50
REFORMA 2012 Kwalifikacja M.20.1 TECHNIK MECHANIK ŚLUSARZ Podręcznik do nauki zawodów Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą obróbki ręcznej

Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

REFO

RMA

2012

Kwalifikacja M.20.1

TECHNIK MECHANIKŚLUSARZ

Podręcznik do nauki zawodów

Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi

metodą obróbki ręcznej

Page 2: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Kształcimy zawodowo!RE

FORM

A 20

12

Kwalifi kacja M.44.2

TECHNIK MECHANIK

Podręcznik do nauki zawodów

Nadzorowanie przebieguprodukcji

REFO

RMA

2012

Kwalifi kacja M.20.1

TECHNIK MECHANIKŚLUSARZ

Podręcznik do nauki zawodów

Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi

metodą obróbki ręcznej

REFO

RMA

2012

Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi

metodą obróbki maszynowej

Kwalifi kacja M.20.2

TECHNIK MECHANIKŚLUSARZ

Podręcznik do nauki zawodów

REFO

RMA

2012

Wykonywanie

połączeń materiałów

Kwalifi kacja M.20.3

TECHNIK MECHANIKŚLUSARZ

Podręcznik do nauki zawodów

REFO

RMA

2012

Naprawa i konserwacjaelementów maszyn, urządzeń i narzędzi

Kwalifi kacja M.20.4

TECHNIK MECHANIKŚLUSARZ

Podręcznik do nauki zawodów

Te i inne publikacje do nauki zawodów: technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów samochodowych, elektromechanik pojazdów samochodowych, mechanik pojazdów samochodowych (kwalifikacje M.44, M.17, M.20, M.42, M.12, M.18) można obejrzeć i kupić pod adresem sklep.wsip.pl

Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne polecają publikacje do nauki zawodów: technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów samochodowych, elektromechanik pojazdów samochodowych i mechanik pojazdów samochodowych przygotowane zgodnie z NOWĄ PODSTAWĄ PROGRAMOWĄ.

Kształcimy zawodowo!

Kwalifikacja M.44.2 Nadzorowanie przebiegu produkcji

Kwalifikacja M.42.2 Nadzorowanie obsługi pojazdów samochodowych

Kwalifikacja M.12.2 Naprawa układów elektrycznych i elektronicznych pojazdów samochodowych

Kwalifikacja M.20.1 Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą obróbki ręcznej

Kwalifikacja M.20.2 Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą obróbki maszynowej

Kwalifikacja M.20.3 Wykonywanie połączeń materiałów

Kwalifikacja M.20.4Naprawa i konserwacja elementów maszyn, urządzeń i narzędzi

Podręczniki

REFO

RMA

2012

Podstawy elektrotechniki i elektroniki pojazdów samochodowych

TECHNIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

ELEKTROMECHANIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

Podręcznik do nauki zawodów

Kwalifikacja M.44.Testy i zadania praktyczne. Egzamin zawodowy. Technik mechanik

Kwalifikacja. M.42.Testy i zadania praktyczne. Egzamin zawodowy. Technik pojazdów samochodowych

Kwalifikacja M.18Repetytorium i testy egzaminacyjne. Technik pojazdów samochodowych. Mechanik pojazdów samochodowych

Podstawy elektrotechniki i elektroniki pojazdów samochodowych

Repetytoria i testy egzaminacyjne

Nadzorowanieobsługi

REFO

RMA

2012

pojazdów samochodowych

Kwalifi kacja M.42.2

TECHNIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

Podręcznik do nauki zawodu

REFO

RMA

2012Naprawa układów

elektrycznych i elektronicznych pojazdów samochodowych

Kwalifi kacja M.12.2

TECHNIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

ELEKTROMECHANIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

Podręcznik do nauki zawodów

EGZAMIN ZAWODOWY

TECHNIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCHMECHANIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

KWALIFIKACJA M.18

+ TESTY

TECHNIK MECHANIK

Kwalifi kacja M.44

NO

WA

PO

DST

AWA

PR

OG

RA

MO

WA

Testy i zadania praktyczneEgzamin zawodowy

TECHNIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

Kwalifi kacja M.42N

OW

A P

OD

STAW

A

PRO

GR

AM

OW

A

Testy i zadania praktyczneEgzamin zawodowy

Page 3: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Bran

ża m

echa

nicz

na i

sam

ocho

dow

a

Artur DzigańskiSzef Zespołu Szkolnictwa Zawodowego

Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne

Szanowni Państwo, z przyjemnością przedstawiamy Państwu fragmenty nowego podręcznika, spełniającego wszystkie wymagania nowej podstawy programowej kształcenia zawodowego. Jest to publikacja gwarantująca skuteczne przygotowanie do egzaminów potwierdzających kwalifikacje w zawodzie, napisana językiem zrozumiałym dla ucznia i wzbogacona o atrakcyjny materiał ilustracyjny. Prawdziwa nowość, warta Państwa uwagi.

1 września 2012 roku Ministerstwo Edukacji Narodowej rozpoczęło reformę szkolnictwa zawodowego, która wprowadziła nową klasyfikację zawodów oraz ich podział na kwalifikacje. Dla wszystkich wyodrębnionych zawodów przygotowano nowe podstawy programowe. Zmieniła się także formuła egzaminu zawodowego – wprowadzono egzamin potwierdzający kwalifikacje w zawodzie. Uczniowie, kończący naukę w zasadniczej szkole zawodowej i technikum oraz słuchacze szkół policealnych, po zdaniu egzaminów pisemnego i praktycznego otrzymują dyplom potwierdzający kwalifikacje w zawodzie.

Aby umożliwić Państwu zapoznanie się z naszym podręcznikiem, prezentujemy wykaz zawartych w nim treści oraz fragmenty wybranych rozdziałów.

Wierzymy, że przygotowana przez nas oferta umożliwi Państwu efektywną pracę oraz pomoże w skutecznym przygotowaniu uczniów i słuchaczy do egzaminu – zarówno w części pisemnej, jak i praktycznej.

Zapraszamy do korzystania z naszego podręcznika.

Z nami warto się uczyć!

Page 4: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Kształcimy zawodowo!

WSiP – skuteczne przygotowanie do egzaminów potwierdzających kwalifikacje w zawodzie

Publikacje:

zgodne z nową podstawą programową

z aprobatą MEN

opracowane w podziale na kwalifikacje

napisane przez specjalistów i nauczycieli praktyków

z dużą liczbą ćwiczeń, przykładów praktycznych, tabel i schematów

z wyróżnieniem najważniejszych treści, rysunkami i ilustracjami ułatwiającymi zapamiętywanie

Page 5: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Kwalifi kacja M.20.1

• TECHNIK MECHANIK• ŚLUSARZ

Podręcznik do nauki zawodów

REFO

RMA

2012

Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi

metodą obróbki ręcznejJanusz Figurski, Stanisław Popis

Page 6: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Podręcznik w trakcie aprobaty MEN

Typ szkoły: technikum, zasadnicza szkoła zawodowa.Zawód: technik mechanik, ślusarz.Kwalifikacja: M.20. Wykonywanie i naprawa elementów maszyn, urządzeń i narzędzi. Część kwalifikacji: 1. Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą obróbki ręcznej.

Rok dopuszczenia:

Źródła ilustracji i fotografiiOkładka: (prasa do metalu) Pavel L Photo and Video/Shutterstock.com

© Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne sp. z o.o.Warszawa 2015

Wydanie I

Opracowanie merytoryczne i redakcyjne: Małgorzata Skura (redaktor koordynator), Marek Piastowski (redaktor merytoryczny)Redakcja językowa: Lucyna LewandowskaRedakcja techniczna: Elżbieta WalczakProjekt okładki: Dominik KrajewskiFotoedycja: Agata BażyńskaSkład i łamanie: Studio DeTePe, Paweł Rusiniak

Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne spółka z ograniczoną odpowiedzialnością 00-807 Warszawa, Aleje Jerozolimskie 96Tel.: 22 576 25 00Infolinia: 801 220 555www.wsip.pl

Publikacja, którą nabyłaś/nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegała/przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Page 7: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1. Materiały konstrukcyjne stosowane do wykonywania elementów maszyn, urządzeń i narzędzi

1.1. Podstawowe właściwości materiałów konstrukcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2. Klasyfikacja materiałów konstrukcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.3. Stale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.4. Żeliwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.5. Staliwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 1.6. Metale nieżelazne i stopy metali nieżelaznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.7. Materiały konstrukcyjne niemetalowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1.8. Dobór materiałów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Zapamiętaj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Sprawdź swoją wiedzę . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2. Wprowadzenie do metrologii warsztatowej

2.1. Podstawowe pojęcia metrologii warsztatowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.2. Tolerowanie wymiarów, powierzchni i kształtu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Zapamiętaj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Sprawdź swoją wiedzę . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3. Przyrządy i narzędzia do wykonywania pomiarów warsztatowych

3.1. Klasyfikacja i właściwości metrologiczne narzędzi pomiarowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.2. Wzorce miar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.3. Czujniki i przyrządy czujnikowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.4. Suwmiarki i przyrządy suwmiarkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.5. Mikrometry i przyrządy mikrometryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.6. Narzędzia do pomiaru kąta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.7. Sprawdziany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.8. Urządzenia pomiarowe optyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.9. Wykonywanie pomiarów warsztatowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Zapamiętaj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147Sprawdź swoją wiedzę . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

4. Przygotowanie procesów obróbki ręcznej

4.1. Organizacja stanowiska obróbki ręcznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.2. Trasowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158Zapamiętaj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163Sprawdź swoją wiedzę . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

3SPIS TREŚCI

Page 8: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

5. Charakterystyka rodzajów obróbki ręcznej

5.1. Piłowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.2. Ścinanie, przecinanie, wycinanie, cięcie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 5.3. Skrobanie, docieranie i polerowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 5.4. Wiercenie, pogłębianie i rozwiercanie otworów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 5.5. Gwintowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 5.6. Nitowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 5.7. Gięcie i prostowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229Zapamiętaj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239Sprawdź swoją wiedzę . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Wykaz podstawowych pojęć w językach polskim, angielskim i niemieckim . . . . . . . . . . . . . . . . 241

4 SPIS TREŚCI

Page 9: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

1▪ Materiały konstrukcyjne stosowane do wykonywania elementów maszyn, urządzeń i narzędzi

▪ Podstawowe właściwości materiałów konstrukcyjnych ▪ Klasyfikacja materiałów konstrukcyjnych ▪ Stale ▪ Żeliwa ▪ Staliwa ▪ Metale nieżelazne i stopy metali nieżelaznych ▪ Materiały konstrukcyjne niemetalowe ▪ Dobór materiałów

Page 10: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Wyróżnia się następujące grupy materiałów stosowanych w budowie maszyn i urządzeń:• metale i stopy metali,• ceramiki i szkła,• polimery,• kompozyty.

Metale i stopy metaliMetale charakteryzują się dobrą wytrzymałością mechaniczną. Ich właściwości wytrzymało-ściowe mogą być kształtowane przez stosowanie obróbki plastycznej i mechanicznej jak rów-nież przez dodawanie odpowiednich dodatków stopowych podczas procesów metalurgicznych wytwarzania stopów metali. Cechą charakterystyczną metali jest ich ciągliwość, czyli zdolność do odkształcania się materiałów metalowych w granicach odkształceń plastycznych. Meta-le i ich stopy mają dobrą przewodność elektryczną i cieplną. Opór elektryczny metali wzra-sta wraz ze wzrostem temperatury. Wadą metali jest względnie mała odporność na korozję.

Rodzaje metali i stopów przedstawiono na rys. 1.23. Wyróżnia się wśród nich:• żelazo i jego stopy, w których podstawowym składnikiem jest Fe,• metale nieżelazne i ich stopy – metale (z wyjątkiem żelaza) i pierwiastki półprzewodni-

kowe oraz ich stopy.Stop – tworzywo składające się z metali lub z metali i niemetali wytwarzane w celu

uzyskania oczekiwanych właściwości stopu. Stop składa się z metalu podstawowego, skład-ników stopowych oraz zanieczyszczeń.

