiki optereenih zavarenih spojeva NE raste vrijednost D proporcionalno s porastom Re elika viih mehanikih svojstavaelici viih mehanikih svojstava su zarezno osjetljiviObraeni sueoni V zavar od 0562 ima veu D od obraenog V zavara iz legiranog elika CrMoZrkod zarezno osjetljivih neobraenih zavara, a posebno kod kutnih zavara gotovo da nema razlike u vrijednostima D izmeu pojednih vrsta materijalaPrednost elika viih mehanikih svojstava dolazi do izraaja samo kod statikih optereenjaMaterijali viih mehanikih svojstava gube kod dinamikih optereenih zavarenih konstrukcija svoja dobra mehanika svojstva zbog zareznog djelovanja zavara

AD 4. UTJECAJ GREAKA

Vanjske greke: ugorine, krajnji krateri, prijelazi s osnovnog na dodatni materijalUgorine kao osnovna vanjska greka imaju kod statikog optereenja vrlo mali ili gotovo nikakav utjecaj. Dublje ugorine prestavljaju vee greke zavarivanja pa ih i kod statikih optereenja valja izljebiti i ponovo zavaritiZarezno djelovanje ugorina izaziva veliki pad dinamike izdrljivosti. Ugorine koje su kod statikih optereenja jo dopustive snizuju D kod sueonih spojeva i do 50%. Ako se ugorine izbruse uz kontinuirani prijelaz pa i smanjenje presjeka 3 5%, ostvaruju se visoke vrijednosti DVeliki pad D izaziva i neljebljenje korjenaD snizuje i preveliko nadvienje zavaraKod kutnog zavara snienje D radi ugorina nije izraeno u takvoj mjeri kao kod sueonog spoja jer kutni zavar ima veliko zarezno djelovanje izazvano samim oblikom tako da su njegove vrijednosti D same po sebi niske

Unutranje greke: pore, ukljuci ljake, nekvalitetno ljebljenje korjena, greke u korjenuMali utjecaj na statiku vrstouKod dinamikog optereenja ve i mali ukljuci ljake znatno snizuju D . Opasne su greke u vidu malih uzdunih pukotina kao i greke u vezi osnovnog i dodatnog materijalaOkrugle pore imaju puno manje zarezno djelovanje od prskotinaJai ukljuci ljake snizuju D za 40 50%, ako je sve drugo u reduKod kutnih zavara utjecaj na D puno je manji radi veeg zareznog djelovanja kutnog zavara

Posebno na visinu D veliki utjecaj ima i poloaj zavara prema zavarivau:Horizontalan poloaj najvie vrijednosti DVertikalan poloaj puno slabije vrijednosti DNadglavan poloaj - puno slabije vrijednosti DNastojati uvijek zavarivati Horizontalnom poloaju

Za dinamiki optereene zavarene konstrukcije preporua se upotreba umirenih elika zbog opasnosti krtog loma, do kojeg dolazi kod neumirenih elika, a kao posljedica udarnih optereenja

Utjecaj elektrode na DElektroda mora davati povoljne vrijednosti D , a za to je potrebno:Da povrina zavara bude glatka i bez zareza uz postupni prijelaz na osnovni materijalDa unutranjost zavara bude bez pora, ukljuaka ljake, upljina i svega onoga to izaziva zarezno djelovanje

3. Ispravno konstruktivno oblikovanje kovanih dijelova

Kovanje je postupak mehanike obrade gdje se mijenja prvobitni oblik materijala uslijed djelovanja vanjske sile u neki drugi oblik.Moe biti:- u hladnom stanju- u toplom stanjuPostupci kovanja:- slobodno kovanje- kovanje u ukovnju- ekstrudiranjePrednosti tehnolokih postupaka izrade kovanjem:- velika uteda materijala pri istovremenoj utedi na obradi- povoljniji tok i gustoa strukture dobivene gnjeenjem omoguuje veu opteretivost dijelova za visoko zahtjevne strojne dijelove

