Technik_wiertnik_311[40].O1.03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Podstawy materiałoznawstwa

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Charakterystyka technik wytwarzania

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Obróbka ręczna i ręczno-maszynowa

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Obróbka skrawaniem

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu wykonywania

podstawowych zabiegów obróbki i spajania materiałów.

W poradniku zamieszczono:

−−−−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−−−−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−−−−

materiał nauczania – podstawowe wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania
treści jednostki modułowej,

−−−−

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy juŜ opanowałeś treści zawarte
w rozdziałach,

−−−−

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

−−−−

sprawdzian postępów,

−−−−

sprawdzian osiągnięć – przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik
sprawdzianu potwierdzi, Ŝe dobrze pracowałeś podczas zajęć i Ŝe nabyłeś wiedzę
i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej,

−−−−

literaturę.
W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące: materiałoznawstwa,

podstawowych technik wytwarzania, obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej.

Informacje zamieszczone w Poradniku mogą zostać rozszerzone w oparciu o literaturę

dodatkową zgodnie z zaleceniami nauczyciela.
Z rozdziałem Pytania sprawdzające moŜesz zapoznać się:

−−−−

przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania. Analiza tych pytań wskaŜe Ci
treści na jakie naleŜy zwrócić szczególna uwagę w trakcie zapoznawania się z Materiałem
nauczania,

−−−−

po opanowaniu rozdziału Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy, która
będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Poradnik zawiera po kaŜdym rozdziale propozycję ćwiczeń. Staranne ich wykonanie

pogłębi Twoją wiedzę i pozwoli na opanowanie umiejętności praktycznych. Podczas
wykonywania ćwiczeń zwróć uwagę na zalecenia nauczyciela dotyczące bezpieczeństwa
i higieny pracy.

Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom opanowania swojej wiedzy

i umiejętności z danego rozdziału wykonując Sprawdzian postępów. Obiektywny osąd, które
zagadnienia zostały przez Ciebie opanowane, a do których naleŜy jeszcze powrócić, pomoŜe
Ci właściwie przygotować się do Sprawdzianu osiągnięć, który stanowi podsumowanie
jednostki modułowej. Sprawdzian osiągnięć ma formę testu.

Poradnik zawiera przykład takiego testu oraz instrukcję, w której omówiono tok

postępowania podczas jego przeprowadzania. Odpowiedzi na pytania testowe będziesz
udzielał na Karcie odpowiedzi, której wzór zawiera Poradnik.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpoŜarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróŜnić rodzaje metali i ich stopów,

−

rozróŜnić zastosowane materiały niemetalowe w budowie i eksploatacji maszyn
i urządzeń,

−

określić właściwości metali i ich stopów,

−

scharakteryzować zmiany w metalach i ich stopach zachodzące w wyniku obróbki
cieplnej lub obróbki cieplno-chemicznej,

−

określić zakres stosowania podstawowych technik wytwarzania takich jak: metalurgia
proszków, obróbka plastyczna, spajanie, obróbka mechaniczna,

−

wykonać prace z zakresu obróbki ręcznej,

−

sklasyfikować obróbkę skrawaniem,

−

sklasyfikować narzędzia skrawające i obrabiarki,

−

dobrać przyrządy i materiały do wykonania operacji obróbki skrawaniem,

−

przygotować stanowiska do wykonania pracy na wiertarce, szlifierce, tokarce i frezarce,

−

wykonać podstawowe operacje obróbki skrawaniem,

−

określić zasady wykonywania obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej,

−

wykonać podstawowe operacje spajania materiałów,

−

określić rodzaje korozji,

−

rozpoznać zjawisko korozji,

−

dobrać sposoby ochrony przed korozją,

−

wykonać podstawowe zabiegi ochrony przed korozją,

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Podstawy materiałoznawstwa

4.1.1. Materiał nauczania

Właściwości materiałów

W budowie maszyn stosuje się wiele rodzajów materiałów o bardzo zróŜnicowanych

właściwościach. Materiały te mogą być naturalne – wytworzone przez siły przyrody lub
sztuczne – powstające z materiałów naturalnych w róŜnego rodzaju procesach
technologicznych.

Cechy materiałów oraz ich uŜyteczność określają właściwości fizykochemiczne.

Do właściwości fizycznych zaliczamy te cechy materiałów, które zaleŜą od działania
czynników fizycznych tj. temperatury, napręŜeń, pola elektrycznego i magnetycznego. NaleŜą
do nich:

−

gęstość,

−

temperatura topnienia,

−

temperatura wrzenia,

−

przewodność cieplna i elektryczna,

−

właściwości magnetyczne,

−

rozszerzalność cieplna.
Właściwości chemiczne charakteryzują stopień zdolności materiałów do wchodzenia

w reakcje chemiczne z otoczeniem np. utlenianie, odporność na korozję.

Właściwości fizyczne określające zachowanie się materiałów pod wpływem obciąŜeń

mechanicznych nazywa się własnościami mechanicznymi. Właściwości te stanowią zespół
cech określających zdolność do przeciwstawiania się działaniu sił zewnętrznych oraz zmian
temperatury. NaleŜą do nich:

−

wytrzymałość,

−

twardość,

−

udarność.
Zespół cech charakteryzujących zachowanie się materiałów w procesach wytwarzania

i eksploatacji to właściwości technologiczne. NaleŜą do nich:

−

lejność,

−

plastyczność,

−

skrawalność,

−

ścieralność.
Właściwości

mechaniczne

materiałów

określa

się

przeprowadzając

próby

wytrzymałościowe.  NaleŜą  do  nich:  próba  rozciągania,  ściskania,  zginania  i  skręcania.
Szczegółowe zasady przeprowadzania takich prób określają Polskie Normy. Podczas badania
poddaje  się  odpowiednim  obciąŜeniem  znormalizowane  próbki  materiałów.  Szczególne
znaczenia ma próba rozciągania.

Statyczna próba rozciągania metali
Próba ta polega na rozciąganiu próbki z badanego materiału w maszynie zwanej

zrywarką. Podczas próby podłączony siłomierz wskazuje siłę panującą w kaŜdej chwili
w próbce, a odpowiedni czujnik umoŜliwia odczytanie wydłuŜenia próbki. ZaleŜność
F = f(

∆

l) dla próbki ze stali o niskiej zawartości węgla przedstawia rysunek 1.

Pierwsza część wykresu od punktu 0 do punktu H jest odcinkiem prostej co oznacza, Ŝe

w tym zakresie obciąŜeń (od 0 do F

) wydłuŜenie jest proporcjonalne do obciąŜenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stosunek siły F

do początkowego pola przekroju próbki S

nazywamy granicą

proporcjonalności. Odcinek wykresu H-E ma przebieg krzywoliniowy z wypukłością
zwróconą do góry. W tym zakresie wydłuŜenie wzrasta szybciej niŜ obciąŜenie. Przy sile F

(punkt E na wykresie) próbka „płynie”. Jej wydłuŜenie powiększa się bez widocznego
wzrostu siły rozciągającej. Stosunek siły F

do początkowego pola przekroju S

próbki

nazywamy wyraźną granicą plastyczności. Odcinek E-M wykresu odpowiada dalszemu
rozciąganiu próbki przy wzrastającym obciąŜeniu. Siła F

jest największą siłą przenoszoną

przez próbkę w czasie całej próby rozciągania. Stosunek siły F

do pierwotnego pola

przekroju poprzecznego S

nazywamy wytrzymałością na rozciąganie.

Do punktu M wydłuŜeniu podlegała cała próbka, natomiast po jego przekroczeniu dalsze

odkształcanie zostaje zlokalizowane w jednym miejscu gdzie tworzy się przewęŜenie
(szyjka). Przy sile F

następuje zerwanie próbki. Stosunek siły F

do pola przekroju próbki

w miejscu zerwania nazywamy napręŜeniem rozrywającym.

Rys. 1. Wykres rozciągania stali o niskiej zawartości węgla [8, s. 161]

Omówiony wykres dotyczy materiału plastycznego. Takie materiały mogą być

poddawane  dość  duŜym  odkształceniom  w  przeciwieństwie  do  materiałów  kruchych,  które
ulegają  zniszczeniu  juŜ  przy  niewielkich  odkształceniach.  Wykresy  rozciągania  materiałów
kruchych bardzo często nie mają wyraźnie zaznaczonej granicy proporcjonalności.
Próby  rozciągania,  ściskania,  zginania  i  skręcania  naleŜą  do  prób  statycznych,  to  znaczy
takich podczas których obciąŜenie próbek wzrasta powoli.

Próbę udarności przeprowadza się w celu określenia odporności materiału na obciąŜenia

dynamiczne,  to  znaczy  takie  w  których  obciąŜenie  wzrasta  gwałtownie.  Do  prób  udarności
uŜywa  się  znormalizowanych  próbek  o  przekroju  kwadratowym  z  naciętym  karbem
w kształcie litery U lub V, które poddaje się łamaniu na młotach wahadłowych typu Charpy.
Udarność  oznacza  się  symbolem  KC  i  wyraŜa  ona  liczbowo  pracę  potrzebną  do  złamania
próbki  przypadającą  na  jednostkę  przekroju  początkowego  próbki.  Zasadą  działania  młota
wahadłowego Charpy’ego przedstawia rys 2.

Twardość jest to miara oporu materiału przeciwko trwałym odkształceniom

powstającym wskutek wciskania wgłębnika o określonym kształcie w badany materiał.
Badanie twardości stosuje się głównie do określania skutków obróbki cieplnej np. wyŜarzania
czy hartowania. Badania tego typu są badaniami nieniszczącymi, co pozwala na stosowanie
ich na gotowych elementach maszyn w miejscu oznaczonym przez konstruktora. Najczęściej
stosowanymi metodami badania twardości są metody: Brinella, Rockwella, Vickersa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W metodzie Brinella wgłębnikiem jest hartowana kulka o średnicy D, która za pomocą

twardościomierza  jest  wgniatana  z  określoną  siłą  w  badany  materiał.  Miarą  twardości  jest
stosunek  siły  nacisku  F  do  powierzchni  odcisku  S,  który  ma  postać  czaszy  kulistej.
Wielkością  mierzoną    jest  tu  średnica  uzyskanego  trwałego  odcisku  d.  Zasadę  pomiaru
twardości metodą Brinella przestawia rysunek 3.

Rys. 2. Młot Charpy’ego [10, s. 32]

Rys. 3. Zasada pomiaru twardości metodą Brinella [6, s. 213]

Twardość metodą Rockwella określa się na podstawie głębokości odcisku powstałego

w materiale w wyniku wciskania diamentowego stoŜka o kącie rozwarcia 120

lub kulki

stalowej  hartowanej  o  średnicy  1,588  lub  3,175  mm.  W  celu  zmniejszenia  błędów  pomiaru
stosuje  się  obciąŜenie  dwustopniowe  wgłębnika.  Polega  ono  na  przyłoŜeniu  obciąŜenia
wstępnego  F

wywołującego przesuniecie się wgłębnika na głębokość e

, a następnie

obciąŜenia głównego F

, które zagłębia kulkę lub stoŜek o wielkość e

(rys. 4). Po usunięciu

obciąŜenia głównego mierzy się wartość trwałego przyrostu głębokości odcisku e względem
poziomu odniesienia wyznaczonego przez obciąŜenie wstępne. Wartość obciąŜenia i czas jego
działania zaleŜą od rodzaju, grubości i twardości materiału.