Metal podstawowy stopu – metal, którego zawartość jest większa od zawartości innych składników; dodatkiem stopowym jest celowo wprowadzony w odpowiedniej ilości składnik stopu umożliwiający otrzymanie oczekiwanych właściwości.

Zanieczyszczenie – zawarty w metalu lub stopie pierwiastek, który nie został dodany celowo; występuje w stopie w ograniczonej ilości.

Żelazo wysokiej czystości – żelazo o takiej czystości, aby jego właściwości odpowiadały właściwościom pierwiastka.

Żelazo technicznej czystości – żelazo uzyskiwane w procesach metalurgicznych umożli-wiających usunięcie większości zanieczyszczeń (węgla i innych pierwiastków), tak aby nie przekraczały one 0,15%.

W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: ■ jakie są podstawowe rodzaje materiałów konstrukcyjnych ■ jakie są podstawowe cechy metali i ich stopów ■ czym charakteryzują się szkła i ceramiki ■ jakie są podstawowe właściwości polimerów ■ czym charakteryzują się kompozyty

Klasyf ikacja materiałów konstrukcyjnych1.2.

1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…26

Page 11: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Surówka – stop żelaza z węglem i  innymi dodatkami stopowymi (głównie krzemem i manganem) zawierający więcej niż 2% węgla, otrzymywany w stanie ciekłym w wyniku redukcji rudy żelaza w wielkim piecu lub piecu niskoszybowym. Zawiera ona zbyt dużo węgla, co ją dyskwalifikuje jako surowiec do bezpośredniego zastosowania użytkowego. Surówka (surowe żelazo) wymaga dalszej przeróbki w celu wypalenia nadmiaru zanieczysz-czeń, głównie węgla. Podczas procesów przeróbki surówki łączna zawartość zanieczysz-czeń (bez uwzględnienia węgla) jest obniżana do ok. 1%.

Rys. 1.23. Klasyfikacja metali i stopów metali

Stal – stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi zawierający do około 2% (2,11%) węgla, otrzymany w procesach stalowniczych w stanie ciekłym, plastycznie obro-biony, przeznaczony na półwyroby i wyroby przerabiane plastycznie. Oprócz żelaza i węgla zawiera również inne składniki. Pożądanymi składnikami stali są np. chrom, nikiel, man-gan, wolfram, miedź, molibden i tytan, natomiast tlen, azot, siarka i fosfor są traktowane jako zanieczyszczenia. Stal to materiał najczęściej stosowany do wytwarzania elementów maszyn, urządzeń i narzędzi.

stopy metali nieżelaznych

metale nieżelazne wysokiej czystości

metale nieżelazne technicznej czystości

metale nieżelazne

żelazo i jego stopy

METALE I STOPY

metale nieżelazne i ich stopy

stopy żelazażelazo

żelazo wysokiej czystości

surówki stopy miedzi

metale surowe

metale rafinowane

metale przetopione

stopy aluminium

stopy aluminium

stopy srebra

stopy cynku

stopy ołowiu

stopy cyny

stopy inne

stale

żelazostopy

staliwa

żeliwa

żelazo technicznej

czystości

271 .2 . KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

Page 12: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Żelazostopy – stopy przejściowe zawierające pewne ilości żelaza oraz pierwiastki nale-żące do metali nieżelaznych bądź półmetali (np. krzem, mangan, chrom). Stosowane są w hutnictwie jako dodatki do produkcji stali. Wprowadzenie pierwiastków stopowych za pomocą żelazostopów poprawia właściwości stali, jak np. wytrzymałość na rozciąganie, odporność na ścieranie i korozję. Zwykle w żelazostopach zawartość żelaza jest mniejsza niż pozostałych składników.

Staliwo – stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi zawierający do około 2% węgla, odlany w formy odlewnicze i niepoddany obróbce plastycznej. Własności me-chaniczne staliwa są nieco niższe niż własności stali o takim samym składzie po obróbce plastycznej. Stop ten nadaje się do obróbki plastycznej, a jego odmiany o zawartości węgla poniżej 0,25% charakteryzują się dobrą spawalnością.

Żeliwo – stop żelaza z węglem, zawierający 2,5–4,5% C oraz inne pierwiastki (Si, Mn, P, S), przeznaczony do wykonywania części maszyn, urządzeń przemysłowych i wyrobów codziennego użytku przez odlewanie. Jest materiałem kruchym, nienadającym się do ob-róbki plastycznej.

Metal nieżelazny technicznej czystości – metal nieżelazny o zawartości zanieczyszczeń właściwej dla sposobu jego wytwarzania, otrzymywany i oczyszczany metodami metalur-gicznymi. Maksymalna zawartość zanieczyszczeń i minimalna zawartość metalu określona jest normą.

Metal surowy – metal otrzymywany z surowców metalonośnych lub surowców wtórnych w procesie hutniczym, chemicznym lub w wyniku elektrolizy.

Metal raf inowany – metal otrzymywany z  metalu surowego, odpadów lub złomów, oczyszczony w procesie elektrorafinacji, rektyfikacji i rafinacji ogniowej albo chemicznej.

Metal przetopiony – metal otrzymywany przez przetopienie metalu surowego lub rafi-nowanego, odpadów albo złomów metalicznych.

Stop metalu nieżelaznego – stop, w którym metalem podstawowym jest metal nieżelazny.

Ceramiki i szkłaMateriały ceramiczne są wytwarzane przez spiekanie w wysokich temperaturach czystych związków (otrzymanych syntetycznie), takich jak tlenki, azotki czy węgliki – bez udziału fazy szklistej (amorficznej) lub z jej niewielkim udziałem.

Ceramiki i szkła są odporne na działanie obciążeń ściskających, odznaczają się dużą sztywnością, twardością i odpornością na ścieranie, ale są kruche. Mają dobrą odporność korozyjną na agresywne czynniki środowiska oraz działanie wysokich temperatur. Są też dobrymi izolatorami ciepła i elektryczności (niektóre materiały ceramiczne wykazują wła-ściwości półprzewodnikowe).

PolimeryPolimery charakteryzują się względnie niewielką wytrzymałością mechaniczną, dużą gięt-kością i odkształcalnością (np. elastomery). Mają tendencję do pełzania pod wpływem stale działającego obciążenia, nawet w temperaturze pokojowej. Na właściwości polimerów duży wpływ ma temperatura – wykonane z nich elementy nie mogą pracować w temperaturach wyższych od 200°C. Są odporne na korozję i odznaczają się niskimi wartościami współ-czynnika tarcia. Mają właściwości izolacyjne zarówno elektryczne, jak i cieplne. Wykorzy-stuje się je do wykonywania wyrobów o skomplikowanych kształtach. Polimery termopla-styczne są ciągliwe, natomiast termoutwardzalne – kruche.

28 1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…

Page 13: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

KompozytyKompozyty są kompozycją dwóch (lub większej liczby) materiałów. Charakteryzują się wy-jątkowymi własnościami mechanicznymi niespotykanymi w innych materiałach. Zawierają składniki stanowiące lepiszcze, zapewniające im spójność, twardość, odporność na ściska-nie i elastyczność, oraz materiały stanowiące komponent konstrukcyjny gwarantujący inne właściwości mechaniczne. Są lekkie i sztywne, ale jednocześnie wytrzymałe, mogą również wykazywać odporność na obciążenia udarowe.

PYTANIA I POLECENIA

1. Wymień podstawowe grupy materiałów konstrukcyjnych.2. Co to jest stop?3. Dlaczego surówki nie można wykorzystywać bezpośrednio do wytwarzania elementów

maszyn, urządzeń i narzędzi?4. Jakie są podstawowe właściwości polimerów?5. Co to są materiały kompozytowe?

291 .2 . KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

Page 14: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Do wykonywania elementów maszyn, urządzeń i narzędzi najczęściej wykorzystywane są stale. Ze względu na dużą różnorodność wymagań stawianych stali wytwarza się wiele jej rodzajów i gatunków (tabela 1.4, rys. 1.24). W niniejszym podręczniku będą przedstawio-ne tylko te, które są najczęściej stosowane do wytwarzania elementów maszyn, urządzeń i narzędzi.

W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: ■ co to są stale niestopowe (węglowe) ■ jakie cechy charakteryzują stale odporne na korozję ■ w jaki sposób można kształtować właściwości stali stopowych ■ jak rozpoznać rodzaj i gatunek stali

Stale1.3.

Rys. 1.24. Klasyfikacja stali wg PN-EN 10020:2003

stale stopowe specjalne

stale stopowe jakościowe

STALE

inne stale stopowestopy żelazastale niestopowe

stale narzędziowe

stale szybkotnące

stale stopowe na zbiorniki ciśnieniowe

stale stopowe maszynowe

stale na łożyska toczne

stale o specjalnych właściwościach fizycznych

jakościowe

specjalne

nierdzewne

żaroodporne

żarowytrzymałe

stale elektrotechniczne (pierwiastki stopowe: tylko Si lub Si i Al.)

stale stopowe przeznaczone do produkcji szyn oraz na obudowy górnicze

stale stopowe przeznaczone do produkcji wyrobów płaskich walcowanych na gorąco lub na zimno do dalszej obróbki plastycznej na zimno

stale stopowe, w których miedź jest jedynym pierwiastkiem stopowym

1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…30

Page 15: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Tabela 1.4. Kryteria klasyfikacji stali wg PN-EN 10020:2003

Kryterium podziału Przykładowe rodzaje i grupy stali

Skład chemiczny niestopowa (węglowa), stopowa

Podstawowe zastosowanie konstrukcyjna, maszynowa, narzędziowa, o szczególnych własnościach

Jakość (m.in. stężenie S i P) jakościowa, specjalna

Sposób wytwarzania martenowska, elektryczna, konwertorowa itp.

Sposób odtleniania uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona

Rodzaj produktów blachy, pręty, druty, odkuwki itp.

Postać lana, kuta, walcowana na gorąco, walcowana na zimno, ciągniona

Stan kwalifikacyjny surowy, wyważony normalizująco, ulepszony cieplnie i in.

Stale niestopowe (węglowe)Na właściwości stali niestopowych (węglowych) najistotniejszy wpływ wywiera zawartość węgla, który decyduje o właściwościach mechanicznych. Pozostałe pierwiastki znajdujące się w tych stalach pochodzą z przerobu hutniczego (krzem, mangan, aluminium) lub są zanieczyszczeniami (fosfor, siarka, tlen, wodór, azot, cyna, antymon, arsen). Zwiększenie zawartości węgla zwiększa wytrzymałość na rozciąganie Rm i zmniejsza plastyczność oraz spawalność stali. Maksymalną wytrzymałość stal osiąga przy zawartości ok. 0,85% węgla. Zawartość procentowa innych pierwiastków (poza żelazem i węglem) decyduje o zakwa-lifikowaniu danej stali do klasy stali niestopowych lub stopowych. Wartości graniczne są przedstawione w tabeli 1.5.

Tabela 1.5. Granica między stalami niestopowymi i stopowymi wg PN-EN 10020:2003

Pierwiastek Wartość graniczna % masowy

Al aluminium 0,30

B bor 0,0008

Bi bizmut 0,10

Co kobalt 0,30

Cr chrom 0,30

Cu miedź 0,40

La lantanowce (każdy) 0,10

Mn mangan 1,65

Mo molibden 0,08

Nb niob 0,06

Ni nikiel 0,30

311 .3 . STALE

Page 16: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Pierwiastek Wartość graniczna % masowy

Pb ołów 0,40

Se selen 0,10

Si krzem 0,60

Te tellur 0,10

Ti tytan 0,05

V wanad 0,10

W wolfram 0,30

Zr cyrkon 0,05

Inne (każdy pierwiastek z wyjątkiem węgla, fosforu, siarki i azotu) 0,10

Stale niestopowe jakościowe – gatunki stali o określonych wymaganiach dotyczących takich cech jak:• ciągliwość,• regulowana wielkość ziarna,• podatność na obróbkę plastyczną.