Slobodno kovanje

Osnovne operacije slobodnog kovanja su:- izduivanje pri kojem se duina izratka poveava, a visina smanjuje- proirivanje pri kojem se irina izratka poveava, a visina smanjuje- sabijanje pri kojem se presjek izratka poveava, a duljina smanjujeSlobodno kovanje obavlja se strojno pomou kovakog ekia ili preeDanas se slobodno kuju gotovo iskljuivo samo veliki izratciZa kovanje se upotrebljavaju materijali:- elik- obojeni metaliKovanje je isplativo kod serijske i veliko serijske proizvodnjeNa slici je dan primjer relativnog odnosa cijene po komadu za ruicu u ovisnosti o broju izradaka i tehnologiji izrade. iz slike je vidljivo da je do 224 komada ruica ekonominije lijevanje, a iznad toga broja ekonominije je kovanje u ukovnju

Slika prikazuje postotni udio trokova materijala, teine materijala i trokova obrade pri izradi zupanog prigona razliitim tehnologijama

Slobodno kovane otkivke potrebno je oblikovati to jednostavnije

Kovanje u ukovnjima

Kovanje u ukovnjima je tehnoloki postupak kovanja koje je ekonomski opravdano samo onda ako je rije o velikom broju izradaka i ako se otkivak otkovan i ukovnju moe upotrijebiti kao gotov izradak sa to manje naknadne obrade skidanjem esticaKovanje u ukovnju primjenjuje se openito:- za dijelove visoko dinamiki optereene od kojih se prema funkciji zahtijevaju male mase- zbog utede materijala i radova na obradiPri konstruktivnom oblikovanju otkivaka kovanih u ukovnju potrebno je:1. Izbjegavati otre bridove i nagle prijelaze s jednog presjeka na drugi2. Oblikovati bez podrezanosti3. Komplicirane dijelove rastaviti u jednostavnije4. Sve povrine u smjeru preanja moraju biti nakoene5. Razdjelna reetka mora leati u jednoj ravnini6. Tone mjere i oblik oblikovati kovanjem samo u jednoj polovici ukovnja

4.Tehnologino oblikovanje odljevaka

Materijali za lijevanje

Materijali za lijevanje (NL, SL, TeL, L, obojeni metali i lake kovine) mogu se lijevati na razliite naine (pijesku, kokili, centrifugalno, tlano) i formirati razliite oblike. Lijevanjem se mogu proizvoditi kako jednostavni tako i vrlo sloeni i komplicirani strojni dijelovi. Veliine odljevaka mogu se kretati od najmanjih dimenzija (100g) do vrlo velikih odljevaka (100t) ovisno o veliini pei za taljenje. Tonost mjera i oblika kao i kvaliteta povrinske hrapavosti vrlo su razliite i ovise o tehnologiji lijevanja. Precizni, tlani i kokilni lijev daju relativno visoke tonosti mjera i oblika te fine i estetski lijepe povrine odljevaka. Lijevanjem se izrauju najraznovrsniji strojni dijelovi. Lijevani dijelovi iz elinog lijeva mogu se zavarivati i kombinirati u vrlo kompleksne geometrijske forme. Ovo je nain za ekonominu proizvodnju sloenih struktura iz L uz minimalni kart.Radi cijene i lakoe lijevanja najvie se upotrebljava sivi lijev. Nodularni lijev moe zamjeniti sivi, elini, temperni, a isto tako i obojene metale. Nodularni lijev zamjenjuje sivi lijev tamo gdje su potrebna bolja mehanika i elstina svojstva, odnosno tamo gdje se trai laka izvedba. Nodularni lijev zamjenjuje elini lijev tamo gdje su oblici odlijevaka komplicirani i teko bi se lijevali od elinog lijeva, ai tamo gdje je rije o snienju trokova. Prema svojim svojstvima sferoidni lijev moe potpuno zamijeniti temperni lijev, a uz to je i jeftiniji. Masa dijelova od sferoidnog lijeva praktino je neograniena. Dijelovi iz temper lijeva mogu postii mase od 150kg, meutim on se rabi najee za lake dijelove, tamo gdje niska mehanika svojstva sivog lijeva ne zadovoljavaju. Od lakih kovina veliku vanost imaju lijevane aluminijske slitine. S obzirom na relativno visoku cijenu spomenuti se materijal primjenjuje tamo gdje radi funkcionalnih razloga mase strojnih dijelova moraju biti malene.