Bezpośrednie pomiary wielkości „e” przez czujnik nie mogą być miarą twardości, gdyŜ

twardszym materiałom odpowiadałaby mniejsza wartość twardości. Z tego powodu twardość

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w skali Rockwella oznacza się jako róŜnicę między stałą „K”, a wartością trwałego przyrostu
głębokości odcisku „e” podzieloną przez przelicznik „w” zaleŜny od skali twardości.

Wartość stałej „K” zaleŜy od rodzaju wgłębnika i przelicznika „w”.

= K – e/w

Metoda Rockwella jest znormalizowana. WyróŜnia się skale i = A, B, C, D, E, F, G, H,

K, N, T. Najczęściej stosowane są skale C oraz B. Skalę C z uŜyciem stoŜka stosuje się do
stali hartowanych i ulepszanych cieplnie o twardości 20-70 HRC. Natomiast skalę B
z uŜyciem kulki do stali w stanie zmiękczonym o twardości 20-100 HRB.

Rys. 4. Badanie twardości metodą Rockwella [10, s. 39]

Badanie twardości metodą Vickersa polega na wciskaniu w badany materiał

diamentowego ostrosłupa foremnego o podstawie kwadratowej i kącie wierzchołkowym 136

Wgłębnik  jest  wciskany  z  siłą  narastającą  równomiernie  do  wartości  maksymalnej  F,  która
jest  utrzymywana  przez  10–15  sekund.  Po  usunięciu  obciąŜenia  mierzy  się  długość
przekątnych    d

oraz d

a ich średnią arytmetyczną d uŜywa się do obliczenia powierzchni

odcisku S. Twardość Vickersa oznacza się HV i oblicza z zaleŜności:

HV = 0,102F/S

Zasadę pomiaru twardości metodą Vickersa przedstawia rysunek 5.

Rys. 5. Schemat pomiaru twardości metodą Vickersa [10, s. 40]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Właściwości technologiczne materiałów określa się wykonując próby w warunkach jak

najbardziej zbliŜonych do warunków występujących w rzeczywistych procesach
technologicznych lub eksploatacyjnych. Najczęściej bada się własności odlewnicze,
skrawalność, właściwości plastyczne oraz zgrzewalność i spawalność.

Przydatność metalu lub stopu do celów odlewniczych charakteryzują lejność oraz skurcz.

Lejność zaleŜy od płynności materiału w temperaturze zalewania formy i jest badana poprzez
określenie odległości na jaką popłynie ciekły metal w znormalizowanej formie mającej kształt
pręta lub spirali ustawionej poziomo.

Skurcz odlewniczy polega na zmniejszaniu się objętości metali i stopów odlewniczych

podczas  krzepnięcia  i  chłodzenia  odlewu.  MoŜe  on  spowodować  powstanie  napręŜeń
w odlewie  jak  równieŜ  jam  skurczowych.  Badania  skurczu  odlewniczego  są  badaniami
porównawczymi.  Na  podstawie  odpowiednich  pomiarów  objętości  lub  długości  odlewu
w chwili  zalania  płynnym  metalem,  a  następnie  po  ostygnięciu  wyznacza  się,  wyraŜony
w procentach, skurcz liniowy lub objętościowy.

Do celów obróbki skrawaniem wykonuje się badania skrawalności materiałów

i skrawności narzędzi. Skrawalność materiału określa jego podatność na obróbkę wiórową,
a skrawność narzędzia – zdolność do zdejmowania naddatku materiału skrawaniem
i nadawaniu powierzchni obrobionej korzystnych własności.

Cechą podobną do skrawalności jest ścieralność, która określa skłonność materiału do

zuŜywania się wskutek tarcia. Miarą ścieralności jest zmniejszenie się masy badanej próbki
powodowane tarciem twardej tarczy o badany materiał.

Do badań technologicznych własności plastycznych naleŜą między innymi: próba

zginania, próba nawijania drutu, próba tłoczności. Próby mają na celu wykazanie podatności
materiału na odkształcenia trwałe niezbędne do nadania właściwych kształtów produktom.

Rodzaje materiałów

Wszystkie pierwiastki występujące w przyrodzie moŜna podzielić na metale i niemetale.
Metale

stanowią

znaczną

większość

pierwiastków

posiadają

następujące

charakterystyczne  właściwości:  dobra  przewodność  cieplna  i  elektryczna,  połysk,
nieprzezroczystość, plastyczność. Technicznie czyste metale to znaczy takie, które zawierają
pewną  niewielką  ilość  zanieczyszczeń  pochodzących  z  procesów  metalurgicznych  są  rzadko
uŜywane  do  wyrobu  przedmiotów  uŜytkowych,  natomiast  ze  względu  na  ich  dobrą
przewodność  elektryczną  mają  zastosowanie  na  przykład  w  produkcji  przewodów  (miedź,
aluminium).  Do  najwaŜniejszych  metali  stosowanych  w  technice  naleŜą  Ŝelazo  i  metale
nieŜelazne, jak np. miedź, aluminium, magnez, cynk i cyna.

Materiały niemetalowe to grupa materiałów o bardzo zróŜnicowanych właściwościach.

NaleŜą do niej zarówno materiały pochodzenia naturalnego (np. drewno), jak teŜ materiały
wytwarzane przez człowieka (np. tworzywa sztuczne, ceramiczne, szkło). Wśród materiałów
występują równieŜ takie, które stanowią połączenie metali z niemetalami (np. cermetale).

Jako materiały konstrukcyjne uŜywane są najczęściej stopy metali to znaczy materiały

powstające przez stopienie ze sobą róŜnych metali i niemetali w takich proporcjach by
uzyskać poŜądane właściwości mechaniczne i technologiczne.

Podstawowymi stopami stosowanymi w technice są stopy Ŝelaza z węglem. Produktem

wyjściowym, z którego otrzymuje się techniczne stopy Ŝelaza z węglem jest surówka
otrzymywana z rudy Ŝelaza w wielkim piecu.

Wielki piec (rys. 6) składa się z dolnej części zwanej garem nad którą znajdują się spadki,

przestron, szyb oraz gardziel. Wnętrze pieca jest wykonane z cegieł szamotowych
ogniotrwałych, zaś z zewnątrz piec jest pokryty płaszczem stalowym. Materiały wsadowe
zasypywane są do wielkiego pieca górnym otworem. Wsad stanowią koks, ruda i topniki. Do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

najwaŜniejszych  rud  Ŝelaza  zaliczamy  magnetyt,  hematyt,  limonit,  syderyt.  Zadaniem  koksu
jest dostarczenie odpowiedniej ilości ciepła oraz zredukowanie tlenków Ŝelaza w rudzie.
W celu ułatwienia stopienia skały płonnej i oddzielenia zanieczyszczeń metalowych od Ŝelaza
do  wsadu  wielkopiecowego  dodaje  się  substancje  zwane  topnikami.  Skład  chemiczny
topników  zaleŜy  od  składu  chemicznego  skały  płonnej  towarzyszącej  rudzie.  Do  rud
kwaśnych  naleŜy  stosować  topniki  zasadowe.  Najczęściej  uŜywa  się  wapnia.  W  przypadku
rud zawierających składniki zasadowe stosuje się topniki kwaśne.

Rys. 6. Wielki piec [6, s. 64]

Wewnętrzna przestrzeń pieca załadowana jest wsadem warstwowo. W górnej części garu

znajdują  się  dysze  doprowadzające  gorące  powietrze  z  nagrzewnic.  PoniŜej  poziomu  dysz
znajduje  się  otwór  umoŜliwiający  odprowadzenie  ŜuŜla,  a  w  najniŜszej  części  garu  otwór
spustowy surówki. Proces wielkopiecowy przebiega nieprzerwanie przez kilka lat. Produktem
procesu wielkopiecowego jest surówka stanowiąca stop Ŝelaza z węglem o zawartości węgla
do  6,67%  oraz  pewne  ilości  krzemu,  manganu,  siarki  oraz  fosforu.  Znaczna  zawartość
składników  domieszkowych,  zwłaszcza  węgla  czyni  surówkę  kruchą.  Podczas  przerobu
surówki na stal składniki domieszkowe ulegają częściowemu wypalaniu i otrzymany produkt
uzyskuje  dobre  własności  plastyczne.  Część  produktów  spalania  przechodzi  do  ŜuŜla,
a pozostałe uchodzą z pieca w postaci gazów.

Stalą nazywamy stop Ŝelaza z węglem i innymi pierwiastkami o zawartości węgla do

2%, który po odlaniu i skrzepnięciu jest poddany obróbce plastycznej.

Ten sam materiał lecz nie podlegający obróbce plastycznej nazywa się staliwem. Staliwa

są uŜywane na odlewy elementów bardziej obciąŜonych oraz w zaleŜności od zastosowanych
składników

stopowych

elementy

pracujące

podwyŜszonej

temperaturze

i w środowiskach korozyjnych.

Do wyrobu stali stosuje się metody: konwertorowe, Siemensa-Martina (metoda

wychodząca z uŜycia) oraz do oczyszczania czyli rafinacji stali metody elektryczne.

Wytapianie stali metodami konwertorowymi polega na przedmuchiwaniu utleniającego

gazu przez roztopioną surówkę w wyniku czego utlenia się węgiel, krzem, mangan oraz inne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pierwiastki.  Gazem  utleniającym  moŜe  być  powietrze  (w  metodzie  Bessemera  i  Thomasa),
lub  czysty  tlen  (metoda  LD).  Zaletą  świeŜenia  czystym  tlenem  jest  mała  zawartość  azotu
w stali.  Obecnie  większość  stali  jest  produkowana  w  zasadowych  konwertorach  tlenowych
oraz w elektrycznych piecach łukowych.

RóŜne sposoby doprowadzania gazu utleniającego do konwertora przedstawiono na

rysuneku 7.

Rys. 7. RóŜne sposoby doprowadzenia gazu utleniającego do konwertora a) od spodu, b) z boku,

c) do góry [10, s. 55]

W celu sprostania wysokim wymaganiom jakościowym dotyczącym głównie

odpowiedniego składu chemicznego stali stosuje się jej rafinację. MoŜe być ona
przeprowadzana w konwertorze lub w specjalnych kadziach (rafinację pozapiecowa).

Odlewnicze stopy Ŝelaza z węglem i innymi dodatkami zawierające 2–6,67% węgla

nazywamy Ŝeliwami. Ze względu na bardzo dobre właściwości odlewnicze, Ŝeliwa stosuje się
do odlewania róŜnorodnych części maszyn i pojazdów samochodowych.

Ilość węgla w stopach ma zasadniczy wpływ na twardość materiału. Wraz ze

zwiększeniem zawartości procentowej węgla w stopie rośnie twardość materiału, a więc
równieŜ odporność na ścieranie, a maleje odporność na uderzenia (udarność).