Stale niestopowe specjalne – mają wyższy stopień czystości metalurgicznej niż stale jakościowe i są przeznaczone do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego.

Spełniają jedno lub więcej z wymienionych wymagań:• określona udarność w stanie ulepszonym cieplnie,• określona hartowność lub twardość w stanie hartowanym,• określona (mała) zawartość wtrąceń niemetalicznych,• określona maksymalna zawartość P i S (do 0,020%),• określona praca łamania próbek wzdłużnych ISO z karbem V, większa niż 27 J w tem-

peraturze –50°C,• określona przewodność elektryczna (> 9 S · m/mm2).

Przykład klasyfikacji stali niestopowych przedstawiono w tabeli 1.6.

Tabela 1.6. Przykład klasyfikacji stali niestopowych

Główne cechy Dodatkowe cechy

Klasy jakości stali niestopowych

stale jakościowe stale specjalne

Re maks.Rm maks.lub HB maks. (stale miękkie niskowęglowe)

• stale miękkie na taśmy i blachy do obróbki plastycz-nej na zimno (ogólnego zastosowania, tłoczne, głębokotłoczne):– walcowane na gorąco

lub zimno– do ogniowego ocyn-

kowania, ołowiowania lub aluminiowania

32 1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…

Page 17: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Główne cechy Dodatkowe cechy

Klasy jakości stali niestopowych

stale jakościowe stale specjalne

Re min.lubRm min.

• stale kon-strukcyjne łącznie ze stalami na zbiorniki ciśnieniowe

• stale o stężeniu P i S ≤ 0,045%, np.:– konstrukcyjne walcowane

na gorąco– o podwyższonej

wytrzymałości– spawalne drobnoziarniste

konstrukcyjne– kadłubowe do budowy

statków– na blachy i taśmy do ocyn-

kowania ogniowego– na spawane butle gazowe

z blach i taśm– na blachy i taśmy do pracy

w podwyższonej tempera-turze i pod ciśnieniem

• stale na rury• stale o specjalnych własno-

ściach plastycznych, np. do ciągnienia, gięcia na zimno

• stale z określonym minimal-nym stężeniem miedzi.

• stale z minimalną pracą łamania KV ≥ Jw –50°C (próbki wzdłużne)

• stale dla energetyki jądrowej (do reaktorów jądrowych)

• stale do zbro-jenia betonu

stale do zbrojenia betonu i be-tonu wstępnie sprężonego

• stale do betonu wstępnie sprężonego

• stale szynowe stale na szyny szerokostopowe i o specjalnym profilu – na roz-jazdy i krzyżownice, nieobrabia-ne cieplnie

Stężenie węgla • stale automatowe

• stale automatowe:– nieprzeznaczone do obrób-

ki cieplnej– do nawęglania– do ulepszania cieplnego

• stale do ciągnienia

• stale na walcówkę do cią-gnienia i/lub walcowania na zimno

• stale o szczególnie ni-skim udziale wtrąceń niemetalicznych

• stale na walcówkę do ciągnienia i/lub walcowania na zimno, np. walcówka na sprężyny, drut do zbrojenia opon, spawalnicze materiały dodatkowe

• stale do spęcznia-nia na zimno

• stale do spęczniania i wyci-skania na zimno nieprzezna-czone do obróbki cieplnej

• stale do spęczniania i wyci-skania na zimno i do obróbki cieplnej:– do nawęglania– do ulepszania cieplnego

331 .3 . STALE

Page 18: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Główne cechy Dodatkowe cechy

Klasy jakości stali niestopowych

stale jakościowe stale specjalne

Stężenie węgla • stale do nawęglania

• stale niestopowe maszynowe do nawęglania

• stale do ulepszania cieplnego

• stale niestopowe maszynowe • stale niestopowe maszynowe do ulepszania cieplnego

• stale sprężynowe

• stale na taśmy walcowane na zimno do produkcji sprężyn

• stale na taśmy walcowane na zimno

• stale narzędziowe

• stale narzędziowe

• stale do hartowania powierzchniowego

Własności magnetyczne lub elektryczne

• stale o wymaganiach do-tyczących stratności i/lub własności magnetycznych

• stale o przewodności elek-trycznej ≥ 9 S · m/mm2

• stale o przewodności elektrycznej ≥ 9 S · m/mm2

Zastosowanie • stale na opa-kowania

• stale na najcieńsze blachy: ocynowane lub chromowane na opakowania

• spawalnicze materiały dodatkowe

• stale na elektrody otulone i drut do spawania

• stale na elektrody otulone i drut do spawania P i S ≤ 0,020 %

Stale odporne na korozjęDo klasy stali odpornych na korozję należą stale zawierające co najmniej 10,5% Cr oraz najwyżej 1,2% C. Dzielimy je na:• stale nierdzewne,• stale żaroodporne,• stale odporne na pełzanie (żarowytrzymałe).

Stale nierdzewne – cecha odporności stali na korozję jest powiązana z występowaniem w stali chromu, który zwiększa zdolność tzw. pasywacji stopów żelaza. Zjawisko pasywowa-nia się metali polega na wytwarzaniu się na ich powierzchni warstwy tlenków, która chroni metal przed korozją. Stopy żelaza z chromem przy zawartości powyżej 13÷14% Cr pasywują się już pod wpływem tlenu zawartego w powietrzu, co zapewnia im odporność chemiczną. Obok chromu w skład stali odpornych na korozję jako drugi podstawowy składnik często wchodzi nikiel. Na podstawie składu chemicznego można najogólniej podzielić stale nie-rdzewne na: chromowe i chromowo-niklowe.

Stale żaroodporne – żaroodporność określa odporność stali na korozyjne działanie ga-zów (zwłaszcza utleniających) w wysokich temperaturach (ponad 560°C). Przed utlenianiem w wysokich temperaturach chronią stal pierwiastki stopowe (chrom, aluminium, krzem), które utleniają się i tworzą warstewki tlenków (Cr2O3, Al2O3, SiO2) utrudniające dyfuzję tle-nu w głąb metalu. Im wyższa zawartość tych pierwiastków, tym większa żaroodporność stali.

34 1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…

Page 19: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Stale żarowytrzymałe – żarowytrzymałość to odporność materiału na odkształcenia i zdolność do przenoszenia obciążeń w wysokiej temperaturze (ponad 560°C). Jest ona związana przede wszystkim z wysoką odpornością materiału na pełzanie. Dodatkami sto-powymi zwiększającymi żarowytrzymałość są pierwiastki: Mo, W, C, Co, Ti, Cr, Si.

Stale stopoweSą to stale, do których celowo wprowadza się pierwiastki stopowe, aby nadać im wyma-

gane właściwości. Najczęściej stosuje się takie pierwiastki jak: mangan, krzem, chrom, nikiel, wolfram, molibden, wanad. Rzadziej wykorzystuje się aluminium, kobalt, miedź, tytan, tantal i niob, a w niektórych przypadkach azot. Pierwiastki stopowe są wprowadzane do stali w celu spowodowania pożądanych zmian w jej strukturze i poprawienia jej właści-wości wytrzymałościowych i technologicznych (tabela 1.7).

Ze względu na sumaryczne stężenie pierwiastków stopowych wyróżnia się następujące grupy stali stopowych:• niskostopowe – stężenie jednego pierwiastka (oprócz węgla) nie przekracza 2%, a za-

wartość wszystkich pierwiastków łącznie nie przekracza 3,5%;• średniostopowe – stężenie jednego pierwiastka (oprócz węgla) przekracza 2%, ale jest

mniejsze od 8%, a zawartość wszystkich pierwiastków łącznie nie przekracza 12%;• wysokostopowe – stężenie jednego pierwiastka przekracza 8%, a zawartość wszystkich

pierwiastków łącznie nie przekracza 55%.

Tabela 1.7. Najczęściej stosowane dodatki stopowe w stalach

Dodatek stopowy Wpływ na właściwości stali stopowej

Chrom podwyższa hartowność stali i zwiększa jej wytrzymałość mechaniczną oraz odporność korozję, ścieranie i wysoką temperaturę

Kobalt zwiększa twardość stali, zmniejsza hartowność

Krzem zmniejsza energetyczne straty prądowe w stali transformatorowej, zwiększa jej sprężystość i wytrzymałość

Mangan podwyższa wytrzymałość na rozciąganie, uderzenia i ścieranie, ułatwia obróbkę plastyczną na gorąco

Miedź podnosi odporność na korozję

Molibden zwiększa hartowność stali, wytrzymałość, odporność na pełzanie, zmniejsza kruchość, zwiększa odporność na działanie wysokich temperatur, poprawia spawalność

Nikiel ułatwia proces hartowania i zwiększa jego głębokość, podnosi wytrzymałość na uderzenia, wzmacnia stal, opóźniając pękanie, ułatwia spawanie, zwiększa odporność na korozję i działanie wysokiej temperatury

Wanad zwiększa twardość i hartowność stali

Wolfram zwiększa wytrzymałość i odporność na ścieranie

Stale stopowe jakościoweDla stali stopowych jakościowych stosuje się takie same kryteria klasyfikacji jak dla stali niestopowych jakościowych, z uwzględnieniem dodatkowych wymagań dotyczących stę-żenia pierwiastków stopowych, równego lub większego od wartości granicznych podanych w tabeli 1.5 (patrz: s. 31).

351 .3 . STALE

Page 20: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Do stali stopowych jakościowych zalicza się:• stale elektrotechniczne – zawierające tylko krzem i aluminium jako pierwiastki stopowe,

o pożądanych właściwościach elektrycznych i magnetycznych;• stale stopowe na szyny, grodzice oraz kształtowniki na obudowy górnicze – zawierające od-

powiednie pierwiastki stopowe w celu podwyższenia właściwości użytkowych produktów;• stale stopowe na produkty płaskie walcowane na zimno lub na gorąco – przeznaczone

do dalszej obróbki plastycznej na zimno, zawierające pierwiastki rozdrabniające ziarno i ułatwiające obróbkę plastyczną;

• stale stopowe z miedzią jako jedynym pierwiastkiem stopowym.Stale stopowe specjalne – obejmują wszystkie gatunki stali, które nie zostały ujęte w kla-

sie stali odpornych na korozję oraz stalach stopowych jakościowych.Stale narzędziowe – charakteryzują się następującymi właściwościami:

• odpornością na zużycie i odkształcenie,• udarnością,• odpornością na odpuszczające działanie ciepła wytwarzającego się podczas obróbki.

Właściwości stali narzędziowych wynikają z ich składu chemicznego, zawartości takich pierwiastków stopowych jak Cr, Mo, W, V, Mn, zwiększających hartowność, odporność na wysoką temperaturę i twardość.

Ze stali narzędziowych wykonuje się narzędzia służące do kształtowania wszystkich grup materiałów: metali (przez kucie, skrawanie, cięcie, wyciskanie, ciągnienie, walco-wanie czy odlewanie do form metalowych), polimerów, ceramik i kompozytów. Wyróżnia się wśród nich gatunki stali narzędziowych przeznaczonych do pracy na zimno oraz na gorąco. Warunki pracy na zimno oznaczają, że stal narzędziowa powinna zachować swoje właściwości w temperaturze pracy wynoszącej 200°C. Ze stali narzędziowej przeznaczonej do pracy na zimno wykonuje się narzędzia, które podczas pracy się nie rozgrzewają, np. na-rzędzia do cięcia papieru i gumy, noże krążkowe, wiertła, rozwiertaki, frezy, punktaki, prze-bijaki, gwintowniki, narzynki, piły tarczowe, piły ręczne, ostrza do nożyc i wykrojników czy kowadła i rolki do walcowania na zimno. W przypadku stali narzędziowej przeznaczonej do pracy na gorąco powinna ona zachować swoje właściwości w temperaturze do 600°C. Stale narzędziowe do pracy na gorąco wykorzystuje się do produkcji: matryc do pras i kuźniarek, stempli do spęczniania, trzpieni i ciągadeł do przeciągania na gorąco rur i prętów, bębnów walcarek, noży, przebijaków do gorących blach itp.