Osnovni konstrukcijski principi

Prednosti lijevanih izvedbi:- najkrai put od sirovine do gotovog izratka- tehnologija lijevanja daje konstruktoru najveu slobodu u postupku oblikovanja- lijevanjem se mogu realizirati i najkompliciraniji konstrukcijski oblici- odlijevak, jedan ugradbeni dio, vea krutost, bra ugradnja, manje strojne obrade- lijevanjem se mogu postii vee vrijednosti vrstoe oblika

Lijevanje u pijeskuAko je potreban broj odlijevaka malen kalupovanje se najee vri u pijesku s drvenim modelom. Ako je u odlijevku potrebno ostvariti upljine u kalup se ulau jezgre. Radi li se o serijskoj ili masovnoj proizvodnji manjih ili srednjih odlijevaka, kalupovanje se obavlja strojno to pojeftinjuje proizvod i omoguuje dobivanje jednako kvalitetnih odlijevakaNakon ulijevanja rastopljenog lijeva slijedi hlaenje i skruivanje. Pri tome dolazi do skupljanja pa se mjere odlijevaka skruuju. Radi toga mjere modela moraju biti u odnosu prema zahtjevanim mjerama odlijevaka poveane za veliinu skupljnja.Dodatak radi skupljanja iznosi kod:- sivog lijeva 1%- elinog i tempernog lijeva 2%- mjedi, bronce, crvenog lijeva, cinka 1.5%- aluminija i aluminijskih legura 1,25% Kokilni i tlani lijevKod kokilnog lijeva se umjesto pjeanog kalupa koristi kokila pomou koje se kod lake topivih materijala moe dobiti neogranieni broj odlijevaka. Lijevaju se mjed, bronca, crveni lijev i aluminijske slitinekod tlanog lijeva rastaljeni metal tlai se u kokile od vatrostatnog materijala gdje su i jezgre od metala

Debljine stijenki, zaobljenost bridovaLijevane konstrukcije moraju se oblikovati sa zaobljenou bridova prvenstveno iz tehnolokih razloga ali i pitanja kakvoe strukture. Transkristalizacija kristala na otrom uglu pomae nastajanju prskotina i usahlina

Za odreivanje debljine stijenke pri oblikovanju odlijevaka mjerodavna je minimalna debljina stijenki koja se jo moe ljevaki odliti, a da se ekonomski opravda proizvodnja.Velike razlike u debljini stijenki valja izbjegavati jer izazivaju pojavu usahlina i napetosti.Razlika debljine stijenki uvjetovane funkcijom odlijevaka ne smiju prelaziti ove vrijednosti:Temperni lijev s2=2.5s1Ostali materijali s2=3s1Valja imati na umu da razliite debljine stijenki na istom odlijevku pokazuju vee ili manje razlike mehanikih svojstava. Naime, brzina hlaenja utjee na veliinu kristala, odnosno vea brzina hlaenja daje sitniju kristalnu strukturu odlijevaka, stoga s porastom debljine stijenke odlijevaka mehanika svojstva istog materijala opadaju.Ako su razlike u debljini stijenki s2>2s1 , potrebno je kod prijelaza s jedne na drugu debljinu stijenke potovati ove orjentacijske vrijednosti

Smjernice za oblikovanje odlijevaka

Ako je mogue, potrebno je oblikovati bez jezgri i podrezaka

Oblikovanje odlijevaka sa i bez jezgre:a) podrezakb) otisak modelac) uloena jezgrad) preoblikovanje bez jezgre

Odlijevak:a) podrescib) mogunost otklanjanja podrezaka

Usahline, napetosti, plinovi, zrak, ukljuci

Najee greke kod lijevanja su usahline, a mogu se javiti u unutranjosti, ali isto tako i na povrini odlijevaka. Prema nainu nastajanja moe se govoriti o usahlini ili o ukljuku zraka ili plinova. Osim ovih problema odlijevci su tijekom lijevanja i hlaenja izloeni unutranjim napetostima koje ponekad u odreenim zonama mogu prijei vrijednost vrstoe materijala i izazvati prskotine.Uzrok nastajanja usahlina je smanjenje volumena pri hlaenju. Kada su vanjski dijelovi odlijevaka ve ohlaeni, pekui se materijal u kalupu i dalje skuplja ali ne moe u potpunosti ispuniti nastali prostor. Opasnost od usahlina postoji naroito na mjestima gomilanja materijala. Problemu nastajanja usahlina mora se posvetiti posebna panja naroito kod materijala s velikim skupljanjem.