W stopach Ŝelaza z węglem waŜną rolę odgrywają dodatkowe pierwiastki, z których

część jest dodawana do stopu celowo, a część stanowi zanieczyszczenia:

−

siarka i fosfor są domieszkami szkodliwymi, powodują one kruchość materiału
i pogarszają właściwości plastyczne oraz udarność,

−

chrom jako dodatek stopowy w stalach zwiększa wytrzymałość, twardość i odporność na
ścieranie oraz polepsza właściwości antykorozyjne, a ponadto uodparnia on materiał na
działanie czynników chemicznych i wysokiej temperatury,

−

dodatek niklu w stalach działa podobnie jak chrom oraz zwiększa ciągliwość stali,

−

krzem jest pierwiastkiem, który zwiększa spręŜystość i wytrzymałość stali oraz zwiększa
oporność elektryczną, z udziałem krzemu (0,5–2,5%) produkowane są stale resorowe
i spręŜynowe,

−

wolfram nadaje stali drobnoziarnistość, zwiększa hartowność, twardość i odporność na
zuŜycie.

Ze względu na skład chemiczny (zgodnie z normą PN–EN 10020:2003) stale dzieli się na
niestopowe (węglowe), stopowe oraz stale nierdzewne.

Stale niestopowe to gatunki stali, w których zawartość procentowa pierwiastków jest

mniejsza od pewnej określonej wartości granicznej. JeŜeli ta wartość graniczna jest

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekroczona mamy do czynienia ze stalami stopowymi. Osobną grupę stanowią stale
nierdzewne w których zawartość Cr jest większa od 10,5%, a węgla poniŜej 1,2%.

Dla określenia granicy między stalami stopowymi a niestopowymi określono następujące

zawartości poszczególnych pierwiastków:
Al, Co, Cr, Ni, W – 0,3%;
Bi, Se, V – 0,1%;
Cu, Pb – 0,4%;
Si – 0,6%; Mo – 0,06%.

Oznaczenia stali

W ostatnich latach w związku z wstąpieniem Polski do Unii Europejskiej szereg norm

krajowych zostało zastąpionych przez normy europejskie co w przypadku oznaczeń stali
i innych materiałów skutkuje innym sposobem ich oznaczania niŜ dotychczas.

Zgodnie z normami europejskimi obowiązują dwa systemy oznaczania stali:

−

znakowy (według PN–EN 10027–1:2007); znak stali składa się z symboli literowych
i cyfr,

−

cyfrowy (według PN–EN 10027–2:1994); oznaczenie składa się z pięciu cyfr. Numer
gatunku stali nadaje Europejskie biuro rejestracyjne.

W systemie znakowym znaki stali dzieli się na dwie grupy:

−

znaki z symbolami wskazującymi na zastosowanie oraz własności mechaniczne lub
fizyczne stali,

−

znaki z symbolami wskazującymi na skład chemiczny stali.
W pierwszej grupie znaków stali oznaczenie składa się z liter i cyfr. Litery oznaczają

zastosowanie stali zaś liczby odpowiednie właściwości wytrzymałościowe np.:
S235

S–stal konstrukcyjna o minimalnej granicy plastyczności 235 MPa,

E295

E–stal maszynowa o minimalnej granicy plastyczności 295 MPa,

L360

L–stal na rury przewodowe o minimalnej granicy plastyczności 360 MPa,

P460

P–stale na urządzenia ciśnieniowe o minimalnej granicy plastyczności 460 MPa.

W grupie znaków z symbolami wskazującymi na skład chemiczny wyróŜniamy cztery

grupy:

−

stale niestopowe o średnim stęŜeniu Mn poniŜej 1%, oznaczane literą C oraz liczbą
oznaczającą średnie stęŜenie węgla w stali w setnych częściach % np. C45,

−

stale  niestopowe  o  średnim  stęŜeniu  Mn  równym  i  wyŜszym  od  1%,  oznaczane  liczbą
informującą  o  średnim  stęŜeniu  węgla  w  setnych  częściach  %  symbolami  chemicznymi
pierwiastków  stopowych  oraz  liczbami  wskazującymi  na  ich  stęŜenie  procentowe  np.
33MnCrB5–2,

−

stale  stopowe  (bez  szybkotnących)  o  stęŜeniu  przynajmniej  jednego  pierwiastka
stopowego  powyŜej  5%,  oznaczane  symbolem  X  oraz  liczbą  informującą  o  średnim
stęŜeniu  węgla  w  setnych  częściach  %,  symbolami  pierwiastków  stopowych  oraz
liczbami wskazującymi na ich stęŜenie procentowe np. X8CrNiMoAl15–7–2,

−

stale szybkotnące, oznaczane symbolem HS oraz liczbami podającymi średnie stęŜenie
procentowe pierwiastków w kolejności W, Mo, V, Co np. HS2–9–8.

W związku z niedokończonym procesem dostosowania polskich norm do systemu

europejskiego w Polsce obowiązują równocześnie róŜne zasady oznaczania stali.
Np. oznaczenie St3S (zgodne z polskimi normami PN) odpowiada oznaczeniu S235JR (wg
norm unijnych EN), oznaczenie 45 (zgodne z PN) odpowiada oznaczeniu C45 (normy EN).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Metale nieŜelazne i ich stopy

Miedź jest metalem (barwa czerwonozłota) plastycznym, dobrze przewodzącym ciepło

i  prąd  elektryczny,  odpornym  na  korozję.  Jest  ona  stosowana  na  przewody  elektryczne,
elementy  chłodnic,  elementy  aparatury  chemicznej  oraz  jako  składnik  stopów.  Wadą  czystej
miedzi  ograniczającą  jej  zastosowanie  na  przewody  elektryczne  jest  stosunkowo  mała
wytrzymałość mechaniczna. MoŜe ona zostać zwiększona przez stopienie miedzi ze srebrem,
miedzi  z  kadmem,  miedzi  z  manganem.  Miedziane  druty,  taśmy  lub  rurki  stosuje  się  na
uzwojenia cewek.

W metalurgii miedzi stosuje się głównie rudy siarczkowe: chalkopiryt, bornit, kowelin.

Podstawowym  procesem  otrzymywania  miedzi  jest  proces  pirometalurgiczny.  Zawartość
miedzi  w  rudach  wynosi  kilka  procent.  W  celu  wzbogacenia  rud  siarczkowych  stosuje  się
metodę  flotacji.  Metoda  ta  polega  na  przepuszczaniu  strumienia  powietrza  przez  mieszaninę
wody ze środkami pianotwórczymi i drobnymi cząstkami rudy. Na skutek róŜnej zwilŜalności
powierzchni  składników  przez  wodę  następuje  oddzielenie  cząstek  rudy  siarczkowej,  które
tworzą  z  pianą  tzw.  float  od  innych  składników,  które  pozostają  w  wodzie  w  postaci
zawiesiny.  W  wyniku  wzbogacania  rudy  moŜe  ona  zawierać  do  30%  Cu.  Wzbogacony
koncentrat  zawierający  siarczki  miedzi  i  Ŝelaza  poddaje  się  praŜeniu  w  specjalnym  piecu
w  temperaturze  ok.  1073  K  (800

C), aby otrzymać tak zwaną praŜonkę. Następnym etapem

produkcji  miedzi  jest  wytapianie  kamienia  miedziowego.  Proces  przebiega  w  piecu
szybowym  podobnym  do  wielkiego  pieca,  gdzie  wsad  stanowią  praŜonka  oraz  koks.  Tlen
potrzebny  do  spalania  jest  pobierany  z  powietrza  tłoczonego  pod  ciśnieniem  do  pieca.
Otrzymywane w wyniku wysokiej temperatury i  zachodzących reakcji chemicznych siarczki
miedzi spuszczane są z dolnej części pieca i po skrzepnięciu tworzą kamień miedziowy.

Z kamienia miedziowego w konwertorze podczas świeŜenia otrzymuje się miedź surową.

Proces świeŜenia polega na przepuszczaniu przez roztopiony kamień miedziowy powietrza za
pomocą dysz.

Miedź surowa nie jest stosowana do celów technicznych poniewaŜ zawiera szkodliwe

domieszki obniŜające własności wytrzymałościowe oraz przewodnictwo elektryczne. W celu
usunięcia niekorzystnych domieszek oraz odzyskania często występujących w miedzi surowej
metali szlachetnych poddaje się ją rafinacji. WyróŜniamy rafinację ogniową, którą
przeprowadza

się

piecach

płomieniowych

oraz

elektrolityczną

zachodzącą

w elektrolizerach.

Do najwaŜniejszych stopów miedzi naleŜą: mosiądze (stop miedzi z cynkiem oraz

innymi pierwiastkami) oraz brązy. W zaleŜności od głównego składnika stopowego brązy
dzieli się na: cynowe, aluminiowe, berylowe, krzemowe i inne. Zarówno brązy jak i mosiądze
w zaleŜności od dodatków stopowych i przeznaczenia dzieli się na odlewnicze oraz do
obróbki plastycznej.

Aluminium (barwa srebrzystobiała) jest metalem odpornym na korozję oraz dobrym

przewodnikiem ciepła i elektryczności.

Aluminium występuje w przyrodzie w postaci rud, z których największe znaczenie ma

boksyt.

Metalurgia aluminium obejmuje trzy etapy. W pierwszym etapie z rudy otrzymuje się

czysty  tlenek  aluminium.  Proces  przebiega  w  autoklawach,  gdzie  pod  duŜym  ciśnieniem
i w podwyŜszonej temperaturze, wodny roztwór wodorotlenku sodu reaguje z rozdrobnionym
boksytem.  Powstaje  w  ten  sposób  wodorotlenek  glinu,  który  odsącza  się,  przemywa  wodą,
a następnie  praŜy  w  piecach  obrotowych.  Po  wypraŜeniu  uzyskuje  się  czysty  tlenek  glinu
Al

Kolejnym etapem produkcji aluminium jest elektroliza tlenku aluminium roztopionego

z kriolitem w elektrolizerze (rys. 8).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 8. Elektrolizer [10, s. 60]

Proces elektrolizy przebiega w temperaturze ok. 1223 K, (950

C), a produktem

końcowym tego procesu jest aluminium o zawartości 99,5–99,8% Al. W celu uzyskania
jeszcze wyŜszej czystości aluminium poddaje się procesowi rafinacji.

Zastosowanie aluminium w stanie czystym jest ograniczone, ze względu na małą

wytrzymałość, i sprowadza się do wytwarzania przewodów elektrycznych, folii, wyrobu farb
oraz  jako  składnik  stopowy.  Znacznie  większe  zastosowanie  mają  stopy  aluminium  często
nazywane  stopami  lekkimi.  Najczęściej  stosowanymi  dodatkami  stopowymi  są:  miedź,
mangan,  krzem,  nikiel  i  cynk.  Dodatki  stopowe  zwiększają  wytrzymałość,  odporność  na
korozję i polepszają skrawalność. Stopy aluminium dzielimy na odlewnicze oraz do obróbki
plastycznej.