Stale szybkotnące – stale stopowe narzędziowe używane do wytwarzania narzędzi słu-żących do obróbki skrawaniem przy dużych prędkościach skrawania. Wymaga się od nich zachowania twardości i kształtu aż do temperatury 600°C. Ze stali szybkotnącej wykonuje się noże tokarskie, frezy, wiertła i  inne narzędzia skrawające nagrzewające się w czasie pracy do wysokich temperatur.

Stale stopowe na zbiorniki ciśnieniowe – stosowane do wykonywania zbiorników ciśnie-niowych, butli gazowych, rur. Właściwości tych stali umożliwiają pracę w niskich i wyso-kich temperaturach.

Stale stopowe maszynowe – jest wiele rodzajów stali stopowych maszynowych:• stale stopowe do ulepszania cieplnego, zawierające od 0,25 do 0,5% C oraz pierwiastki: Mn

(od 0,45 do 1,25%), Cr (do 3,3%), Ni (do 3,8%), Mo (do 0,95%), V (do 0,2%). Po ulepszeniu cieplnym charakteryzują się one wysoką wytrzymałością Rm oraz Re, wysoką ciągliwością, hartownością i skrawalnością; ulepszanie stali polega na połączeniu hartowania z wyso-kim odpuszczaniem; ze stali tych wykonywane są odpowiedzialne wyroby stalowe, pracu-jące w warunkach wymagających szczególnej odporności zmęczeniowej i udarnościowej, takie jak wały okrętowe i samochodowe, wały korbowe, części złączne, ściągi itp.;

36 1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…

Page 21: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

• stale do nawęglania – stale o zawartości węgla od 0,08% do 0,25%; poddawanie ich na-węglaniu powoduje zachowanie ciągliwości oraz zwiększenie twardości powierzchni; są wykorzystywane do wykonywania kół i wałków zębatych, sworzni tłokowych, przegubów kulistych i tulei pracujących pod dużym naciskiem i obciążeniem;

• stale do azotowania – poddaje się je azotowaniu dla utworzenia na ich powierzchni azotków w celu zwiększenia twardości; powierzchnie stali poddanych azotowaniu cha-rakteryzują się wysoką odpornością na naprężenia stykowe występujące np. w miejscu styku zębów kół zębatych; głównymi dodatkami stopowymi stali do azotowania są pier-wiastki Al, Cr, Mo;

• stale automatowe – przeznaczone do obróbki skrawaniem z dużymi prędkościami na automatach; charakteryzują się krótkim, łamliwym wiórem, nieprzylegającym do na-rzędzia, zmniejszonym tarciem i wydzielaniem ciepła podczas skrawania, umożliwiają łatwe wykańczanie powierzchni (zawsze jest gładka i dobrej jakości); wykorzystuje się je do wytwarzania elementów umiarkowanie obciążonych, produkowanych masowo, często o skomplikowanym kształcie, np. śrub, nakrętek, podkładek, końcówek przewo-dów hydraulicznych;

• stale umacniane wydzieleniowo – typu maraging (ang. martensite – martenzyt, aging – dojrzewanie); jest to stal wysokostopowa niskowęglowa (do 0,03% węgla, do 18% niklu, 8–20% kobaltu, 3–10% molibdenu, 0,1–1,6% tytanu i ok. 0,1% aluminium), odporna na korozję, o bardzo dużej wytrzymałości i odporności na pękanie; stosowana do wytwarza-nia elementów pracujących w temp. od –200°C do 600°C, w warunkach dużych obciążeń mechanicznych (w technice lotniczej i rakietowej, przemyśle zbrojeniowym, okrętowym, chemicznym i naftowym – do produkowania zbiorników wysokociśnieniowych).Stale na łożyska toczne – wykonuje się z nich części łożysk tocznych (kulki, pierścienie

wewnętrzne i zewnętrzne); charakteryzują się one dużą odpornością na ścieranie i działa-nie zmiennych obciążeń.

Stale o szczególnych właściwościach f izycznych• Stale zaworowe – odporne na ścieranie, przeznaczone do pracy w wysokich tempera-

turach (do ok. 900°C); wykonywane są z nich zawory silników spalinowych i silników lotniczych.

• Stale i stopy oporowe – charakteryzują się dużą opornością właściwą, w niewielkim stop-niu zależną od zmian temperatury, oraz żaroodpornością i żarowytrzymałością; wykonu-je się z nich: rezystory regulacyjne i pomiarowe, elementy grzejne, termoelementy; stale i stopy oporowe to m.in.: konstantan, miedzionikiel, nichrom, kantale.

• Nadstopy i stopy wysokożarowytrzymałe – grupa materiałów cechujących się wysoką ża-roodpornością, wytrzymałością i odpornością na pełzanie w wysokich temperaturach, wysoką stabilnością powierzchniową oraz odpornością na korozję i utlenianie; podsta-wowymi składnikami nadstopów są: żelazo, nikiel i kobalt; wykorzystuje się je do wytwa-rzania łopatek turbin gazowych i turbin silników odrzutowych pracujących w wysokich temperaturach.

• Stale do pracy w obniżonej temperaturze – od poniżej 0°C do temperatury wrzenia helu, tj. ok. –269°C; wykorzystuje się je do wykonywania instalacji w przemyśle chemicznym i petrochemicznym, w chłodnictwie, przemyśle lotniczym i nuklearnym oraz w kosmo-nautyce; wraz z obniżaniem się temperatury pracy zwiększa się ich wytrzymałość, nato-miast zmniejsza ciągliwość i odporność na kruche pękanie.

• Stale o szczególnych własnościach magnetycznych – używane do wytwarzania magnesów trwałych.

371 .3 . STALE

Page 22: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Oznaczanie staliOznaczanie stali zgodnie z normami europejskimi opiera się na dwóch systemach:1. znakowym (wg PN-EN 10027-1:1994); znak stali składa się z symboli literowych i cyfr;2. cyfrowym (wg PN-EN 10027-2:1994); znak stali składa się tylko z cyfr.

System literowy i cyfrowyKażdy gatunek stali ma nadany znak i numer identyfikujący tylko jeden materiał. Symbole w znaku są tak dobrane, że wskazują na jej główne cechy (zastosowanie, właściwości me-chaniczne lub fizyczne, skład chemiczny), co ułatwia uproszczoną identyfikację.

W oznaczeniu stali mamy do czynienia z dwiema grupami znaków.Grupa 1 – znaki zawierające symbole wskazujące na zastosowanie oraz mechaniczne lub

fizyczne właściwości stali (tabela 1.8).

Tabela 1.8. Składniki symbolu głównego znaku

Stale lub produkty ze stali Składniki symbolu głównego znaku stali (przykłady oznaczeń stali)

Stale konstrukcyjne • S i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (S235)

Stale maszynowe • E i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (E295)

Stale na urządzenia ciśnieniowe • P i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (P460)

Stale na rury przewodowe • L i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (L360)

Produkty płaskie walcowane na zimno ze stali o podwyższonej wytrzymałości przeznaczonych do kształtowania na zimno

• H i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa lub HT i liczba odpowiadająca minimalnej wytrzymało-ści na rozciąganie w MPa (H420)

Produkty płaskie ze stali miękkich przeznaczonych do kształtowa-nia na zimno (z wyjątkiem stali grupy H)

• DC dla produktów walcowanych na zimno, lub• DD dla produktów walcowanych na gorąco, lub• DX dla produktów bez wymaganego sposobu walcowania i dwa

symbole cyfrowe lub literowe charakteryzujące stal (DC 03)

Produkty (blacha i taśma) walcow-ni blachy ocynkowanej

• TH i liczba odpowiadająca nominalnej twardości HR30Tm dla produktów o jednokrotnie redukowanej grubości

• T i liczba odpowiadająca nominalnej granicy plastyczności w MPa dla produktów o dwukrotnie redukowanej grubości (TH52, T660)

Stale elektrotechniczne • M i liczba odpowiadająca 100-krotnej maksymalnej stratności w W/kg, kreska pozioma, liczba odpowiadająca 100-krotnej grubości produktu w mm oraz litera (A, D, E, N, S lub P) ozna-czająca rodzaj blachy lub taśmy (M430-50D)

Grupa 2 – znaki zawierające symbole wskazujące na skład chemiczny stali.Dla stali niestopowych (bez stali automatowych) o średniej zawartości manganu <1% znak

składa się z następujących symboli, umieszczonych kolejno po sobie:• litery C,• liczby będącej 100-krotną średnią wymaganą zawartością procentową węgla,

38 1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…

Page 23: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

• symbolu dodatkowego określającego stan obróbki cieplnej wyrobu (zgodnie z normą PN-EN 10027-1:1994), np. C85S – stal niestopowa o zawartości węgla 0,85%, przezna-czona na sprężyny.

Dla stali niestopowych o średniej zawartości manganu ≥1%, niestopowych stali auto-matowych i stali stopowych (bez stali szybkotnących) o zawartości każdego pierwiastka stopowego <5% w skład znaku wchodzą:• liczba będąca 100-krotną wymaganej średniej zawartości węgla;• symbole pierwiastków chemicznych oznaczających składniki stopowe w stali (w kolejno-

ści malejącej zawartości pierwiastków stopowych, a w przypadku identycznej zawartości w kolejności alfabetycznej);

• liczby oznaczające zawartość poszczególnych pierwiastków stopowych w stali; każda liczba to średni procent pomnożony przez współczynnik i zaokrąglony do najbliższej liczby całkowitej; liczby wskazujące zawartość poszczególnych pierwiastków oddziela się kreską poziomą;

Pierwiastek Współczynnik

Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4

Al., Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr 10

Ce, N, P, S 100

B 1000

• symbole dodatkowe oznaczające wymagania specjalne oraz stan obróbki cieplnej wyrobu (zgodnie z normą PN-EN 10027-1:1994), np. 13MnNi6-3 – stal niestopowa o zawartości 0,13% węgla, 1,5% manganu i 0,75% niklu.

Dla stali stopowych (bez stali szybkotnących) zawierających przynajmniej jeden pierwia-stek stopowy ≥5% znak stali składa się z następujących symboli literowych lub liczbowych:• litery X,• liczby będącej 100-krotną wymaganą średnią zawartością węgla,• symboli składników stopowych stali w kolejności malejącej zawartości, a w przypadku

jednakowej zawartości składników stopowych w kolejności alfabetycznej• liczb oznaczających średni procent zawartości pierwiastków stopowych oddzielonych

od siebie kreskami,• symbolu dodatkowego oznaczającego wymagania specjalne oraz stan obróbki cieplnej

wyrobu (zgodnie z normą PN-EN 10027-1:1994), np. X10CrNi18-8 – stal stopowa o zawar-tości 0,1% węgla, 18% chromu i 8% niklu.

Dla stali szybkotnących znak stali składa się z:• liter HS• liczb oznaczających średnie procentowe zawartości pierwiastków stopowych, zaokrą-

glone do liczby całkowitej i oddzielone kreską poziomą w następującym porządku: wol-fram (W) – molibden (Mo) – wanad (V) – kobalt (Co), np. HS2-9-1-8 – stal szybkotnąca o zawartości 2% wolframu, 9% molibdenu, 1% wanadu i 8% kobaltu.

System cyfrowy (PN-EN 10027-2:1994)W przypadku oznaczania stali w systemie cyfrowym każdy gatunek stali ma nadany numer składający się z pięciu cyfr, który można stosować zamiast znaku stali. Numer ten nadaje

Europejskie Biuro Rejestracyjne. Każdy numer dotyczy tylko jednego gatunku stali i od-wrotnie, każdy gatunek stali ma tylko jeden numer. Raz nadanych numerów się nie zmie-nia. Numer składa się z ciągu cyfr zapisanych według następującej zasady:

391 .3 . STALE

Page 24: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

A BB XX(XX), gdzie: A – numer grupy materiału (stale mają numer 1), BB – numer grupy stali, XX – kolejny numer materiału (cyfry w nawiasach przeznaczone są do wyko-rzystania w przyszłości), np. 1.4821 – stal stopowa żaroodporna.