Napetosti nastaju radi nejednolikog hlaenja i skupljanja razliitih dijelova odlijevaka, kao i radi pogrenog oblikovanja kojim se spreava stezanje. Napetosti su proprcionalne modulu elastinosti, linearnom koeficijentu temperaturnog istezanja materijala lijeva i razlici temperatura. Nastale zaostale napetosti mogu bit odstranjene arenjem.Mjehurii plina i zraka nastaju radi utjecanja rastaljenog metala u kalup i rasplinjavnja vezivnog materijala u pijesku kalupa i jezgre, a zrak koji se nalazi u upljinama kalupa zagrijava se i poinje se iriti. Dok je talina jo tekua, plinovi mogu proi i kroz sam materijal, meutim kako na povrini brzo nastupa skruivanje, izlaz zraku i plinovima moe biti zatvoren. Stvaranje mjehuria potiu velike gomile pijeska, jezgre s malim ili nepovoljno smjetenim otvorima, pjeani epovi, kao i velike vodoravne povrine.

Zakositi ravne povrine radi izbjegavanja stvaranja zranih mjehuri

Da bi konstruktor umanjio pojavu usahlina, zranih i plinskih mjehuria te napetosti treba potivati sljedea pravila tehnoloki ispravnog konstrukcijskog oblikovanja:1. Potrebno je osigurati iste uvjete hlaenja, izbjegavati nagomilavanje materijala i nastojati da unutranje stijenke i rebra budu tanja2. Kod odlijevaka velikih povrina s ravnim stjenkama potrebno je izbjegavati jednostrano nagomilavanje materijala i rebra koja prolaze cijelom duinom odlijevka3. Nije doputeno ii ispod minimalnih dimenzija otvora, odnosno oslonaca za jezgre4. Nije doputeno ii ispod doputenih presjeka jezgre i pjeanih epovaMeutim kod kompliciranih i sloenijih izvedbi konstruktor bi obavezno morao konzultirati tehnologa o mogunostima i iskustvima ljevaonice koja e lijevati izradak.vrstoa odljevaka

Pod pojmom funkcionalno ispravnog konstrukcijskog oblikovanja odljevaka, ukljuujui i izbor materijala, podrazumijeva se dimenzioniranje odljevaka koji e omoguiti izvrenje funkcije prema predvienom vijeku trajanja. Za izvrenje funkcije moraju biti osigurani:- trajnost oblika- lomna vrstoa- klizna svojstva- otpornost na troenjeSvi ovi zahtjevi mogu biti zadovoljeni ako je optereenje poznato, prema tome, osnova za ispravno oblikovanje u odnosu prema funkciji ini savjesno utvrivanje stvarnog optereenja strojnog dijela. Ukupno optereenje mora biti briljivo razdijeljeno i analizirano prema vrsti mehanikih optereenja, tako da je potrebno uzeti u obzir i toplinska optereenja, optereenja u odnosu prema troenju, kao i kemijska optereenjaAko je traena funkcija i optereenje odljevaka poznato, pristupa se konstrukcijskom oblikovanju. koristei se saznanjima iz poglavlja o tehnologinom oblikovanju odljevaka. nakon toga vri se raunska kontrola naprezanja kritinih mjesta. Raunska kontrola naprezanja i dimenzioniranje provodi se prema vrsti optereenja, a potrebna korekcija vri se u odnosu prema eventualnim promjenama oblika izazvana troenjem i korozijomU serijskoj proizvodnji lijevani dijelovi moraju biti lagani, bilo radi funkcionalnih razloga ili radi cijene kotanja. Zato se dimenzioniranje u takvim sluajevima vri na osnovi nauke o pogonskoj vrstoi. Osim toga, postoje i lijevani dijelovi za koje se proraun mora provoditi po zakonuOd najveeg broja odljevaka trai se postojanost oblika u eksploatacijskim uvjetima optereenja. Preduvjet za to je, ne preopteretiti materijal, to se postie dovoljno velikim momentom otpora, u odnosu prema savijanju i uvijanju uz minimalni utroak materijala