WaŜną grupę stopów aluminium stanowią durale czyli stopy aluminium miedzi oraz

magnezu. Są one stosowane na obciąŜone elementy konstrukcji lotniczych oraz na części
pojazdów samochodowych oraz na konstrukcje budowlane. Charakteryzują się duŜą
odpornością na korozję, małym cięŜarem właściwym i znaczną wytrzymałością.

Stopy aluminium których głównym składnikiem stopowym jest krzem noszą miano

siluminów.

Magnez jest bardzo lekkim metalem lecz o niskich właściwościach mechanicznych

i  duŜej  aktywności  chemicznej.  Ze  względu  na  te  właściwości  ma  on  ograniczone
zastosowanie  w  technice.  Głównie  jest  on  stosowany  do  wyrobu  stopów  oraz  jako  dodatek
stopowy.  Z  uwagi  na  to,  Ŝe  stopy  magnezu  w  połączeniu  z  tlenem  tworzą  substancję
wybuchową, nie moŜna tych stopów podczas obróbki chłodzić wodą, a przy ich szlifowaniu
naleŜy  stosować  urządzenia  do  pochłaniania  pyłu.  Stopy  magnezu  dzielimy  na  odlewnicze
oraz  do  obróbki  plastycznej.  Głównym  składnikiem  stopów  magnezu  jest  aluminium,  cynk,
mangan.  Stopy  magnezu  są  najlŜejszymi  ze  znanych  i  ta  cecha  wyznacza  zakres  stosowania
tych  materiałów  (głównie  w  konstrukcjach  lotniczych  i  przemyśle  motoryzacyjnym).  Stopy
magnezu z aluminium i cynkiem naszą nazwę elektronów.

Cynk jest metalem o dobrych właściwościach plastycznych i niskiej temperaturze

topnienia. Stosuje się go głównie na powłoki przeciwkorozyjne na pokrycia blach i drutów,
równieŜ jest wykorzystywany do produkcji baterii elektrycznych. Stopy cynku nazywamy
znalami, zawierają one oprócz cynku aluminium i miedź.

Cyna ma właściwości mechaniczne tak niskie, Ŝe nie nadaje się jako materiał

konstrukcyjny. W czystej postaci cynę stosuje się cynowania blach oraz jako dodatek

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stopowy. Szeroko stosowanym stopem cyny z ołowiem jest cyna lutownicza stosowana jako
spoiwo podczas lutowania.

Oznaczenia metali nieŜelaznych oraz ich stopów moŜna znaleźć w odpowiednich

normach, a takŜe w literaturze uzupełniającej.

Korozja metali

Korozją nazywamy stopniowe niszczenia metali wskutek chemicznego lub

elektrochemicznego oddziaływania środowiska. Ośrodkiem powodującym korozję moŜe być:
powietrze, gazy, woda, roztwory kwasów, zasad, soli, ziemia.

Metalami odpornymi na korozję są: platyna, złoto, srebro, pozostałe metale w mniejszym

lub większym stopniu poddają się działaniu korozji.
RozróŜnia się dwa podstawowe rodzaje korozji:

−

chemiczną,

−

elektrochemiczną.
Korozja chemiczna polega na niszczącym działaniu gazów lub cieczy nie będących

elektrolitami  na  powierzchnię  materiału.  W  wyniku  takiego  oddziaływania  na  powierzchni
metalu mogą tworzyć się tlenki, siarczki, węgliki  lub azotki. Czasem powstałe związki ściśle
przylegają  do  materiału  tworząc  warstwę  chroniącą  przed  dalszą  korozją,  częściej  jednak
powstała warstwa źle przylega do przedmiotu, odpada od niego powodując narastanie procesu
korozyjnego.

Korozja elektrochemiczna jest procesem niszczenia metalu związanym z przepływem

prądu  elektrycznego  przez  granicę  faz  metal–elektrolit.  Źródłem  prądu  elektrycznego  są
miejscowe ogniwa, które powstają wskutek zetknięcia się metalu z elektrolitem a przyczyną
ich powstania mogą być: niejednorodność struktury materiału, nierównomierny dostępu tlenu
do  powierzchni  metalu,  róŜnica  temperatur,  połączenie    dwóch  róŜnych  metali  w  obecności
elektrolitu.
MoŜna wyróŜnić następujące rodzaje korozji elektrochemicznej:

−

korozja atmosferyczna (zachodzi przy duŜej wilgotności powietrza),

−

korozja morska (w wodzie morskiej),

−

korozja ziemna.

W zaleŜności od przebiegu niszczenia materiału korozję moŜna podzielić na:

−

równomierną, obejmującą swoim zasięgiem całą powierzchnię przedmiotu,

−

miejscową, występującą w postaci plam lub wŜerów,

−

międzykrystaliczną, występującą na granicy ziaren materiału.

Ochrona przed korozją polega głównie na właściwym doborze materiałów konstrukcji
naraŜonych na korozję oraz nakładaniu i wytwarzaniu powłok ochronnych.

Powłoki ochronne i dekoracyjne

Powłoki ochronne i dekoracyjne moŜna podzielić na powłoki nakładane oraz powłoki

wytwarzane.
Nakładanie i wytwarzanie powłok moŜna przeprowadzać metodami:

−

mechanicznymi (malowanie pędzlem, pistoletem, zanurzanie w odpowiednich kąpielach,
napylanie),

−

chemicznymi

(czernienie

czyli

utlenianie

roztworach,

fosforanowanie,

chromianowanie),

−

elektrochemicznymi (metody galwaniczne, np.: miedziowanie, niklowanie, chromowanie
srebrzenie, złocenie).
Przed

nałoŜeniem

czy

wytworzeniem

powłoki

naleŜy

wykonać

czynności

przygotowawcze polegające na oczyszczeniu i wygładzeniu powierzchni przedmiotu.
Oczyszczanie wykonuje się metodami mechanicznymi (szlifowanie, piaskowanie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

polerowanie, szczotkowanie) oraz chemicznymi (np. odtłuszczanie w rozpuszczalnikach).
Powierzchnię moŜna oczyścić równieŜ za pomocą ultradźwięków.

Powłoki nakładane mogą być metalowe i niemetalowe. Powłoki metalowe wykonuje się

z niklu, miedzi, chromu, cyny, cynku, aluminium, srebra, kadmu. Grubość powłoki ochronnej
jest niewielka i wynosi zazwyczaj 0,001–0,025 mm.
Powłoki metalowe moŜna nakładać przez:

−

zanurzenie blach Ŝelaznych w stopionym metalu (moŜe nim być cyna lub cynk),

−

natryskiwanie ciekłego metalu specjalnym pistoletem (metalizacja natryskowa),

−

walcowanie na gorąco blachy grubszej z blachą cienką stanowiącą warstwę ochronną
(platerowanie),

−

elektrolityczne  nanoszenie  cienkiej  warstwy  metalu  na  przedmiot  zanurzony
w  elektrolicie  zawierającym  sole  nakładanego  metalu  (pokrycie  galwaniczne).
Pokrywany  przedmiot  podłączony  jest  do  bieguna  ujemnego  źródła  prądu,  a  biegun
dodatni do płyty z metalu, na który nanosimy powłokę ochronną.
Powłoki  nakładane  niemetalowe  oddzielają  w  sposób  mechaniczny  metal  od

agresywnego ośrodka. Do materiałów, z których wykonywane są tego typu powłoki naleŜą:
farby, lakiery, lakiery piecowe, smoły, asfalty, tworzywa sztuczne.

Farby stanowią zawiesiny pigmentów w spoiwie olejnym lub syntetycznym. Po

naniesieniu na podłoŜe tworzą kryjące powłoki ochronne, dekoracyjne lub o specjalnych
właściwościach.

Lakiery są roztworami nielotnych substancji powłokotwórczych w rozpuszczalnikach

organicznych. Po naniesieniu na podłoŜe tworzą przezroczyste powłoki ochronne,
dekoracyjne lub o specjalnych właściwościach

Emalie są zawiesinami pigmentów w spoiwie lakierowym.
Głównymi składnikami wyrobów lakierowych są: substancje powłokotwórcze, substancje

barwiące (pigmenty), rozpuszczalniki.

Ze względu na warunki eksploatacji wyroby lakierowe mogą tworzyć powłoki:

zewnętrzne, wewnętrzne, wodoodporne, chemoodporne, odporne na benzynę i oleje,
termoodporne, elektroizolacyjne.

Powłoki wytwarzane metalowe powstają przez dyfuzję w wysokiej temperaturze metalu

ochronnego w głąb metalu chronionego.

MoŜna w ten sposób wprowadzić do stali aluminium, cynk, chrom.
Powłoki wytwarzane niemetalowe powstają w wyniku róŜnorodnych procesów z których

najczęściej wykonuje się:

−

oksydowanie (czernienie), powierzchnia stali pokrywa się warstwą ochronną czarnych
tlenków Ŝelaza,

−

fosforanowanie, na powierzchni stali powstają warstwy krystalicznych fosforanów
Ŝelaza.

Tworzywa sztuczne

Głównym składnikiem tworzyw sztucznych są naturalne bądź syntetycznie otrzymywane

wielkocząsteczkowe związki tzw. polimery. W celu uzyskania określonych właściwości
tworzyw sztucznych, dodaje się do nich stabilizatory, utwardzacze, zmiękczacze, barwniki.

Podstawowymi zaletami tworzyw sztucznych są:

−

dobra odporność chemiczna,

−

łatwość formowania,

−

dobre właściwości mechaniczne,

−

moŜliwość barwienia,

−

dobre właściwości izolacyjne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

moŜliwość stosowania w róŜnych postaciach.

Do wad tworzyw sztucznych moŜna zaliczyć: zazwyczaj niŜszą wytrzymałość niŜ metali i ich
stopów oraz małą odporność na działanie podwyŜszonej temperatury.

Tworzywa sztuczne dzielimy na:

−

elastomery (tworzywa, które pod wpływem rozciągania w temperaturze pokojowej
wykazują wydłuŜenie powyŜej 100%),

−

plastomery (poddawane wzrastającemu obciąŜeniu zaczynają się odkształcać plastycznie
aŜ ulegają mechanicznemu zniszczeniu),

W grupie plastomerów rozróŜniamy tworzywa termoplastyczne (termoplasty) oraz
duroplasty do których zaliczamy tworzywa termoutwardzalne i chemoutwardzalne.

Termoplasty kaŜdorazowo pod wpływem zwiększonej temperatury miękną a po jej

obniŜeniu twardnieją ponownie (np. poliamidy). Ta cecha powoduje, iŜ moŜna je wielokrotnie
formować.

Tworzywa termoutwardzalne pod wpływem temperatury przechodzą w stan plastyczny

umoŜliwiający ich kształtowanie, lecz przetrzymywane w podwyŜszonej temperaturze
twardnieją nieodwracalnie (np. fenoplasty i aminoplasty).

Tworzywa chemoutwardzalne ulegają utwardzeniu juŜ w temperaturze pokojowej pod

wpływem działania odpowiedniego utwardzacza (np. Ŝywice poliestrowe i epoksydowe).
PodwyŜszenie temperatury przyśpiesza proces utwardzania.