W tabeli 1.9 podano przykłady oznaczeń stali według PN, PN-EN.

Tabela 1.9. Przykłady oznaczeń stali wg PN, PN-EN (cyfrowo-literowe oraz cyfrowe)

Oznaczenie stali wg PN

Cyfrowo-literowe oznaczenie

stali wg PN-EN, lub odpowiedniki

wg EN

Oznaczenie stali wg PN-EN cyfrowe Zastosowanie stali

St3S S235JR wg EN nośne elementy konstrukcji spawa-nych wykonanych z blach i profili, słupy energetyczne i trakcyjne, belki stropowe

MSt5 E295 wg EN średnio obciążone części maszyn: wały, osie, wały wykorbione, czopy, tłoki, dźwignie, kliny, drążki, śruby, pierścienie

45 C45 wg EN części średnio obciążone odpor-niejsze na ścieranie, takie jak: osie, wały korbowe, mimośrodo-we i uzębione, wrzeciona, walce, wirniki pomp itp.

1H18N9T X10CrNiTi18-10 wg EN

1.4541 wymienniki ciepła, zbiorniki do kwasów, rurociągi, autoklawy, mie-szadła, kotły destylacyjne, elemen-ty pomp, elementy mechanizmów narażone na korozję

R35 brak rury bez szwu walcowane na go-rąco, ciągnione lub walcowane na zimno, rury bez szwu precyzyjne, rury bez szwu kołnierzowe, rury do budowy statków itp.

PYTANIA I POLECENIA

1. Według jakich kryteriów klasyfikuje się stale?2. Określ kryterium podziału stali na niestopowe i stopowe.3. Jakie dodatki zwiększają odporność stali stopowych na korozję?4. Wymień zastosowania stali szybkotnącej.5. Scharakteryzuj właściwości stali typu maraging.6. Określ zawartość węgla w stali niestopowej o oznaczeniu C85S.

40 1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…

Page 25: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Żeliwo to stop odlewniczy żelaza i węgla zawierający ponad 2% do 4,5% węgla oraz inne dodatki; jest materiałem kruchym, nienadającym się do obróbki plastycznej ani na zimno, ani na gorąco. Otrzymuje się je przez przetapianie surówki z dodatkiem złomu stalowego lub żeliwnego. Jest powszechnie wykorzystywane do budowy maszyn, przede wszystkim do wykonywania odlewów (np. korpusów).

Charakterystycznymi właściwościami żeliwa są:• łatwość odlewania,• dobra wytrzymałość,• zdolność tłumienia drgań,• dobra skrawalność i odporność na ścieranie,• mała rozszerzalność cieplna,• relatywnie niski koszt wytworzenia,• mała ciągliwość i udarność,• niska wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu z wytrzymałością na ściskanie.

Najważniejszym składnikiem żeliwa jest węgiel. Od zawartości tego pierwiastka zależą temperatura topnienia i lejność żeliwa. Węgiel w żeliwach może znajdować się jako pierwia-stek wolny – pod postacią grafitu lub związany z żelazem – pod postacią cementytu (Fe3O2).

W związku z tym rozróżnia się:• żeliwa szare, w których węgiel ma postać grafitu i dlatego ich przełom jest szary;• żeliwa białe, w których węgiel ma postać cementytu – przełom jest jasny;• żeliwa pstre lub połowiczne, w których węgiel występuje w pewnych skupieniach prze-

ważnie jako grafit, w innych jako cementyt i z tego powodu przełom ich jest pstry.Żeliwa białe są twarde i kruche, nie nadają się do obróbki skrawaniem (można je szlifo-

wać), ale mają dobre właściwości odlewnicze i wysoką odporność na ścieranie. Stosowane są do wykonywania na przykład okładzin sprzęgieł, walców drogowych, kul do młynów, przenośników materiałów sypkich.

Żeliwa szare mają niewielką wytrzymałość na rozciąganie (mniej niż 250 N/mm2), lecz za to wykazują dużą zdolność do tłumienia drgań.

Wśród żeliw szarych wyróżnia się żeliwa ciągliwe i żeliwa sferoidalne.Żeliwo sferoidalne uzyskuje się przez modyfikowanie żeliwa szarego. W wyniku tego

zabiegu znajdujący się w tym żeliwie grafit przybiera postać kulistą. Żeliwo sferoidalne ma dobre własności wytrzymałościowe. Może bez uszkodzeń ulegać odkształceniu, jest

W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: ■ jakie są najważniejsze rodzaje i właściwości żeliw ■ jakie są typowe zastosowania żeliw ■ czym charakteryzuje się żeliwo ADI ■ jak oznacza się poszczególne rodzaje żeliw

Żeliwa1.4.

1 .4 . ŻELIWA 41

Page 26: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

odporne na ściskanie i zginanie oraz na wysokie ciśnienie. Coraz większe zastosowanie ma żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie (tzw. żeliwo ausferrytyczne ADI), które ma bar-dzo dobrą wytrzymałość, udarność oraz wytrzymałość zmęczeniową. Żeliwo ADI posiada odporność na zużycie porównywalną ze stalą oraz wytrzymałość na jednostkę wagową po-równywalną z aluminium. Jego wytrzymałość na rozciąganie oraz granica plastyczności są dwukrotnie wyższe niż standardowego żeliwa sferoidalnego, a wytrzymałość zmęczeniowa jest większa o 50%. Żeliwo ADI ma bardzo dobre właściwości odlewnicze. Wykorzystywane jest między innymi do wytwarzania elementów zawieszenia i układu przenoszenia napędu w samochodach.

Żeliwo ciągliwe uzyskuje się przez długotrwałe wyżarzanie odlewów z żeliwa białego (jest to tzw. grafityzacja). Otrzymany w ten sposób materiał ma dobrą ciągliwość i właściwości zbliżone do stali. Wykorzystywane jest do wytwarzania elementów maszyn górniczych i samochodów.

Żeliwa połowiczne nie mają bezpośredniego zastosowania, niekiedy wykorzystuje się odlewy zabielone, które zaraz po odlaniu poddawane są szybkiemu chłodzeniu, dzięki czemu ich wierzchnia warstwa ma strukturę żeliwa białego. Używa się ich do wytwarzania elementów wymagających dużej odporności, takich jak walce hutnicze, bębny młynów itp.

Typowe zastosowanie żeliw zostało przedstawione w tabeli 1.10.

Tabela 1.10. Typowe zastosowanie żeliw

Rodzaj żeliwa Zastosowanie

Białe odlewy odporne na ścieranie, niewymagające dokładniejszej obróbki skrawa-niem: wykładziny i ślimaki mieszalników oraz przenośników materiałów sypkich, kule młynów kulowych, klocki hamulcowe

Szare z grafitem płatkowym

masowo produkowane: odlewy nieprzenoszące obciążeń (ruszty, płyty i drzwi pieców, grzejniki, wanny, zlewy), odlewy części maszyn, wlewnice, cylindry samochodowe, tłoki

Sferoidalne części samochodowe (wałki rozrządu, korbowody, wały korbowe, części układu kierowniczego), koła zębate i wrzeciona obrabiarek, części armatury przemysłowej, walce hutnicze

Ciągliwe osnowa ferrytyczna

odlewy niewymagające większej wytrzymałości, a przy tym tanie: części ma-szyn rolniczych, maszyn do szycia i artykułów gospodarstwa domowego

osnowa perlityczna

odlewy silniej obciążone: wałki rozrządu, wały korbowe, krzywki, koła zęba-te, klucze maszynowe, podstawy dział

Żeliwa stopoweŻeliwa stopowe zawierają składniki uszlachetniające, takie jak: nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad, aluminium i inne oraz krzem (powyżej 4,5 %) i mangan (powyżej 7 %). Nazwy tych żeliw pochodzą od znajdujących się w nich składników stopowych. Stosowane są do produkcji odlewów bardziej pracujących w wyjątkowo trudnych warunkach.

Najważniejsze właściwości żeliw stopowych to:• odporność na korozję,• odporność na wysoką temperaturę,• odporność na ścieranie.

Żeliwa stopowe są używane do wykonywania odlewów części pracujących w szczegól-nie niesprzyjających warunkach. Ze względu na swoje cenne właściwości i niską cenę

42 1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…

Page 27: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

znalazły szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Jest to jeden z najważniej-szych materiałów wykorzystywanych w budowie maszyn, przede wszystkim dzięki dobrej obrabialności, dużej odporności na ścieranie i zdolności do tłumienia drgań oraz stałej powtarzalności wymiaru.

Żeliwa odporne na ścieranieŻeliwami o dużej odporności na ścieranie są żeliwa białe. Zmniejszenie kruchości żeliwa białego można uzyskać przez wprowadzenie do niego odpowiedniej ilości niklu, manga-nu, chromu.

Żeliwa odporne na korozjęWprowadzenie do żeliwa węglowego takich dodatków jak: krzem, chrom, nikiel czy alu-minium pozwala na podniesienie jego odporności na korozję. Żeliwa wysokokrzemowe (o zawartości Si 14–18%) są odporne na działanie wszystkich kwasów tlenowych, nato-miast dodatek 3–4% molibdenu powoduje wzrost odporności na działanie chlorowodoru oraz kwasów gorących. Żeliwa te charakteryzują się niską wytrzymałością na rozciąganie i wysoką twardością. Żeliwa wysokoniklowe mają znaczną odporność na działanie zarów-no kwasów, jak i stężonych ługów, są odporne na ścieranie, mają także zdolność tłumie-nia drgań. Żeliwa wysokochromowe obok odporności na ścieranie wykazują właściwości antykorozyjne.

Żeliwa żaroodporneŻeliwa zwykłe nie są odporne na działanie temperatur powyżej 250°C, ale przez dodanie do nich Cr, Ni, Al, Si, Cu i Mo zwiększa się ich żaroodporność nawet do temperatury 1200°C.

System oznaczania żeliw (PN-EN 1560)Oznaczenie żeliwa powinno zawierać najwyżej sześć pozycji (nie wszystkie muszą być wykorzystane):1. pozycja pierwsza – EN,2. pozycja druga – symbol dla żeliwa (G – materiał odlewany, J – żeliwo),3. pozycja trzecia – symbol dla postaci grafitu (L – grafit płatkowy, S – kulkowy, M – żarze-

nia, V – wermikularny, N – struktura niezawierająca grafitu, Y – struktura specjalna),4. pozycja czwarta – symbol dla mikrostruktury lub makrostruktury (A – austenit, F – fer-

ryt, P – perlit, M – martenzyt, L – ledeburyt, Q – stan po hartowaniu, T – stan po harto-waniu i odpuszczaniu, B – przełom czarny, W – przełom biały),

5. pozycja piąta – symbol dla klasyfikacji wg właściwości mechanicznych lub składu che-micznego,

6. pozycja szósta – symbol dla wymagań dodatkowych (D – odlew surowy, H – odlew po obróbce cieplnej).Przykłady oznaczania żeliw:

• EN-GJL-150 – żeliwo szare, Rm min 150 N/mm2,• EN-JL1020 – żeliwo szare.

PYTANIA I POLECENIA

1. Jakie są charakterystyczne właściwości żeliw?2. Określ typowe zastosowania żeliwa szarego.3. Scharakteryzuj właściwości żeliw odpornych na korozję.

431 .4 . ŻELIWA

Page 28: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Staliwo jest to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, zawierający do około 2,0% węgla, otrzymywany w procesach stalowniczych, w stanie ciekłym odlewany do form od-lewniczych. Odlewy takie mogą być wykorzystywane bezpośrednio po zakrzepnięciu bez dalszej obróbki cieplnej, mogą też być obrabiane cieplnie lub poddawane obróbce cieplno--chemicznej.