vrstoa odljevaka kod preteno mirnog vlanog optereenja

Dimenzioniranje odljevaka koji su preteno vlano optereeni vri se najee u odnosu prema doputenim elastinim ili plastinim deformacijama. Najee se vri i provjera u odnosu prema lomnoj vrstoi. Pri tome treba razlikovati ilavi i krti lijev. Granica se moe grubo postaviti kod 5=10%. potrebno je uzimati u obzir utjecaj vremena i temperature jer ilavi materijali mogu postati krti ako su tijekom vremena bili izloeni utjecaju poviene temperature u uvjetima pogonskog optereenja. Ako se iz znaajki materijala utvrdi da materijal unutar vijeka trajanja ostaje ilav, kao nazivno lomno naprezanje moe se uzeti vlana vrstoa.Upotrebljavaju li se krti lijevani materijali, nazivno lomno naprezanje na ugroenim presjecima je tada nie od vlane vrstoe. Ako se rauna s niskom vrijednosti lomnog istezanja, tada je nazivno lomno naprezanjeDok linije sila u eliku neometano prolaze presjekom, u sivom lijevu grafitne lamele ometaju pravilan tijek silnica. Radi toga u sivom lijevu postoji unutranje zarezno djelovanje koje dovodi do stvaranja vrnih naprezanja. Vlana vrstoa Rm sivog lijeva ovisi o sadraju silicija. Porastom Si raste vlana vrstoa, a pada lomno istezanje 5

Tok linija kod vlaka:a) elini materijalb) sivi lijev

Dinamika izdrljivost odljevaka

Otpornost prema lomu odljevaka, preteno dinamiki optereenih, zove se ili vrstoa oblika ili pogonska vrstoa, ve prema tome da li je titrajno optereenje u toku predvienog vijeka trajanja bilo konstantne ili promjenjive amplitude. Za odreivanje pogonske vrstoe, gotovo oblikovani strujni dijelovi izlau se pri ispitivanju optereenjima koja priblino odgovaraju pogonskim. Ovakav nain utvrivanja pogonske izdrljivosti, ukljuujui odreivanje pogonskog optereenja, moe se vriti u za to opremljenim laboratorijima. Ako se trai visoka sigurnost strojnog dijela ili sklopa onda je laboratorijsko utvrivanje pogonske izdrljivosti gotovo neizbjeno.esto se meutim u praksi koristi vrstoa oblika dobivena pomou jednabi koje obuhvaaju utjecaje materijala, oblika i naina optereenja na dinamiku izdrljivost. Pretpostavi li se da je odljevak izloen ravnomjernom maksimalnom titrajnom optereenju koje se javlja u tijeku eksploatacije, vrstoa oblika na odreenom opasnom presjeku iznosi OG=mA . Ako izmeu graninog broja promjena 0.5 do 10107 ne doe do znatnijeg pada amplitude koja je jo uvijek podnoljiva, oznaava se kao broj promjena graninog naprezanja A .

5.Konstruktivno oblikovanje tokasto, bradaviasto i avno zavarenih dijelova

Tokasto, bradaviasto i avno zavarivanje primjenjuje se preteno za zavarivanje tankih limova do 2mm debljine. Povrine koje se zavaruju moraju biti iste i deoksidirane. Materijal skalditen na slobodnom prostoru ovim se postupkom ne moe zavarivati. Nedostatak postupka je mogunost zavarivanja samo preklopnih spojeva, to istiskuje vei utroak materijala u odnosu prema suelnim spojevima. Meutim, s tim treba pri zavarivanju tankih limova raunati. Prednost je u tome da je zagrijavanje pri zavarivanju ogranieno na vrlo malo prostor, pa ne dolazi do deformacija.