Główny składnik tworzyw sztucznych – Ŝywice, mogą być naturalne lub sztuczne.

śywice sztuczne otrzymuje się w wyniku polimeryzacji lub polikondensacji substancji
prostych.

Tworzywa sztuczne mogą występować jako materiały konstrukcyjne, impregnacyjne,

powłokowe i jako kleje.

Do najczęściej stosowanych tworzyw termoplastycznych zaliczamy:

−

polistyren – odporny na działanie kwasów i zasad, przezroczysty moŜna go barwić, jest
dobrym izolatorem; słuŜy do wyrobu przedmiotów gospodarstwa domowego, galanterii,
zabawek, części samochodowych i jest równieŜ stosowany w elektrotechnice,

−

polichlorek  winylu  –  odporny  na  działanie  czynników  chemicznych,  ma  dobre
właściwości  mechaniczne  i  elektroizolacyjne;  stosuje  się  go  do  wyrobu  elementów
wyposaŜenia  elektrycznego,  do  produkcji  węŜy  elastycznych,  do  budowy  łodzi
w przemyśle samochodowym i lotniczym,

−

poliamidy – są stosowane do wyrobu przedmiotów gospodarstwa domowego, galanterii
samochodowej, elementów armatury sanitarnej,

−

polimetakrylan metylu zwany szkłem organicznym jest między innymi stosowany do
wyrobu szyb lotniczych, szkieł do zegarków, soczewek,

−

polipropylen znajduje zastosowanie do produkcji artykułów technicznych, opakowań,
przedmiotów gospodarstwa domowego, włókien chemicznych,

−

policzterofluoroetylen  (teflon)  –  posiada  duŜą  odporność  chemiczną,  elastyczność,  mały
współczynnik  tarcia,  jest  niepalny.  Stosuje  się  go  do  pokrywania  naczyń  kuchennych,
Ŝelazek,  na  powierzchnie  łoŜysk  ślizgowych  oraz  w  budowie  maszyn  i  urządzeń
chemicznych.
Do  najwaŜniejszych  duroplastów  zaliczamy:  fenoplasty  (bakelity),  aminoplasty,  Ŝywice

epoksydowe (miedzy innymi wytwarza się z nich kleje), niektóre Ŝywice silikonowe. śywice
silikonowe są m.in. stosowane jako: hydroŜele pełniąc rolę implantów tkanek miękkich,
gumy silikonowe, oleje hydrauliczne, dodatki do farb oraz środki smarujące
i uszczelniające.

Tworzywa sztuczne w zaleŜności od ich rodzaju mogą być przetwarzane przez:

odlewanie, prasowanie, wtryskiwanie, wytłaczanie i walcowanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Szkło jest materiałem nieorganicznym, bezpostaciowym, składającym się przewaŜnie

z tlenków krzemu, boru, fosforu oraz innych. Stan fizyczny szkła jest pośredni między stanem
ciekłym i stałym.

Cechy uŜytkowe szkła to: zdolność przepuszczania światła, przezroczystość, gładkość,

połysk, niepalność, mała przewodność cieplna i elektryczna, nieprzepuszczalność cieczy
i gazów, odporność na działanie podwyŜszonych temperatur, czynników chemicznych
(z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego) i atmosferycznych. Podstawowymi wadami szkła są
kruchość i wraŜliwość na zmiany temperatury.

Ze względu na przeznaczenie szkło dzieli się na: budowlane, techniczne, gospodarcze.
Ze względu na skład chemiczny wyróŜnia się szkło: krzemowo–sodowo–wapniowe

(zwykłe), aparaturowe (o małej zawartości tlenków alkaicznych), borokrzemowe (o małej
rozszerzalności cieplnej), bezsodowe, kryształowe i inne.

Odmianami szkła technicznego są: szkło laboratoryjne, elektrotechniczne (o duŜym

oporze  właściwym  np.  na  izolatory),  szkło  elektropróŜniowe  (ze  względu  na  odpowiedni
współczynnik  rozszerzalności  cieplnej  moŜna  je  łączyć  z  metalami  np.  na  lampy
kineskopowe,  rurki  neonowe),  szkło  optyczne  (jednorodne,  bezbarwne  o  określonym
w zaleŜności od potrzeb współczynniku załamania światła np. na soczewki, pryzmaty, lustra),
szkło  kwarcowe  o  składzie  99,5%  SiO

(największa odporność na działanie kwasów

i  wysokich  temperatur  np.  na  lampy  kwarcowe,  elementy  aparatury  chemicznej  pracujące
w  wysokich  temperaturach),  szkło  krystaliczne  (o  duŜej  wytrzymałości  i  odporności  na
ścieranie),  szkło  bezpieczne  (zbrojone  siatką  metalową,  sklejane  z  kilku  warstw  lub
hartowane np. na szyby samochodowe).

Guma jest elastycznym tworzywem powstającym w procesie wulkanizacji kauczuku

naturalnego lub syntetycznego w temperaturze 383

453 K (110

180

C), w czasie od kilku

minut  do  kilku  godzin.  Oprócz  mieszanek  kauczukowych  do  produkcji  gumy  uŜywa  się
środków  wulkanizujących  (siarka),  zmiękczających,  porotwórczych,  ochronnych  oraz
napełniaczy  (poprawiają  właściwości  np.  mechaniczne,  elektroizolacyjne,  przeciwpoŜarowe)
i barwników.

Guma ma bardzo duŜą odporność na odkształcenia trwałe, wysoką elastyczność,

odporność na zerwanie, ścieranie ponadto jest wodoodporna i ma bardzo dobre właściwości
izolacyjne. Gumy specjalnego przeznaczenia są dodatkowo odporne na działanie paliw,
olejów, smarów, kwasów, zasad oraz wpływu niskich lub podwyŜszonych temperatur.

Materiały ceramiczne są to nieorganiczne, niemetalowe tworzywa otrzymywane

z nieprzetworzonych lub przetworzonych surowców naturalnych w procesie wypalania
w podwyŜszonej temperaturze, niŜszej od temperatury topnienia składnika głównego. Wyroby
ceramiczne mogą występować w postaci krystalicznej lub szklistej.

Materiały ceramiczne charakteryzują się złą przewodnością elektryczną i cieplną,

znaczną odpornością na wysokie temperatury i odpornością na działanie czynników
chemicznych. Do charakterystycznych cech tej grupy materiałów naleŜy duŜa twardość
i sztywność, brak plastyczności oraz znaczna wytrzymałość na ściskanie.

Podstawowym surowcem w produkcji ceramiki jest glina (kaolin) a ponadto skaleń oraz

kwarc. Skaleń odgrywa rolę topnika (ułatwia spieczenie masy), kwarc jest głównym
surowcem schudzającym (zmniejsza skurczliwość wyrobu podczas suszenia i wypalania).

Produkcja wyrobów ceramicznych obejmuje następujące etapy: przygotowanie masy,

formowanie wyrobu, suszenie, wypalanie.

Ze względu na zastosowanie materiały ceramiczne moŜna podzielić na: ceramikę

tradycyjną  i  ceramikę  specjalną  (konstrukcyjną).  Do  wyrobów  ceramiki  tradycyjnej  moŜna
zaliczyć  materiały  budowlane  (np.  cegły,  dachówki),  materiały  ogniotrwałe,  materiały
uŜywane  w  technice  sanitarnej.  W  ceramice  konstrukcyjnej  spiekane  są  (bez  fazy  ciekłej)
związki o wysokiej czystości np. tlenki glinu, tlenki berylu, tlenki cyrkonu, niektóre węgliki

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i azotki. Do tej grupy materiałów naleŜy np. porcelana elektrotechniczna oraz cermetale
(kompozyty ceramiczne uzyskiwane za pomocą metalurgii proszków).

Kompozyty są to tworzywa składające się z dwóch lub więcej faz o własnościach

nieosiągalnych  w  Ŝadnym  innym  materiale.  Do  najbardziej  znanych  kompozytów  naleŜą
Ŝelazo  –  beton,  eternit,  szkło  zbrojone  siatką  metalową,  węgliki  spiekane,  cermetale  i  inne.
Kompozyty  dzielimy  na  umacniane  cząstkami  (dyspersyjnie)  i  włóknami  (włókniste).  Te
z  kolei  dzielimy  na  umacniane  włóknami  ciętymi  i  ciągłymi.  MoŜliwe  są  róŜne  kombinacje
przy komponowaniu tego typu materiałów, np. osnowa metaliczna, polimerowa, ceramiczna,
a  cząstki  lub  włókna  mogą  być  metalowe,  ze  związków  międzymetalicznych,  ceramiczne,
węglowe  (grafit),  polimerowe,  lub  o  złoŜonej  budowie.  Kompozyty  pozwalają  na
otrzymywanie  lekkich,  mocnych  i  elastycznych  konstrukcji.  Są  nimi  takŜe  materiały
Ŝarowytrzymałe (np. łopatki turbin gazowych) i narzędzia (np. węgliki spiekane).

Do supertwardych materiałów narzędziowych zalicza się diament naturalny,

polikrystaliczny diament syntetyczny PCD, regularny azotek boru BN (borazon) oraz
fullerem, będący trzecią odmianą węgla (po diamencie i graficie).

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie materiały konstrukcyjne stosuje się w budowie maszyn?

Co to są właściwości fizyczne i chemiczne materiałów?

Co to są właściwości technologiczne materiałów?

Jakie właściwości mają tworzywa sztuczne?

W jaki sposób dokonuje się pomiaru twardości?

Jak oznaczamy stopy Ŝelaza z węglem?

Jak oznaczamy stopy metali nieŜelaznych?

Jak przebiega proces metalurgiczny aluminium i miedzi?

Co to są kompozyty?

10.

Z jakich etapów składa się proces pokrywania wyrobów warstwami ochronnymi
i dekoracyjnymi?

11.

Jakie rozróŜniamy rodzaje powłok nakładanych?

12.

Jakie rozróŜniamy rodzaje powłok wytwarzanych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie badań organoleptycznych (za pomocą zmysłów) rozpoznaj materiały,

z których wykonane są przedmioty otrzymane od nauczyciela. Oceń ich właściwości
mechaniczne.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

dokładnie przyjrzeć się strukturze materiałów, z których wykonane są przedmioty,

ocenić szacunkowo ich wagę,

ocenić barwę,

określić przypuszczalne zastosowanie przedmiotów, a tym samym warunki w jakich są
uŜytkowane,

ocenić czy widać na nich ślady korozji lub innych efektów oddziaływania środowiska,

opisać zgodnie z powyŜszymi punktami cechy badanych materiałów,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zakwalifikować materiały do odpowiedniej grupy,

zaprezentować wykonane ćwiczenie,

dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

katalogi materiałów,

–

przedmioty wykonane z róŜnych materiałów.