Najważniejsze cechy staliwa:• lepsze własności wytrzymałościowe i plastyczne od żeliwa,• dobra spawalność (zwłaszcza staliwa niskowęglowe i niskostopowe),• gorsze właściwości odlewnicze ze względu na skurcz dochodzący do 2% oraz wysoką

temperaturę topnienia, dochodzącą do 1600°C.Wyróżnia się następujące rodzaje staliw:

• niestopowe (konstrukcyjne i maszynowe),• stopowe (konstrukcyjne, maszynowe, do wykonywania urządzeń ciśnieniowych, do pra-

cy w obniżonej lub podwyższonej temperaturze, odporne na ścieranie i korozję, żarood-porne i żarowytrzymałe, narzędziowe).Staliwo niestopowe – cieplnie obrabialny stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami

pochodzącymi z przerobu hutniczego, przeznaczony do wykonywania odlewów elementów maszyn i urządzeń o masie od kilku kg do kilkuset ton. Teoretycznie może zawierać do 2% węgla, w praktyce zawiera go 0,1–0,6%. Odlewy staliwne można poddawać obróbce cieplnej (wyżarzaniu, hartowaniu, odpuszczaniu) oraz cieplno-chemicznej.

Staliwa stopowe – zawierają dodatki stopowe o stężeniu przekraczającym takie same wartości graniczne jak dla stali stopowych. Wyróżnia się staliwa:• niskostopowe – łączne stężenie dodatków stopowych nie przekracza 2,5%,• średniostopowe – łączne stężenie dodatków stopowych zawiera się w przedziale 2,5–5%,• wysokostopowe – łączne stężenie dodatków stopowych jest większe niż 5%.

Dodatkami staliw stopowych są głównie Ni, Cr, Si, Ma. Często stosowane są również Mo, V, W, Ti, Nb, Co i B. Właściwości staliw stopowych często polepsza się przez modyfi-kowanie, np. mieszankami cerowymi, a także przez zastosowanie odpowiedniej obróbki cieplnej odlewów.

Staliwa żaroodporne i żarowytrzymałe – w wysokich temperaturach zachowują dużą war-tość właściwości mechanicznych, a przede wszystkim stosunkowo dużą wartość wytrzy-małości na pełzanie. Charakteryzują się odpornością na bezpośrednie działanie płomienia

W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: ■ jakie są najważniejsze rodzaje i właściwości staliw ■ jakie zastosowanie mają staliwa ■ jaka jest różnica pomiędzy staliwem a stalą ■ jak oznacza się poszczególne rodzaje staliw

Staliwa1.5.

1 . MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE STOSOWANE DO WYKONYWANIA…44

Page 29: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

lub spalin w wysokich temperaturach. Staliwa do pracy w podwyższonych temperaturach charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi oraz wyznaczoną granicą pełza-nia w zakresie temperatury do 600°C.

Staliwa stopowe odporne na korozję (nierdzewne i kwasoodporne) charakteryzują się zwiększoną odpornością na działanie korozyjne atmosfery, kwasów oraz niektórych ośrod-ków korozyjnych. Wszystkie gatunki staliwa odpornego na korozję mogą być spawane. Za-stosowanie tych staliw jest podobne jak stali nierdzewnych i kwasoodpornych o podobnym składzie chemicznym.

Staliwa odporne na ścieranie – są używane w stanie normalizowanym i ulepszonym.Wykorzystuje się je do wytwarzania: korpusów sprzęgieł, elementów czerpaków kopa-

rek, kół zębatych, ogniw gąsienicowych, płyt pancernych, szczęk do kruszarek, kół jezdnych do suwnic itp., a więc elementów i urządzeń pracujących w warunkach dużych obciążeń.

Staliwa narzędziowe służą do wytwarzania: walców hutniczych, matryc kuźniczych, form ciśnieniowych i wkładek do form, pierścieni do przeciągania itp. Odlewy ze staliwa narzę-dziowego często poddaje się wyżarzaniu i ulepszaniu cieplnemu w celu zapewnienia im odpowiedniej twardości. Zaletą tego staliwa jest spawalność, co umożliwia regenerację narzędzi.

Przykłady oznaczania staliw:• L600 – staliwo węglowe,• L35GM – staliwo manganowo-molibdenowe,• L18H2M – staliwo chromowo-molibdenowe,• LH17N8 – staliwo chromowo-niklowe,• L45HN2MF – staliwo chromowo-niklowo-molibdenowo-wanadowe.

PYTANIA I POLECENIA

1. Omów podobieństwa i różnice pomiędzy stalą i staliwem.2. Przedstaw najważniejsze właściwości staliw.3. Jaką zawartość dodatków stopowych może mieć staliwo niskostopowe?

451 .5 . STALIWA

Page 30: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej
Page 31: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

4▪ Przygotowanie procesów obróbki ręcznej

▪ Organizacja stanowiska obróbki ręcznej ▪ Trasowanie

Page 32: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Przedmioty poddawane obróbce ręcznej powinny zostać wcześniej odpowiednio przygo-towane. Jednym z elementów takiego przygotowania jest trasowanie przedmiotów, czyli naniesienie na ich powierzchnię linii wyznaczających miejsca, które mają być poddane obróbce (np. linii obróbkowych, środków otworów, osi symetrii oraz zarysu części po ob-róbce, a także linii wyznaczających miejsca, do których należy usunąć nadmiar materiału). Trasowanie wykonuje się podczas większości operacji obróbki ręcznej.

Do trasowania są używane narzędzia i przyrządy pomocnicze umożliwiające:• ustabilizowanie materiału trasowanego,• wyznaczenie położenia linii,• naniesienie linii na powierzchni materiału,• zaznaczenie i utrwalenie na powierzchni materiału punktów wyznaczających linię ob-

róbki.Trasowanie jest operacją wymagającą dużej dokładności i staranności, dlatego bardzo

ważne jest zapewnienie stabilnego położenia trasowanych elementów oraz używanych podczas tej operacji narzędzi i przyrządów. Najczęściej wykorzystywane są płyty traserskie o płaskiej, dokładnie obrobionej powierzchni, dużej sztywności i znacznej masie.

Płyty traserskie są wykonywane z żeliwa, granitu lub materiałów ceramicznych i mają różną wielkość (najczęściej produkowane są płyty o  wymiarach od 160 × 160  mm do 8000 × 3000 mm i masie do ok. 16 000 kg).

Przyrządami traserskimi używanymi do stabilizowania (tj. ustawienia położenia i pod-trzymywania) materiału (przedmiotu) trasowanego mogą być: płyty, podstawki, skrzynki traserskie oraz imadła, uchwyty kłowe lub uchwyty magnetyczne.

Do wyznaczania położenia trasowanej linii stosuje się: suwmiarki traserskie, znaczniki traserskie, cyrkle traserskie, liniały traserskie z podstawą, kątowniki z podstawą, środkow-niki i wysokościomierze z końcówką traserską. Nanoszenie linii na powierzchnię mate-riału trasowanego wykonuje się za pomocą rysików, a do ich utrwalenia służą punktaki. Do punktowania wykorzystuje się również młotki.

Niedokładność trasowania wynosi zwykle od 0,2 do 0,5 mm, lecz po spełnieniu pewnych warunków (stosowanie dokładnych przyrządów i narzędzi, zachowanie szczególnej staran-ności) może wynosić ±0,05 mm.

Przyrządy umożliwiające stabilizację trasowanych przedmiotów przedstawione są na ry-sunku 4.6, a podstawowe narzędzia wykorzystywane podczas trasowania – na rysunku 4.7.

W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: ■ jak przygotować materiał, który ma być poddany obróbce ręcznej ■ na czym polega trasowanie na płaszczyźnie ■ w jaki sposób wykonuje się trasowanie przestrzenne

Trasowanie4.2.

4. PRZYGOTOWANIE PROCESÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ158

Page 33: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Rys. 4.6. Przyrządy do stabilizowania przedmiotów trasowanych: a), b) kostki traserskie, c), d) ką-towniki stałe, e) kątownik z otworami do mocowania trasowanych przedmiotów, f ), g) kliny, h) pod-stawki pryzmowe, i), j) podstawki nastawne, k) podstawka pryzmowa nastawna, l) listwa do moco-wania, m) liniał, n) podstawka znacznika traserskiego [4]

Rys. 4.7. Podstawowe narzędzia traserskie: a) rysik, b) suwmiarka traserska z podstawą, c) znacznik używany do wykreślania linii poziomych, e) cyrkle traserskie, f ) punktak, g) liniał traserski, h) ką-townik, i) środkownik do wyznaczania środka na płaskich powierzchniach przedmiotów walco-wych, j) pryzma traserska [5]

1594.2 . TR ASOWANIE

Page 34: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Technika trasowaniaTrasowanie wykonuje się na podstawie rysunku lub wzornika. Przed przystąpieniem do trasowania należy:• sprawdzić, czy kształt i wielkość przedmiotu odpowiadają danym zawartym na rysunku

(trzeba zmierzyć wymiary gabarytowe i rozmieszczenie charakterystycznych miejsc na przedmiocie, np. rozstawienie otworów);

• sprawdzić, czy obrabiany przedmiot ma wystarczające naddatki do obróbki;• oczyścić przedmiot z rdzy, a odlewy z piasku i innych zanieczyszczeń;• sprawdzić stan powierzchni przedmiotu (ewentualne pęknięcia i skrzywienia dyskwa-

lifikują materiał);• przyjąć bazę traserską (bazę traserską stanowią punkt, płaszczyzna lub oś symetrii,

od których odmierza się wymiary na powierzchni przedmiotu);• pokryć powierzchnie trasowane farbą, aby trasowane linie były lepiej widoczne.

Do malowania odlewów i dużych przedmiotów stosuje się kredę rozdrobnioną w wo-dzie z dodatkiem oleju lnianego, a przedmioty stalowe lub żeliwne maluje się roztworem wodnym siarczanu miedzi.

Trasowanie wykonuje się, nanosząc (rysując) linie na powierzchnię przedmiotów. Roz-poczyna się je zwykle od wyznaczenia głównych osi symetrii przedmiotu, względem któ-rych wyznacza się położenie kolejnych linii i punktów. W przypadku trasowania połączeń linii prostych i krzywych w pierwszej kolejności nanosi się linie proste, które później łączy się łukami. Przecięcia linii, środki okręgów i wyznaczone linie punktuje się, co pozwala na odtworzenie trasowanych linii w przypadku ich starcia. Linie proste punktuje się w odstę-pach co 10–100 mm, a łuki i krótkie linie proste w odstępach co 5–10 mm. Rysik, którym nanosi się linie napowierzchni przedmiotu oraz punktak do wykonywania punktów powin-ny być bardzo dobrze zaostrzone.

Rozróżnia się dwa rodzaje trasowania: trasowanie na płaszczyźnie oraz trasowanie prze-strzenne.

Przebieg trasowania na płaszczyźnieOdmierzanie wymiarów odbywa się za pomocą suwmiarki, cyrkla traserskiego lub przy-miaru wg wymiarów podanych na rysunku technicznym elementu (rys. 4.8).

Rys. 4.8. Przykłady trasowania linii na płaszczyźnie: a) wyznaczanie linii w określonej odległości, b) wyznaczanie prostych prostopadłych do krawędzi, c) wyznaczanie prostych równoległych do krawędzi, d) wyznaczanie linii według wzornika

Podczas trasowania bardzo istotny jest sposób usytuowania rysika nanoszącego linie na powierzchni materiału. Musi on być odchylony od pionu o ok. 15°, a jego ostrze powinno być umieszczone na linii styku krawędzi liniału z powierzchnią materiału (rys. 4.9). Linia traserska musi być zaznaczana jednym ruchem, bez odrywania ostrza rysika od powierzch-ni materiału.