Tokasto zavarivanjeBradaviasto zavarivanjeavno zavarivanje

Tokasto zavarivanje je univerzalan postupak. Bradaviasto zavarivanje zahtijeva oblikovanje bradavica na jednom od dijelova koji se zavaruje. Bradaviastim zavarivanjem nejee se zavaruju ojaanja u serijskoj i masovnoj proizvodnji. Nedostatak izrade bradavica kompenzira se istovremenim zavarivanjem svih bradavica jednog spoja. Stroj je jednako vrijedan tokastom zavaru. Mjesto istiskivanja bradavica ostaje na limu vidljivo i nakon zavarivanja. avno zavarivanje dolazi u obzir za avove od kojih se trai nepropusnost.

Kod ove vrste zavarivanja avovi su izloeni koroziji. Pri opasnostima od korozije radi vremenskih utjecaja ili korozivnih materija potrebno je raunati s ogranienim vremenom trajanja. Zato je zatiti od korozije potrebno posvetiti odgovarajuu panju. Zazor izmeu limova moe se zatvoriti kunim ljepilom.

Pravila konstruktivnog oblikovanja

Za oblikovanje tokastog, bradaviastog i avnog zavarivanja vrijede ova pravila:1. Potrebno je brinuti se o zavarivim debljinama limova i profila. elini limovi i profili mogu se tokasto zavarivati ako nije povezano vie od tri dijela. Ukupna debljina spojenih dijelova ne smije biti vea od 15mm, a kod spoja dvaju pojedinanih dijelova debljina jednog dijela ne smije biti vea od 5mm. Kod spoja triju pojedinanih dijelova ne smije ni jedan od vanjskih dijelova biti deblji od 5mm. Strojevi za zavarivanje s uvrsnim elektrodama omoguuje zavarivanje okruglog i profilnog elika kao i zavarivanje T spoja kod odgovarajue debljine lima.

Zavarivanje profila i cijevi s limovima takoer je mogue. Meutim, profili moraju biti tako kruti da se djelovanjem sile pritiska elektrode ne bi plastino deformirali. avnim zavarivanjem ne treba prelaziti debljine max=2.5mm i ne zavarivati vie od dva lima meusobno2. Ne smije se zanemariti meusobni razmak toaka zavara, razmak toaka zavar od krajeva lima i irine prirubnikog dijela lima. Potrebno je koristiti se podacima iz tablica. Minimalne razmake toaka zavara ne smiju se smanjivati, jer pri zavarivanju radi elektrinog spoja susjedne toke zavara nije mogue ostvariti uspjean zavar. Kod avnog zavarivanja preklop mora iznositi minimalno 5 do 10. Inae se zbog tolerancija irine lima ne moe ostvariti dovoljno nepropustan zavar. Ui preklop mogu je samo u sluaju ako su tolerancije limova u doputenim granicama. Nasuprot tokastom zavarivanju bradaviasto zavarivanje ima tu prednost da su struja zavarivanja i pritisak elektroda na poetku zavarivanja koncentrirani na bradavice tokastim ili linijskim dodirom.

3. Valja omoguiti pristupanost elektrode. Upotreba tokastog zavarivanja pretpostavlja da se elektrodom moe prii mjestu zavara. Pri zavarivanju U profila potrebno je raunati s dimenzijama zakrivljene elektrode. Dijelovi moraju imati otvor od najmanje 60 ili se smiju savijati tek nakon zavarivanja. Isto tako treba uzimati u obzir i maksimalnu duljinu ruke stroja za zavarivanje. Na slikama su prikazani povoljni i nepovoljni naini oblikovanja i zavarivanja.

4. Potrebno je izbjegavati vlano optereenje toke zavara a dati prednost optereenju na odrez. Na slici je prikazan tokasto zavareni spoj s istim vlanim optereenjem.

Takvo optereenje zavara je najnepovoljnije, pa ga treba izbjegavati. Na slici je prikazan dvostruki tokasti zavareni spoj s dva podmetaa. To je najpovoljnije optereenje i najpovoljniji nain spajanja tokastim zavarima. Meutim dva pometaa zahtijevaju vee utroke materijala. tako se ovakav nain spajanja, premda najpovoljniji rijetko primjenjuje.