Ćwiczenie 2

Na podstawie katalogów i stron Internetowych dobierz powłokę malarską

ochronno-dekoracyjną na powierzchnię metalową wskazaną przez nauczyciela. Powierzchnia
będzie naraŜona na działanie środowiska korozyjnego i działanie czynników chemicznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

ocenić wielkość i strukturę powierzchni przeznaczonej do malowania,

przeanalizować warunki uŜytkowania powłoki ochronno-dekoracyjnej,

dobrać z katalogów lub ze stron Internetowych producentów farb i lakierów odpowiednie
materiały malarskie,

zapoznać się z zaleceniami producentów farb ochronnych i dekoracyjnych dotyczącymi
bhp, ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska,

określić sposób przygotowania powierzchni do malowania,

określić sposób nanoszenia powłoki,

ocenić koszty wykonania powłoki,

przedstawić wynik ćwiczenia podając uzasadnienie wyboru rodzaju powłoki, sposobu jej
nanoszenia oraz określając warunki bhp wykonywania prac.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

katalogi farb i lakierów.

Ćwiczenie 3

Na podstawie katalogów zidentyfikuj materiały o oznaczeniach: S235JR; E320; P235S;

54SiCrV6; EN–MCMgAl8Zn1; ZP16 CuZn35Pb1. Podaj ich właściwości mechaniczne oraz
maksymalną zawartość pierwiastków.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

odszukać w katalogach podane oznaczenia,

zapisać w zeszycie skład chemiczny oraz właściwości mechaniczne odczytywanych
materiałów

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

katalogi wyrobów metalowych,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Metodą Brinella zbadaj twardość próbek materiałów otrzymanych od nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

zapoznać się z instrukcja uŜytkowania twardościomierza Brinella,

dobrać siłę nacisku oraz średnicę kulki w zaleŜności od grubości próbki i rodzaju
materiału z którego jest wykonana,

przeprowadzić badanie poszczególnych próbek zgodnie z instrukcją,

zapisać wyniki ćwiczenia w zeszycie przedmiotowym.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

instrukcja uŜytkowania twardościomierza Brinella,

−

zestaw próbek,

−

poradnik mechanika

−

twardościomierz Brinella.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić rodzaje materiałów stosowanych w technice?

określić właściwości metali i materiałów niemetalowych?

rozróŜnić materiały na podstawie badań organoleptycznych
(za pomocą naszych zmysłów)?

wymienić i scharakteryzować rodzaje korozji?

dobierać powłoki ochronne i dekoracyjne w zaleŜności od warunków
w jakich będą eksploatowane?

rozpoznawać tworzywa ceramiczne?

scharakteryzować kompozyty?

scharakteryzować właściwości gumy?

rozpoznać materiały na podstawie oznaczeń?

10)

dobrać materiały w oparciu o katalogi?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Charakterystyka technik wytwarzania

4.2.1. Materiał nauczania

Pojęcie techniki wytwarzania w przemyśle maszynowym obejmuje wszystkie rodzaje

obróbek  stosowanych  do  kształtowania  elementu,  jak  równieŜ  metody  nadawania  im
określonych  właściwości  uŜytkowych.  Do  najwaŜniejszych  technik  wytwarzania  naleŜą:
obróbka  skrawaniem,  obróbka  plastyczna,  odlewnictwo,  metalurgia  proszków,  obróbka
erozyjna,  obróbka  cieplna,  obróbka  cieplno-chemiczna.  Techniki  wytwarzania  obejmują
równieŜ  sposoby  łączenia  i  spajania  części,  techniki  pomiarowe  i  kontrolę  jakości.
Dominującą metodą kształtowania części maszyn jest obróbka skrawaniem. W zaleŜności od
stopnia zmechanizowania ruchów roboczych wyróŜnia się trzy rodzaje obróbki skrawaniem:

−

obróbkę ręczną, wykonywaną za pomocą narzędzi, których ruch główny i posuwowy jest
uzyskiwany za pomocą mięśni człowieka,

−

obróbkę ręczno-maszynową, wykonywaną narzędziami, których ruch główny jest
wywoływany urządzeniami mechanicznymi, a ruch posuwowy ręcznie przez człowieka,

−

obróbkę maszynową, w której zarówno ruch główny jak i posuwowy narzędzia jest
wykonywany mechanicznie.

Obróbkę ręczną i ręczno-maszynową opisano w rozdziale 4.3, zaś omówieniu obróbki
maszynowej poświęcony jest rozdział 4.4.

Odlewnictwo to proces wytwarzania części maszyn polegający na wypełnianiu form

odlewniczych ciekłym metalem. Przebiega on w następujących etapach:

−

wykonanie rysunku odlewu,

−

wykonanie kompletu modeli i rdzeni odlewniczych,

−

przygotowanie materiałów formierskich,

−

wykonanie formy odlewniczej,

−

przygotowanie ciekłego metalu przeznaczonego do wypełnienia,

−

wypełnienie ciekłym metalem formy odlewniczej,

−

wyjęcie skrzepłego odlewu z formy i jego wykończenie.
Ze względu na rodzaj odlewanego materiału wyróŜnia się odlewnictwo: stali, Ŝeliwa

i metali nieŜelaznych (miedzi, aluminium, cynku, magnezu). Odlewy mogą być wykonywane
równieŜ z materiałów niemetalowych takich jak gips, beton, szkło, tworzywa sztuczne.

Formy odlewnicze mogą być:

−

trwałe (formy ciśnieniowe i kokile) moŜna w nich wykonać kilkadziesiąt tysięcy zalań,

−

półtrwałe (szamotowe, grafitowe, gipsowe) wytrzymują kilkadziesiąt zalań,

−

jednorazowe  (piaskowe,  ceramiczne)  uŜywane  głównie  w  produkcji  jednostkowej
i małoseryjnej.
Ze  względu  na  rodzaj  sił,  pod  wpływem  których  forma  wypełnia  się  metalem  wyróŜnia

się następujące rodzaje odlewania:

−

grawitacyjne,

−

ciśnieniowe,

−

odśrodkowe.

Podstawowe elementy procesu wykonywania odlewu przedstawia rysunek 9.

Model przedmiotu odtwarza w masie formierskiej zewnętrzne kształty przedmiotu.
Rdzeń wykonany w skrzynce rdzeniowej odtwarza kształty wewnętrzne odlewu.

W zaleŜności od metody wykonania odlewu, jak równieŜ od jego złoŜoności jako materiały
na formy i rdzenie stosuje się: drewno, metal, tworzywa sztuczne, gips.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9. Podstawowe elementy procesu wykonania odlewu [10, s. 312 ]

Odlewy w przemyśle maszynowym wykonuje się głównie w formach z mas

formierskich. Składnikami masy formierskiej jest piasek formierski z dodatkiem glin
wiąŜących, dodatków specjalnych, wody i zuŜyta, oczyszczona masa formierska.

Proces formowania w wyniku którego otrzymuje się rdzeń lub formę moŜe być ręczny

lub maszynowy. Rdzenie wykonuje się w skrzynkach rdzeniowych (rys. 10), a formy
w skrzynkach formierskich (rys. 11).

Rys.10. Formowanie prostego rdzenia: a) rdzennica

przygotowana do napełniania, b) rdzennica
rozłoŜona [2, s.169]

Rys.11. Skrzynki formierskie: a) skrzynka otwierana,

b) skrzynka zdejmowana [2, s.169]

Zalewanie form odbywa się z kadzi (rys. 12). Po skrzepnięciu i ostygnięciu odlewy

wybija się z formy, usuwa rdzeń i oczyszcza z masy formierskiej.

Rys.12. Kadź odlewnicza i zalewanie formy [10, s. 315]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy wykonywaniu większej liczby odlewów stosuje się metalową formę zwaną kokilą

(rys. 13). Metoda ta znalazła zastosowanie w przemyśle samochodowym do odlewania np.
tłoków samochodowych.

Rys. 13. Forma do odlewania tłoków silników samochodowych: 1, 2, 3, – części kokili, 4 – układ wlewowy

[2, s.176]

Metalurgia proszków jest działem metalurgii zajmującym się wytwarzaniem proszków

metali oraz przedmiotów z tych proszków bez przechodzenia przez stan ciekły.

Podczas tego procesu oddzielne cząstki proszków łączą się ze sobą w jednolitą masę

podczas wygrzewania silnie sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub obojętnej.

Proces metalurgii proszków jest ekonomiczną metodą wielkoseryjnej produkcji

elementów o niewielkich prostych kształtach, w wyniku której uzyskuje się w pełni zwarte
sprasowane komponenty. Technologia ta umoŜliwia uzyskanie jednorodnej mikrostruktury
wolnej od niemetalicznych wtrąceń i defektów.

Produkty metalurgii proszków charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami

mechanicznymi i odpornością na zuŜycie, dzięki czemu znajdują szerokie zastosowanie
w róŜnych branŜach, takich jak m.in. przemysł lotniczy i kosmonautyczny, przemysł drzewny
(zęby pił) itp.

Metodami metalurgii proszków wytwarza się:

−

przedmioty z metali trudno topliwych jak np. wolfram, molibden, tantal, iryd,

−

spieki metali i niemetali wykazujących znaczne róŜnice temperatury topnienia, jak
np. materiały na styki elektryczne z wolframu i srebra, szczotki do maszyn elektrycznych
z grafitu i miedzi,

−

materiały porowate na łoŜyska samosmarujące,

−

materiały, które w stanie ciekłym są gęstopłynne i trudne do odlewania, jak np. materiały
na specjalne magnesy trwałe.

Produkcja spieków dzieli się na trzy etapy: wytwarzanie proszków metali, prasowanie,
spiekanie.

Obróbka plastyczna jest to rodzaj obróbki mający na celu zmianę właściwości i kształtu

materiałów w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno lub gorąco. RozróŜnia się
następujące rodzaje obróbki plastycznej:

−

kucie ręczne i maszynowe,

−

tłoczenie,

−

walcowanie,

−

ciągnienie.
Kucie ręczne wykonuje się z uŜyciem narzędzi kowalskich: przecinaków, przebijaków,

trzpieni, młotków, płyty kowalskiej i urządzeń do podgrzewania. Podstawowymi operacjami
kucia ręcznego są: przecinanie, przebijanie, wydłuŜanie, poszerzanie, spęczanie, wyginanie,
odsadzanie (rys.14, 15).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 14. Rodzaje kucia ręcznego: a) wydłuŜanie za pomocą nakładki, b) poszerzanie, [5, s. 272]

Rys. 15. Rodzaje kucia ręcznego: a) spęczanie, b), c) wyginanie [1, s. 182]

Kucie maszynowe dzieli się na swobodne i matrycowe. w obu metodach stosowane są

młoty  o  napędzie  mechanicznym.  Przy  kuciu  matrycowym  (rys.  16)  kształt  przedmiotu
odtwarza  matryca  umocowana  w  młocie  matrycowym.  Kucie  matrycowe  ma  duŜe
zastosowanie  w  produkcji  seryjnej  odkuwek,  przewaŜnie  w  przemyśle  motoryzacyjnym
i lotniczym.