160 4. PRZYGOTOWANIE PROCESÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ

Page 35: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Rys. 4.9. Pozycja rysika podczas nanoszenia linii traserskich [1]

Przebieg trasowania przestrzennegoW czasie nanoszenia linii traserskiej ostrze rysika powinno dotykać powierzchni przed-miotu dokładnie w miejscu stykania się krawędzi liniału z powierzchnią, a rysik podczas nanoszenia linii musi być ustawiony pochyło, tak aby osoba wykonująca trasowanie mogła obserwować powstającą linię.

Trasowanie przestrzenne polega na wyznaczaniu linii, osi środków okręgów i obwodów okręgów na powierzchni brył. Stosowane są trzy metody trasowania przestrzennego:• przez zmianę położenia przedmiotu trasowanego,• w pryzmach traserskich,• za pomocą skrzynek traserskich.

Trasowanie przestrzenne przez zmianę położenia przedmiotu trasowanego polega na umieszczeniu go na płycie traserskiej lub podstawkach traserskich, ustawieniu przy nim znacznika z rysikiem i naniesienie na powierzchni materiału linii przez jego przesuwanie. Przedmioty, które mają co najmniej jedną powierzchnię obrobioną, kładzie się bezpośred-nio na płycie, a przedmioty o powierzchniach nieobrobionych ustawia się na podstawkach traserskich (rys. 4.10).

Rys. 4.10. Wykorzystanie znacznika do trasowania: a) linii równoległych, b) zarysu rowka na wpust [1]

Przy stosowaniu metody z użyciem skrzynek traserskich przedmiot jest przytwierdza-ny do skrzynki, a linie są zaznaczane rysikiem umocowanym w znaczniku. W przypadku ciężkich przedmiotów ustawia się je na stole traserskim, natomiast rysik mocuje się do skrzynki (rys. 4.11). Na rys. 4.12 przedstawiono przykłady trasowania przestrzennego z wy-korzystaniem podpór pryzmowych.

Zasady bezpiecznej pracy przy trasowaniu• Stanowisko pracy musi być odpowiednio oświetlone.• Należy ustawiać ciężkie przedmioty w taki sposób, aby w razie upadku nie spowodowały

urazu kończyn.• Na stanowisku pracy musi być utrzymywany porządek.• Powinno się zwracać szczególną uwagę na ostre narzędzia (rysiki, cyrkle, znaczniki), trzeba je

przechowywać w odpowiedni sposób oraz posługiwać się nimi z zachowaniem ostrożności.

1614.2 . TR ASOWANIE

Page 36: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Rys. 4.11. Przykłady trasowania przestrzennego przedmiotu mocowanego do skrzynki traserskiej: a) przedmiot ustawiany w trzech płaszczyznach za pomocą kątownika, b) przedmiot przymocowa-ny do skrzynki traserskiej1 – skrzynka traserska, 2 – przedmiot

Rys. 4.12. Przykłady trasowania przestrzennego przedmiotu mocowanego w podporach pryzmo-wych: a) trasowanie linii w płaszczyźnie pionowej z użyciem skrzynki traserskiej, b) trasowanie linii poziomych według rysy oraz linii pionowych przy użyciu kątownika [1]1, 2 – pryzmy, 3 – podstawka śrubowa, 4 – skrzynka traserska, 5 – rysik z podstawką, 6 – kątownik

162 4. PRZYGOTOWANIE PROCESÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ

Page 37: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

PYTANIA I POLECENIA

1. Na czym polega trasowanie przestrzenne?2. Jakie znasz metody trasowania przestrzennego?

ZAPAMIĘTAJJakość wykonania elementu w dużym stopniu zależy od właściwego przygotowania proce-su obróbki ręcznej.

Podstawową zasadą obowiązującą podczas wykonywania obróbki ręcznej materiałów jest przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

SPRAWDŹ SWOJĄ WIEDZĘ

1. Przedstaw zasady organizacji stanowiska do obróbki ręcznej.2. Jak powinien odbywać się transport ręczny?3. Opisz technikę trasowania na płaszczyźnie.4. Przedstaw zasady bezpiecznej pracy podczas trasowania.

LITERATURA

[1] J. Drętkiewicz-Więch, Technologia mechaniczna. Techniki wytwarzania, WSiP, Warszawa 2000.

[2] Katalog Polskich Norm.[3] Mały poradnik mechanika, WNT, Warszawa 1994.[4] H. Solis, T. Lenart, Technologia i eksploatacja maszyn, WSiP, Warszawa 1996.[5] J. Zawora, Podstawy technologii maszyn, WSiP, Warszawa 2013.

1634.2 . TR ASOWANIE

Page 38: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej
Page 39: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

5▪ Charakterystyka rodzajów obróbki ręcznej

▪ Piłowanie ▪ Ścinanie, przecinanie, wycinanie, cięcie ▪ Skrobanie, docieranie i polerowanie ▪ Wiercenie, pogłębianie i rozwiercanie otworów ▪ Gwintowanie ▪ Nitowanie ▪ Gięcie i prostowanie

Page 40: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Piłowanie polega na skrawaniu warstwy materiału z powierzchni przedmiotu za pomo-cą pilnika w celu nadania przedmiotowi odpowiedniego kształtu, wymiarów i gładkości. Warstwa usuwanego materiału podczas piłowania wynosi od 0,5 do 1,5 mm. Dokładność piłowania wynosi do 0,1 mm (wysoko wykwalifikowani pracownicy mogą osiągnąć więk-szą dokładność).

Piłowanie stosowane jest podczas:• dopasowywania części podczas montażu i remontów maszyn,• usuwania zbędnego materiału, np. z odlewów czy odkuwek,• stępiania ostrych krawędzi wytwarzanych elementów maszyn, urządzeń i narzędzi,• wykonywania narzędzi specjalnych (np. matryc, tłoczników),• wykonywania zarysów krzywoliniowych,• ostrzenia pił.

Elementy maszyn, urządzeń i narzędzi mogą być poddawane obróbce zgrubnej lub wykańczającej. Obróbka zgrubna ma na celu usunięcie zewnętrznych warstw materiału, a w przypadku prefabrykatów walcowanych (pręty i wałki) zapewnienie równomiernych naddatków do dalszej obróbki. W tego rodzaju obróbce nie uzyskuje się wysokich dokład-ności i niskich chropowatości powierzchni. Na ogół osiąga się wtedy 14. klasę dokładności, a chropowatość Ra może wynosić ok. 20 μm. Wykonywana dla niektórych powierzchni obróbka wykańczająca umożliwia osiągnięcie wyższych dokładności i niskich wartości chropowatości. Pozwala ona na uzyskanie do 5. klasy dokładności i chropowatości Ra poniżej 5 μm.

PilnikiPilnik składa się z części roboczej 1 oraz chwytu 2 osadzonego w drewnianej rękojeści 3. Na części roboczej wykonane są nacięcia, czyli zęby. Wielkość pilnika jest określona dłu-gością części roboczej L. Pilniki wykonuje się ze stali węglowej narzędziowej. Zęby na czę-ści roboczej wykonuje się przez jej maszynowe nacinanie przecinakiem, frezowanie lub przeciąganie (rys. 5.1).

Rozróżnia się pięć rodzajów nacięć zębów pilników: pojedyncze jednorzędowe, pojedyn-cze wielorzędowe, pojedyncze wielorzędowe śrubowe, podwójne jednorzędowe i podwójne wielorzędowe (rys. 5.2). Pilniki o nacięciu jednorzędowym są używane do piłowania ma-teriałów miękkich. Zbierają one wiór równy szerokości pilnika, co przy obróbce twardych materiałów wymagałoby bardzo dużego wysiłku. Nacięcia podwójne składają się z nacięć dolnych nachylonych pod kątem 35° do osi pilnika oraz nacięć górnych nachylonych pod

W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: ■ jakie są rodzaje pilników ■ jak we właściwy sposób wykonywać operacje piłowania

Piłowanie5.1.

5. CHAR AKTERYSTYKA RODZAJÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ166

Page 41: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

kątem 20°. Nacięcie dolne jest nacięciem podstawowym, a górne ma tylko znaczenie po-mocnicze (dzieli jedno nacięcie podstawowe na wiele odcinków). Dzięki nacięciom podwój-nym zamiast jednego wióra o szerokości równej szerokości pilnika otrzymuje się drobne wióry, co zmniejsza wysiłek fizyczny podczas piłowania.

Rys. 5.1. Pilnik1 – część robocza, 2 – uchwyt, 3 – rękojeść, 4 – linia kolejnych zębów utworzonych przez przecięcie nacięcia górnego z dolnym

Rys. 5.2. Nacięcia pilników: a) pojedyncze jednorzędowe, b) pojedyncze wielorzędowe, c) pojedyn-cze wielorzędowe śrubowe, d) podwójne jednorzędowe, e) podwójne wielorzędowe

Klasyfikację pilników przeprowadza się według:1. liczby nacięć na długości 10 mm,2. kształtu przekroju pilnika.

Ze względu na liczbę nacięć rozróżnia się pilniki:• nr 0 – zdzieraki – od 4,5 do 10 nacięć,• nr 1 – równiaki – od 6,3 do 28 nacięć,• nr 2 – półgładziki – od 10 do 40 nacięć,• nr 3 – gładziki – od 14 do 56 nacięć,• nr 4 – podwójne gładziki – od 25 do 80 nacięć,• nr 5 – jedwabniki – od 40 do 80 nacięć.Używanie pilników o wyższym numerze pozwala na uzyskanie większej gładkości ob-

rabianej powierzchni.Ze względu na kształt przekroju poprzecznego pilnika rozróżniamy pilniki: płaski, okrą-

gły, półokrągły, trójkątny, czworokątny, nożowy, zbieżny, mieczowy, owalny i soczewkowy (rys. 5.3).

Stosowane są również pilniki igiełkowe oraz tarniki. Pilniki igiełkowe są pilnikami pre-cyzyjnymi o małej długości i bardzo drobnych nacięciach. Służą do obróbki wykańczającej małych powierzchni (rys. 5.4).

1675.1 . PIŁOWANIE

Page 42: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Rys. 5.3. Przykłady pilników ślusarskich: a) płaski, b) okrągły, c) półokrągły, d) trójkątny, e) czworo-kątny, f ) nożowy, g) zbieżny

Rys. 5.4. Przykłady pilników igiełkowych: a) płaski, b)  trójkątny c) czworokątny, d) półokrągły, e) okrągły, f ) nożowy, g) zbieżny, h) mieczowy

168 5. CHAR AKTERYSTYKA RODZAJÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ

Page 43: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Tarniki czyli pilniki o zębach w postaci zadziorów używane są do piłowania materiałów miękkich (rys. 5.5).

Przykłady zastosowania poszczególnych pilników do wykonywania obróbki elementów przedstawiono na rysunku 5.6.

Rys. 5.6. Przykłady zastosowania pilników o różnych kształtach: a) i b) płaskie, c) i d) trójkątne, e)  trójkątny do ostrzenia pił, f )  trójkątny spłaszczony, g)  nożowy, h)  mieczowy, i), j)  okrągłe, k), l) półokrągłe [6]

Technika piłowaniaWszystkie przedmioty poddawane obróbce piłowaniem powinny być unieruchomione, dla-tego zazwyczaj mocuje się je w imadle, aby zapewnić im niezmienność położenia i sztyw-ność. Piłowana powierzchnia powinna być ustawiona w położeniu poziomym i wystawać ok. 5–10 mm ponad szczęki imadła. W przypadku piłowania przedmiotów z materiałów miękkich lub powierzchni już obrobionych należy zakładać na szczęki imadła nakładki z miękkiego materiału, aby ochronić przed zniszczeniem powierzchnię tych przedmiotów przez szczęki imadła. Jeżeli ma być piłowana blacha, krawędzie obrabiane trzeba usztyw-nić (np. kątownikami, płytkami, klockami) – rys. 5.7a. Przedmioty płaskie (o bardzo niskiej wysokości) powinny być mocowane za pomocą trzpieni (kołków) mocujących (rys. 5.7b). W przypadku piłowania powierzchni skośnych należy używać dodatkowych uchwytów, któ-re umożliwią ustawienie tych powierzchni w położeniu poziomym (rys. 5.7c). Druty i pręty

Rys. 5.5. Przykłady tarników: a) półokrągły, b) płaski, c) okrągły, d) czworokątny

1695.1 . PIŁOWANIE

Page 44: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

okrągłe powinny być umieszczane w częściach szczęk wyposażonych w rowki do mocowa-nia przedmiotów o kształtach walcowych (rys. 5.7d).