Pri jednostavnom preklopnom spoju dolazi kod optereenja, radi kratka savijanja do deformacije koja u toki zavara izaziva vlane i smine komponente sila.

Kod dvorednog preklopnog tokasto zavarenog spojam deformacije su manje pa je i vlano optereenje toke zavara manje. Zbog toga se kod jednakog broja toaka zavara tim nainom spajanja moe prenijeti vee optereenje.

Na slici je prikazano koliko manje moe biti optereen spoj kod kojeg su toke zavara optereene vlano u odnosu prema zavaru kod kojeg se kao osnovno optereenje javlja smik. Premda spoj prikazan na slici (a) nosi manje od spoja prikazanog na slici (b), nee se ipak moi uvijek iskljuiti konstruktivno rjeenje sa spojem u obliku (a).

Za sigurno spajanje tokastim zavarom potrebne su dovoljno velike i paralelne povrine za nalijeganje elektroda.

Umjesto etri male toke zavara koje su radi mogunosti elektrinog spoja preko susjedne toke zavara loe zavarene, bolje je da broj toaka bude manji, a toke zavara vee. Na slici je prikazan spoj sa etri manje toke zavara i s manjim rastojanjem, a na slici (b) spoj s dvije vee dobro oblikovane toke zavara meusobno vie udaljene. Na slici (a) vidi se utjecaj elektrinog spoja preko susjedne toke zavara na opteretivost toaka zavara.

Spaja li se tokastim zavarivanjem materijal koji je samo uvjetno zavariv, dobivaju se bolji rezultati ako se upotrijebi dobro zavarivi pokrivni lim jer u tom sluaju mjesto maksimalnog optereenja ne pada u zavar.Slika (a) prikazuje pogreno oblikovan U nosa tokasto zavaren na drugi dio. Toke zavara opterene su kako to slika prikazuje na vlak. Pravilan nain oblikovanja prikazuje slika (b). Toke zavara optereene su u tom sluaju pravilno na smik.

Tupo elektrootporno i elektroluno zavarivanje pritiskom

Spomenuto zavarivanje moe se vriti iskrenjem. pri tome struju prenose stezne eljusti. Pri laganom dodiru zavarivaju se dijelovi kroz koje tee struja i izbacuje se dio rastaljena materijala. Nakon toga slijedi zavarivanje sabijanjem dijelova. Kod elektrolunog zavarivanja pritiskom stvara se toplina elektrinim lukom koji kratkotrajno gori i rastali eone povrine. Nakon toga i ovdje se dijelovi zavaruju pritiskom. Za zavarivanje pritiskom prikladni su konstrukcijski elici, elici za cementiranje. Prednost je zavarivanja pritiskom u tome to je vrstoa tupog spoja priblino jednaka vrstoi materijala. Kod tupog elektrootpornog zavarivanja pritiskom presjeci koji se zavaruju moraju biti meusobno jednaki.

Na slici je prikazan napravilan i pravilan nain zavarivanja punog presjeka i upljeg presjeka

Na slici je prikazana varijanta izrade lijevane ili kovane uice velikog promjera, zavarene na okrugli promjer. Meutim bolje je rjeenje oblikovati dio tupim zavarivanjem pritiskom.

Na slici je prikazan nain konstruktivnog oblikovanja prednje osovine tegljaa. Srednji dio autogeno je izrezan iz plosnatog elika. Obje viljuke kovane su u ukovnju. Za kovanje je u ukovnju koriteno takoer autogeno rezani plosnati elik.