1-górna część matrycy
2-dolna część matrycy
3-materiał
4-obsada młota
5-bijak młota
6-szabot

Rys. 16. Kucie matrycowe: a) mocowanie matryc, b) odkuwka, c) okrojnik [2, s. 184]

Tłoczenie obejmuje operacje cięcia i kształtowania. Podczas cięcia (rys. 17) następuje

całkowite lub częściowe oddzielenie jednej części materiału od drugiej, a kształtowanie
nadaje blachom załoŜony z góry kształt i wymiar.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17. Operacje cięcia: a) wycinanie, b) dziurkowanie, c) przycinanie, d) okrawanie, e) nacinanie 1 – wyrób,

2 – odpad, 3 – stempel, 4 – matryca [2, s. 185]

Operacje kształtowania dzieli się na: ciągnienie, rozpęczanie, wyoblanie, wyciskanie.

Metodą  walcowania  (rys.  18)  wytwarza  się  większość  półfabrykatów.  Materiałem
wyjściowym  są  wlewki,  z  których  wyrabia  się  kęsiska  i  blachówki,  a  z  nich  pręty,
kształtowniki,  blachy  grube  i  cienkie.  Za  pomocą  walcowania  moŜna  produkować  wyroby
o skomplikowanych kształtach: obręcze kół, gwinty, koła zębate.

Rys. 18. Walcowanie: a) dwukierunkowe blach, b) belek dwuteowych, c) gwintów [10, s. 310]

Spajanie materiałów jest operacją technologiczną, której celem jest wytworzenie

w miejscu łączenia wiązań międzyatomowych zapewniających ciągłość sieci krystalicznej.
Do podstawowych metod spajania naleŜą: spawanie, zgrzewanie, lutowanie.

Połączenia spawane powstają poprzez nadtopienie dosuniętych do siebie brzegów

łączonych elementów. Ciekły metal wypełnia szczelinę między elementami, a następnie
krzepnie tworząc spoinę. Proces spawania moŜe przebiegać z dodatkiem spoiwa lub bez
dodawania spoiwa (rys. 19).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 19. Złącze spawane: a) z dodanym spoiwem, b) bez dodawania spoiwa [4, s. 10]

Na rysunku rysunek 20 przedstawiono przykłady złączy spawanych spoinami czołowymi

i pachwinowymi.

Rys. 20. Przykłady złączy spawanych [4, s. 76]

Ciepło potrzebne do nadtopienia metalu pochodzi z łuku elektrycznego lub ze spalania gazu
(najczęściej acetylenu).
Do podstawowych materiałów stosowanych przy spawaniu gazowym naleŜą:

−−−−

gazy techniczne: acetylen i tlen, rzadziej wodór i tlen, gaz miejski, gaz ziemny,
propan-butan techniczny,

−−−−

karbid,

−−−−

spoiwa,

−−−−

topniki.
Spoiwa dobiera się w zaleŜności od rodzaju spawanego materiału. Stosowane są róŜne

gatunki spoiw: cynowo-ołowiowe, miedziane, mosięŜne, brązowe, aluminiowe i inne. Spoiwa
produkowane są w postaci drutów i prętów.

Topniki dobiera się oddzielnie do kaŜdego metalu lub stopu. Stosowane są w postaci

sypkiej lub rozrabiane są z wodą na gęstość lakieru. Pokrywa się nimi miejsca łączone
i spoiwo. Topniki mają za zadanie rozpuszczenie trudnotopliwych tlenków , które powstają
w czasie spawania, i ułatwienie przechodzenia ich do ŜuŜla.

W praktyce stosuje się róŜne metody spawania gazowego, które róŜnią się sposobem

przesuwania palnika i spoiwa. Najczęściej stosuje się spawanie: w lewo, w prawo, w górę.

Stanowiska stałe urządza się w miejscach, gdzie występują roboty spawalnicze lub cięcie

tlenem. WyposaŜone jest w następujące urządzenia: butle tlenowe i acetylenowe, węŜe,
reduktory, palniki oraz najpotrzebniejsze przybory (rys. 21).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21. Stanowisko stałe do spawania gazowego: 1 – butla tlenowa z reduktorem, 2 – butla acetylenowa

z reduktorem, 3 – palnik z węŜami, 4 – gablotka z nasadkami do spawania, 5 – stół do spawania
wyłoŜony cegłą, 6 – wiadro z wodą do studzenia palnika [3, s. 170]

Acetylen przechowuje się w butli stalowej w stanie ciekłym rozpuszczony w acetonie

przy nadciśnieniu 1,5 MPa. Butle acetylenowe maluje się na Ŝółto i oznacza czarnym
napisem: ACETYLEN.

Tlen przechowywany jest w stalowych butlach malowanych na niebiesko z białym

napisem:  TLEN,  przy  nadciśnieniu  15  MPa.  Butle  z  tlenem  zamknięte  są  zaworem
mosięŜnym,  który  nie  naleŜy  smarować  tłuszczami,  gdyŜ  w  zetknięciu  ze  spręŜonym
powietrzem spalają się wybuchowo. KaŜda butla na stanowisku jest wyposaŜona w reduktor,
który  słuŜy  do  obniŜania  ciśnienia  gazów  pobieranych  z  butli  do  ciśnienia  roboczego
i utrzymywanie go przez cały czas pracy bez zmian.

Spawanie elektryczne

Źródłem ciepła przy spawaniu elektrycznym jest łuk elektryczny, jarzący się między

elektrodą  a  spawanym  przedmiotem.  Stopiony  metal  z  elektrody  i  nadtopione  krawędzie
spawanego  materiału  tworzą  jeziorko  spawalnicze,  które  po  zakrzepnięciu  zamienia  się
w spoinę.  Podczas  spawania  łuk  elektryczny  i  jeziorko  ciekłego  metalu  znajdują  się  pod
osłoną gazów stanowiących ochronę przed dostępem tlenu i azotu z atmosfery. Źródłem prądu
stałego  są  spawarki  prostownikowe,  natomiast  prądu  przemiennego  -  transformatory
spawalnicze.

RozróŜnia się spawanie elektryczne: łukowe ręczne elektrodą otuloną, łukiem krytym,

elektroŜuŜlowe, łukowe elektrodą nietopliwą w osłonach gazowych, łukowe elektrodą topliwą
(rys. 22). Do spawania elektrycznego uŜywa się przewaŜnie elektrod topliwych, które dzieli
się na nie otulone i otulone. Elektrody nie otulone uŜywane są do spawania pod topnikiem lub
w atmosferze gazów ochronnych, argonu lub dwutlenku węgla.
Elektrody otulone wykonywane są w postaci krótkich odcinków drutu pełniącego rolę spoiwa
pokrytego otuliną. Otulina ta jest złoŜona z substancji potrzebnych do prawidłowego
przebiegu procesów metalurgicznych podczas spawania.

Rys. 22. Spawanie łukowe: a) elektrodą topliwą, b) elektrodą nietopliwą; 1 – przedmiot spawany, 2 – uchwyt

elektrody, 3 – elektroda, 4 – elektroda wolframowa [6, s. 304]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W skład otuliny wchodzą składniki:

−

stabilizujące łuk spawalniczy,

−

odtleniające,

−

gazotwórcze,

−

ŜuŜlotwórcze,

−

wiąŜące,

−

stopowe (jeŜeli są konieczne).
Elektrody otulone mogą mieć średnice:

∅

1,6;

∅

2,5;

∅

3,2;

∅

8 mm,

a ich długość jest zaleŜna od średnicy i wynosi np. dla elektrody

∅

2,5 mm 250-300-350 mm.

Sposób oznaczania elektrod jest znormalizowany. Oznaczenie elektrod otulonych według

PN-EN 466 zawiera:

−

numer normy,

−

metodę spawania,

−

własności wytrzymałościowe stopiwa,

−

temperatura pracy łamania stopiwa,

−

symbol rodzaju otuliny elektrody,

−

symbol składu chemicznego stopiwa,

−

uzysk elektrody i rodzaj prądu spawania,

−

zalecane pozycje spawania,

−

symbol ilości wodoru dyfundującego.
Spawanie łukowe w osłonie gazów obojętnych (argonu lub helu) odbywa się dwiema

metodami:

−

metoda TIG z uŜyciem elektrody nietopliwej; stosowana do spawania wszystkich stali
oraz metali nieŜelaznych (rys. 23),

−

metoda MIG z uŜyciem elektrody topliwej, stosowana do spawania wszystkich stali oraz
metali nieŜelaznych (rys.24).
Spawanie łukowe w osłonie gazów aktywnych (dwutlenku węgla lub mieszanki gazów

z dwutlenkiem węgla) elektrodą topliwą nazywane jest metodą MAG. Stosowana jest do
spawania stali niestopowych węglowych i niskostopowych.

Rys. 23. Spawanie metodą TIG w osłonie argonu

elektrodą nietopliwą: 1 – dysza gazowa,
2 – elektroda wolframowa, 3 – łuk elektryczny
gazu ochronnego, 4 – jeziorko stopionego
metalu, 5 – strumień argonu [6, s. 308]

Rys. 24. Spawanie metodą MIG/MAG w osłonie

argonu  elektrodą  topliwą:  1  –  dysza
gazowa,  2  –  drut  elektrodowy,  3  –
prowadzenie  drutu,  4  –  strumień  gazu
ochronnego [6, s. 309]

Połączenia zgrzewane powstają poprzez silny docisk do siebie elementów uprzednio

podgrzanych do temperatury plastyczności. W odróŜnieniu do spawania brzegi elementów nie
ulegają nadtopieniu. Ciepło konieczne do podgrzania elementów moŜe być wytworzone
w wyniku tarcia elementów o siebie, lecz najczęściej jest wynikiem przepływu prądu
elektrycznego przez elementy łączone (zgrzewanie oporowe).

W zaleŜności od rodzaju powstałej zgrzeiny wyróŜniamy zgrzewanie punktowe (rys. 25)

oraz liniowe (rys. 26). Zgrzewanie punktowe stosuje się w przypadku gdy nie jest wymagana
szczelność elementów łączonych (np. nadwozia pojazdów samochodowych), liniowe gdy jest

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ona konieczna (np. zbiorniki paliwa). Na elektrody do zgrzewania oporowego stosuje się
najczęściej miedź elektrolityczną lub stop miedzi z chromem i kadmem.

Rys. 25. Zasada zgrzewania punktowego [5, s. 208]

Rys. 26. Zasada zgrzewania liniowego [5, s. 208]

Połączenia lutowane łączą elementy za pomocą stopu zwanego lutem. Temperatura

topnienia lutu jest znacznie niŜsza od temperatury topnienia łączonych części, dlatego przy
lutowaniu nie następuje nadtapianie łączonych części. Ze względu na zakres temperatury
rozróŜnia się: lutowanie miękkie, temperatura topnienia lutu do 723 K (450

C) oraz lutowanie

twarde, temperatura powyŜej 723 K (450

C). Luty miękkie stosuje się do łączenia stopów

Ŝelaza,  stopów  miedzi  i  innych.  Wytrzymałość  mechaniczna  takich  lutów  jest  niewielka
podobnie  jak  zakres  temperatury  ich  pracy.    Jako  lutów  miękkich  uŜywa  się  stopów  cyny
z  ołowiem,  cyny  z  kadmem.  Lutowanie  miękkie  przeprowadza  się  za  pomocą  róŜnego  typu
lutownic.

Jako lutów twardych uŜywa się miedzi lub jej stopów (mosiądze, brązy), cynku, srebra.