Właściwa postawa osoby wykonującej piłowanie została przedstawiona na rys. 5.8.

Rys. 5.7. Mocowanie przedmiotów w imadle: a) za pomocą klocka umożliwiającego uniknięcie znie-kształceń, b) z cienką płytką na klocku drewnianym, c) w imadle skośnym, d) unieruchamianie przedmiotów walcowych [4]

Rys. 5.8. Właściwa postawa podczas piłowania: a) zgrubnego, b) wykańczającego, c) ustawienie nóg

170 5. CHAR AKTERYSTYKA RODZAJÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ

Page 45: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Podczas piłowania (zwłaszcza zgrubnego, wykonywanego dużym pilnikiem) bardzo ważne jest balansowanie ciałem pozwalające na zwiększenie siły nacisku rąk ślusarza na pilnik i dzięki temu zwiększenie efektywności piłowania. W trakcie piłowania zgrubnego zdzierakiem, wymagającym dużego nacisku, należy wykorzystać ciężar ciała, przesuwając tułów wraz z ramionami do przodu i z powrotem równocześnie z ruchami pilnika, przy czym ciężar ciała przenosi się z prawej nogi na lewą.

Podczas piłowania wykańczającego ciężar ciała musi być rozłożony równomiernie na obie nogi, a ruchy robocze wykonują tylko ramiona, gdy tymczasem tułów jest w równowadze.

Ustawienie stóp powinno zapewniać stabilność ciała pracownika podczas piłowania. Pociągnięcia pilnika po materiale muszą być długie, płynne i  rytmiczne (należy wy-korzystywać całą długość pilnika). Zalecane tempo to około 30–40 ruchów roboczych na minutę podczas piłowania pilnikami dużymi oraz 50–60 ruchów na minutę w cza-sie piłowania pilnikami mniejszymi. Praca w szybszym tempie przyspiesza zmęczenie pracownika oraz przyczynia się do pogorszenia jakości piłowania. Ruch pilnika powi-nien odbywać się w płaszczyźnie równoległej do piłowanej powierzchni. Pilnik należy trzymać za rękojeść (duże pilniki powinno się trzymać dwiema rękami – za rękojeść i  za końcówkę). Przy wygładzaniu powierzchni (tzw. wyciąganiu) pilnik ustawia się prostopadle do wzdłużnej osi przedmiotu, dociskając go lekko rękami do obrabianej powierzchni. Pilniki igiełkowe można trzymać jedną ręką. Właściwe trzymanie pilnika przedstawiono na rysunku 5.9.

Pilnik skrawa materiał tylko w jednym kierunku, podczas ruchu do przodu, dlatego należy wtedy naciskać na niego z dużą siłą, natomiast przy ruchu powrotnym nie trzeba wywierać nacisku. Przy nieodpowiednim naciskaniu istnieje ryzyko zsunięcia się pilnika z obrabianego materiału i pracownik może się wtedy zranić. Poza tym niedostateczny nacisk powoduje ślizganie się zębów pilnika po materiale, przyśpieszając przeciążenie na-rzędzia i zwiększając nierówności powstające na powierzchni przedmiotu.

Rys. 5.9. Właściwe sposoby uchwycenia pilnika [10]

Duże płaszczyzny piłuje się zgrubnie metodą krzyżową (rys. 5.10). Obróbkę wykańcza-jącą powierzchni można wykonać pilnikiem o drobnych nacięciach lub płótnem ściernym. Należy tak umocować obrabiany przedmiot, aby piłowanie odbywało się w kierunku jego mniejszego wymiaru. Trzeba przy tym uważać, żeby na piłowanej powierzchni nie powsta-wały głębokie zarysowania. Przyczyną takich zarysowań są najczęściej wióry zakleszczone między zębami pilnika, dlatego co jakiś czas należy go oczyszczać metalową szczotką. Przedmioty cienkie (płytki, blachy) powinno się piłować wzdłuż ich krawędzi.

W celu uzyskania płaskiej powierzchni należy wywierać taki nacisk na pilnik, aby speł-niony był warunek równowagi momentów sił: F1 · l1 = F2 · l2 (F1 – siła nacisku prawej ręki na pilnik, F2 – siła nacisku lewej ręki na pilnik, R – siła reakcji przedmiotu, l1 – ramię działania siły F1, l2 – ramię działania siły F2.

Podczas piłowania płaszczyzn nachylonych względem siebie najpierw wykonuje się ich obróbkę zgrubną, a potem obróbkę wykańczającą.

1715.1 . PIŁOWANIE

Page 46: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Piłowanie przedmiotów prostopadłościennych rozpoczyna się od obróbki zgrubnej i wy-kańczającej jednej z większych powierzchni, a pozostałe powierzchnie obrabia się w na-stępnej kolejności. W trakcie wykonywania pracy należy wielokrotnie sprawdzać prostopa-dłość tych powierzchni.

Piłowanie powierzchni wypukłych i walcowych wykonuje się pilnikami płaskimi. Pod-czas ruchu roboczego należy tak prowadzić pilnik, aby jego koniec wykonywał ruch półko-listy w kierunku przeciwnym od powierzchni obrabianej (rys. 5.11, 5.12).

Piłowanie powierzchni wklęsłych wykonywane jest pilnikami okrągłymi lub półokrą-głymi, przesuwanymi wzdłuż piłowanej powierzchni i obracanymi wokół osi (rys. 5.13).

W celu zwiększenia wydajności piłowania stosuje się pilnikarki o napędzie elektrycznym lub pneumatycznym. Do piłowania mechanicznego bardzo często używa się pilnikarek ręcznych z napędzanym silnikiem elektrycznym giętkim wałkiem, zakończonym uchwy-tem do mocowania pilników (frezów) o różnym kształcie. Podczas pracy część chwytowa

Rys. 5.10. Zasada piłowania krzyżowego płaszczyzn: a) piłowanie w prawo, b) piłowanie w lewo, c) warunki uzyskania płaskiej powierzchni piłowania

Rys. 5.12. Piłowanie powierzchni walcowych [4]

Rys. 5.11. Piłowanie powierzchni kształtowych: a) zgrubne powierzchni wypukłej, b) wykańczające powierzchni wypukłej [4]

172 5. CHAR AKTERYSTYKA RODZAJÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ

Page 47: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Zasady użytkowania pilnikówPodczas pracy pilniki szybko zużywają się i stępiają. Aby te procesy spowolnić, należy prze-strzegać następujących zasad:1. nie stosować pilników do obróbki surowych, nieoczyszczonych powierzchni odlewów

i odkuwek,2. nie piłować stali hartowanej,3. nie piłować nieoczyszczonych powierzchni skorodowanych oraz ostrych krawędzi,4. nie używać pilników o drobnych nacięciach do piłowania materiałów miękkich,5. pilniki zanieczyszczone opiłkami czyścić szczotką drucianą prowadzoną wzdłuż nacięć,6. chronić pilniki przed wilgocią,7. zapobiegać zabrudzeniu pilników smarami lub olejami,8. podczas przechowywania zabezpieczać je pokostem lub benzyną,9. używać tylko pilników z dobrze osadzoną i nieuszkodzoną rękojeścią.

Rys. 5.13. Piłowanie powierzchni wklęsłej [4]

wałka z zamocowanym pilnikiem jest dociskana do obrabianej powierzchni. Wywierany nacisk powinien być tak dobrany, aby nie zmniejszał prędkości obrotowej pilnika. Pilni-karki z giętkim wałkiem stosuje się do piłowania powierzchni krzywoliniowych (przede wszystkim wgłębień).

b)a)

Rys. 5.14. Piłowanie mechaniczne: a) piłowanie przyrządem ręcznym z wałkiem giętkim, b) kształ-ty pilników (frezów) do przyrządu ręcznego z wałkiem giętkim [4]1 – pilnik (frez), 2 – wałek giętki

1735.1 . PIŁOWANIE

Page 48: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Pilnik osadza się w rękojeści przez lekkie uderzanie nią o twarde podłoże lub pobijanie jej młotkiem gumowym (rys. 5.15.). Należy przy tym sprawdzać osiowość osadzenia pilnika i rękojeści.

Rys. 5.15. Osadzenie pilnika w rękojeści: a) prawidłowe, b) niedopuszczalne

Zasady bezpiecznej pracy podczas piłowaniaGłówne zagrożenia podczas piłowania:• za słabe zamocowanie przedmiotu w imadle,• niewłaściwie przygotowany do pracy lub nieodpowiednio używany pilnik.

Wyeliminowanie tych zagrożeń jest możliwe dzięki stosowaniu takich zasad jak:• solidne mocowanie w imadle obrabianego przedmiotu, tak aby nie mógł się przemiesz-

czać ani drgać;• używanie ostrego i nieuszkodzonego pilnika – szczególnie ważna jest dobra rękojeść;

podczas piłowania pilnikiem pozbawionym rękojeści lub z rękojeścią uszkodzoną ist-nieje niebezpieczeństwo zranienia ręki ostrym końcem narzędzia;

• wywieranie nacisku na pilnik tylko w trakcie wykonywania ruchu skrawającego (do przo-du); podczas wykonywania ruchu powrotnego nacisk powinien być niewielki, dzięki cze-mu zminimalizowane zostanie ryzyko ześlizgnięcia się pilnika z piłowanej powierzchni i zranienia dłoni pracownika;

• przestrzeganie podczas pracy przepisów bhp: pracownik musi być zdrowy i wypoczęty, powinien też używać odzieży ochronnej bez luźnych, zwisających części;

• utrzymywanie w porządku i czystości stanowiska pracy – należy z niego usunąć wszyst-kie zbędne przedmioty i narzędzia, a opiłki zgarnąć szczotką lub szmatką (nigdy rę-kami); nie wolno dopuszczać do rozlania oleju lub zanieczyszczenia podłogi smarem; niedopuszczalne jest też pozostawianie w pobliżu jedzenia.

PYTANIA I POLECENIA

1. Scharakteryzuj rodzaje pilników.2. Określ właściwą postawę pracownika podczas piłowania.3. Wymień zasady bezpieczeństwa obowiązujące podczas piłowania.4. Przedstaw zasady mocowania piłowanego przedmiotu w imadle.

174 5. CHAR AKTERYSTYKA RODZAJÓW OBRÓBKI RĘCZNEJ

Page 49: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Klub Nauczyciela uczę.pl cenną pomocą dydaktyczną!

Co można znaleźć w Klubie Nauczyciela?

podstawy programowe

programy nauczania

materiały metodyczne: rozkłady materiału, plany nauczania, plany wynikowe, scenariusze przykładowych lekcji

materiały dydaktyczne i ćwiczeniowe

klucze odpowiedzi do zeszytów ćwiczeń

Page 50: Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi metodą ... · technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, technik pojazdów ... Stal to materiał najczęściej

Wszystkie nasze publikacje można zamówić w księgarni internetowej sklep.wsip.pl

Kształcimy zawodowo!Największa oferta publikacji zawodowych w Polsce

podręczniki

repetytoria i testy przygotowujące do egzaminów

nowy cykl „Pracownia” do praktycznej nauki zawodu

ćwiczenia do nauki języków obcych zawodowych

dodatkowe materiały dla nauczycieli na uczę.pl

wszystkie treści zgodne z nową podstawą programową

Skuteczne przygotowanie do nowych egzaminów potwierdzających kwalifikacje w zawodzie