Lemljenje, konstruktivno oblikovanje lemljenih spojeva

Lemljenje je spajanje metalnih materijala pomou rastaljenog dodatnog materijala lema. Toka taljenja mora biti nia od toke taljnejna osnovnog materijala dijelova koji se spajaju. Razlikuje se meko lemljenje (t450C). radna temperatura je ona najnia temperatura povrine izratka na mjestu lemljenja na kojoj se lem moe omreavati, proirivati i vezati, za osnovni materijal. Radna temperatura mora biti via od temperature poetka taljenja lema. Moe biti via ili neto nia od temperature potpuno rastaljenog lema, a mora biti bar 50C nia od toke poetka topljenja osnovnog materijala. Preko granine plohe lem osnovni materijal vri se izmjena mjesta atoma, a time i difuzija. Zbog toga povrine lemljenja moraju biti glatke i dobro oiene.lemiti se moe plameno, pomou lemila, uronjavanjem u rastaljeni lem, lemljenjem u pei. otporno.Pojam tvrdo i meko lemljenje oznaava i vrstou. Meki lemovi imaju manju vrstou od tvrdih. Radne temperature standardiziranih lemova dane su u tablici. Kositreni lemovi primjenjuju se preteno kao meki lemovi. Srebrni su lemovi tvrdi lemovi koji daju lemljena mjesta dobrog izgleda s malo potrebne dorade. Mjedeni lemovi upotrebljavaju se umjesto srebrnih lemova zbog ekonomskih razloga, posebno u masovnoj proizvodnji. Aluminijski lemovi i Al-Sn lemovi primjenjuju se pri lemljenju aluminija. Za tvrdo lemljenje elinih dijelova u zatitnom plinu upotrebljavaju se bakreni lemovi s tokom topljenja od 1100C. Ako se upotrebljava trgovaki bronani lem radna temperatura snizuje se na 970C.Mekani lemovi mogu se lakirati u peima samo onda ako lemljeni raspor moe podnijeti temperaturu lakiranja. Za galvanske prevlake meki lemovi moraju biti oieni. Zagrijavanje tvrdo lemljenih povrina radi lakiranja u pei je dopustivo. Ni galvansko prevlaenje ne ini nikakve tekoe.Bakar, nikal, njihove legure i elik mogu se lemiti meko i tvrdo. prije mekog lemljenja elika povrine treba pokositriti ili se kod dijelova od elinog lima u prehrambenoj industriji upotrebljava bijeli lim. Dijelovi od lakih metala i njihovih legura mogu se takoer meusobno lemiti meko i tvrdo.vrstoa tvrdo lemljenog spoja odgovara priblino vrstoi elektrolunog zavara. Kod tankostijenih dijelova lemljenje ima prednost zavarivanja, jer otpada opasnost progorijevanja. Meko lemljenje, meutim, kod jednake povrine spoja ima nia mehanika svojstva od tvrdog lemljenja. Prednost mekog lemljenja je u tome to se zbog nie temperature lemljenja dijelovi manje razvlae.Lemiti se moe zranou za povrine spajanja imaju malu, po mogunosti jednako iroku zranost, h 0.25mm. Kapilarnim djelovanjem lem se usisava u zranost izmeu dijelova koji se spajaju. lemiti se moe i avom, pri kojem povrine koje se spajaju imaju vei razmak od h=0.5mm ili av oblika V ili X, tako da se govori o zavarivakom lemljenju.Ako bismo htjeli usporediti konstruktivno oblikovanje za tvrdo i meko lemljenje tekih metala za isti konstrukcijski zadatak, to treba podrazumijevati priblino jednaku vrstou.Proirenje zranosti na pojedinim mjestima izmeu dijelova koji se spajaju smanjuje kapilarno djelovanje, a snienje oteava protok oksidima obogaene taline. Naroito su kritina snienja koja se nadovezuju na proirenja.Da bi se velike povrine preklopa potrebne kod mekog lemljenja smanjile, a da se pri tome ne snizi vrstoa, vri se rastereenje lemljenog spoja. Brazde od obrade koje teku okomito na tok lemljenja spreavaju teenje ako su dublje od 0.05 do 0.1h. meutim brazde u smjeru teenja djeluju kao kanali i pomau teenje, tako da se ee i posebno izrauju naroito ako se trai toan centrian poloaj.

Da bi lemljeni dijelovi osigurali meusobno odreeni poloaj vrsto se spajaju prije lemljenja.Kod lemljenja limova eoni spojevi nisu prikladni zbog male povrine lemljenja. Najbolji su preklopni spojevi i spojevi s podmetaima.