Luty  twarde  moŜna  topić  za  pomocą  palników  acetyleno-tlenowych,  lamp  lutowniczych  lub
w piecach. Przed lutowaniem powierzchnie łączonych  elementów powinny  być oczyszczone
mechanicznie  lub  chemicznie.  W  celu  zwiększenia  przyczepności  i  zapobieŜeniu  utlenianiu
uŜywa się topników (np. kalafonia, boraks).

Luty twarde wykonywane są w postaci drutów, taśm, blach i past. Uniwersalnym lutem

stosowanym do wszystkich stali, węglowych i stopowych, jest lut miedziany SMS1.
Przykładem zastosowania lutowania twardego jest lutowanie płytek z węglików spiekanych
do korpusu narzędzia.

Lutospawanie naleŜy do lutowania twardego. Połączenie części metalowych powstaje

przy stopionym spoiwie i nie stopionych brzegach łączonych metali. Złącza lutospawane mają
kształt litery V lub Y. Proces technologiczny zbliŜony jest do spawania.
Do  lutospawania  stosuje  się  luty  twarde  o  wysokiej  temperaturze  topnienia
wynoszącej  1173

1356 K (900–1083°C). Do tej temperatury naleŜy nagrzać części łączone.

Lutospawanie  stosuje  się  do  łączenia  stali  węglowych:  odlewów  Ŝeliwnych,  brązowych
i mosięŜnych,  zastępując  spawanie.  śeliwa  połączone  tą  metodą  mają  lepsze  właściwości,
gdyŜ  niska  temperatura  topnienia  lutu  nie  powoduje  odkształceń  cieplnych  w  elementach
łączonych i w związku z tym nie powstają pęknięcia.

Połączenia klejone wraz z rozwojem chemii są coraz częściej stosowane w technice.

Do  ich  zalet  moŜna  zaliczyć  odporność  na  korozję,  zdolność  tłumienia  drgań,  właściwości
izolacyjne,  moŜliwość  klejenia  dowolnej  kombinacji  materiałów.  Powierzchnie  przed
sklejeniem  musza  być  odpowiednio  przygotowane    zgodnie  z  zaleceniami  producenta  kleju.
Warunkiem uzyskania połączenia klejonego o dobrych właściwościach jest docisk elementów
klejonych do siebie na czas utwardzenia kleju. Klejenie następuje dzięki dwóm podstawowym
zjawiskom fizycznym: adhezji i kohezji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

BHP podczas spajania metali

Wszystkie prace spawalnicze wymagają specjalnych kwalifikacji i uprawnień, a sprzęt

spawalniczy  musi  spełniać  wiele  szczegółowych  wymagań.  Butle  na  gazy  i  wytwornice
acetylenu podlegają ponadto kontroli Urzędu Dozoru Technicznego.
ZagroŜenie  Ŝycia  i  zdrowia  ludzkiego  podczas  prac  spawalniczych  moŜna  podzielić  na
następujące grupy:

−

zagroŜenia związane z wytwarzaniem i przechowywaniem gazów stosowanych
w spawalnictwie,

−

zagroŜenia spowodowane prądem elektrycznym,

−

zagroŜenia związane z samym procesem spawania (tj. wysoka temperatura, iskry,
promieniowanie).
Obowiązują bardzo szczegółowe przepisy dotyczące obchodzenia się z butlami gazów

(zarówno pustymi, jak i napełnionymi) oraz ich transportu. Butle muszą np. być chronione
przed upadkiem i

uderzeniami, nagrzewaniem (np. promieniami słonecznymi),

zanieczyszczeniem  smarami.  Butle  moŜna  napełniać  tylko  tym  gazem,.  do  którego  są
przeznaczone. Butle z acetylenem naleŜy w czasie pracy ustawiać zawsze zaworem ku górze.
Gazy  stosowane  w  spawalnictwie  nie  są  zasadniczo  trujące,  ale  groŜą  eksplozją  i  z  tego
powodu  nie  wolno  np.  oliwić  zaworów  tlenowych.  Okresowo  butle  są    kontrolowane  przez
Urząd Dozoru Technicznego.

Prąd elektryczny jest głównym źródłem zagroŜenia przy spawaniu łukiem, a takŜe

(chociaŜ  w  mniejszym  stopniu)  przy  elektrycznym  zgrzewaniu  oporowym.  Obowiązują  tu
więc  przede  wszystkim  ogólne  przepisy  dotyczące  budowy  i  eksploatacji  aparatury
elektrycznej wysokiego napięcia. Napięcie na zaciskach źródeł prądu moŜe sięgać 100 V, co
wymaga  odpowiedniej  ostroŜności  w  czasie  spawania.  Przedmiot  spawany  powinien  być
uziemiony,  a  uchwyt  elektrody  musi  mieć  izolowaną  rękojeść.  W  niektórych  przypadkach
sama konstrukcja uchwytu powinna uniemoŜliwić wymianę elektrody bez wyłączenia prądu.
Spawanie  łukowe  jest  bardzo  niebezpieczne  ze  względu  na  promieniowanie  łuku,  groŜące
uszkodzeniem oczu i cięŜkimi oparzeniami skóry.
Spawacz  musi  być  zabezpieczony  fartuchem,  ręce  mieć  osłonięte  rękawicami,  a  twarz
(nie  tylko  oczy)  chronioną  tarczą  trzymaną  w  ręku  lub  przyłbicą  umocowaną  na  głowie.
W tarczy lub przyłbicy znajduje się niewielkie okienko z filtrem ochronnym. Stanowisko do
spawania  łukowego  musi  być  osłonięte  stałymi  ścianami  lub  przenośnymi  parawanami  ,aby
uchronić od poparzeń ludzi pracujących obok.

Przy wielu pracach montaŜowych występują równieŜ zagroŜenia o charakterze chemicznym.

Przykładem moŜe być lutowanie, gdzie uŜywa się róŜnych topników szkodliwych dla zdrowia.
Szczególnie duŜe niebezpieczeństwo zagraŜa przy klejeniu, gdyŜ wiele klejów lub ich składników
to silne trucizny i praca z nimi musi odbywać się z najwyŜszą ostroŜnością, przy zapewnieniu
odpowiedniej wentylacji i innych środków ochronnych.

Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna

Obróbka cieplna jest procesem składającym się z zabiegów cieplnych, których celem jest

kształtowanie zmian struktury materiału w stanie stałym pod wpływem temperatury i czasu.
Rezultatem  tych  zmian  jest  uzyskanie  odpowiednich  właściwości  mechanicznych  oraz
właściwości  fizycznych  i  chemicznych  materiału.  Obróbkę  cieplną  w  trakcie  której  zmiany
struktury materiału następują głównie pod wpływem temperatury i czasu nazywa się obróbką
cieplną  zwykłą.  JeŜeli  obróbkę  cieplną  łączy  się  z  działaniem  środowiska  chemicznego
wówczas obróbka nazywa się cieplno-chemiczną.

Istnieje ścisły związek obróbki cieplnej z przemianami fazowymi właściwymi dla danego

rodzaju stopu. Dlatego teŜ rodzaj obróbki cieplnej oraz zakres temperatury ustala się na
podstawie wykresów równowagi fazowej stopów, np. w przypadku stali na podstawie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wykresu równowagi fazowej Ŝelazo-cementyt. śelazo występuje w dwóch odmianach
alotropowych

. Przemiana alotropowa polega na zmianie układu atomów w siatce

krystalograficznej metalu znajdującego się w stanie stałym. Pierwsza odmiana Ŝelaza, która
jest trwała do 1183 K, (910

C) jest Ŝelazem

. W zakresie temperatur 1183

1663 K

(910

1390

C), Ŝelazo występuje w odmianie

, powyŜej 1663 K (1390

C), ponownie

następuje przemiana Ŝelaza w odmianę alotropową

W układzie Ŝelazo-cementyt występują następujące rodzaje składników strukturalnych:

–

Cementyt – związek chemiczny węgla z Ŝelazem Fe

C, oznacza się duŜą twardością

i bardzo złą plastycznością,

–

Ferryt – roztwór stały węgla w Ŝelazie

, jest to prawie czyste Ŝelazo, największa

rozpuszczalność węgla w Ŝelazie

∝

wynosi 0,02

–

Austenit – roztwór stały węgla w Ŝelazie

–

Perlit – mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu zawierająca 0,8

C powstaje

wskutek

rozpadu

austenitu

podczas

przemiany

eutektoidalnej

zachodzącej

w temperaturze 996 K (723

C),

–

Martenzyt – mocno przesycony roztwór węgla w Ŝelazie

ma charakterystyczną iglastą

budowę oraz duŜą kruchość i twardość,

–

Bainit – produkt przemiany przechłodzonego austenitu, składa się z przesyconego
węglem ferrytu oraz wydzielonego z niego cementytu jego struktura jest drobna,
rozróŜnia się dwie odmiany bainitu: górny i dolny.

ZaleŜność struktury krystalograficznej stali od temperatury i procentowej zawartości węgla
przedstawia rysunek 27.

Rys. 27. ZaleŜność struktury krystalograficznej stali od temperatury i procentowej zawartości węgla (wykres

równowagi faz) [9, s. 137]

Stosowanie poszczególnych rodzajów obróbki cieplnej (hartowania, odpuszczania,

przesycania i starzenia) wymaga nagrzania stopu do temperatur w których następują
przemiany alotropowe lub zmiany rozpuszczalności określonych składników stopu.
Główne zabiegi obróbki cieplnej to: nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie (rys. 28).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 28. Podstawowe zabiegi obróbki cieplnej

[10, s. 97]

Do podstawowych parametrów charakteryzujących zabiegi obróbki cieplnej zaliczamy:

−

temperaturę nagrzewania,

−

średnią szybkość nagrzewania lub czas nagrzewania,

−

czas wygrzewania,

−

średnią szybkość chłodzenia lub czas chłodzenia.

RozróŜniamy następujące rodzaje obróbki cieplnej:

−

hartowanie,

−

wyŜarzanie,

−

odpuszczanie,

−

przesycanie i starzenie,

−

ulepszanie cieplne.
WyŜarzanie jest operacją obróbki cieplnej, która polega na nagrzaniu stali do określonej

temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Celem wyŜarzania jest
otrzymanie określonej struktury zapewniającej wymagane własności materiału.

WyróŜnia się następujące rodzaje wyŜarzania: ujednorodniające, normalizujące, zupełne,

izotermiczne, niezupełne, zmiękczające, rekrystalizujące, odpręŜające, stabilizujące (rys. 29).

Zawartość C

Rys. 29. Zakresy temperatury wyŜarzania stali niestopowych [10, s. 100]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W wyniku wyŜarzania moŜna uzyskać:

−

poprawę obrabialności przy skrawaniu,

−

zwiększenie plastyczności przy tłoczeniu na zimno,

−

zwiększenie jednorodności struktury i składu chemicznego,

−

zmniejszenie napręŜeń powstałych podczas zgniotu, spawania.

Hartowanie jest operacją obróbki cieplnej polegającą na nagrzaniu przedmiotu do

temperatury zapewniającej wytworzenie struktury austenitu (o 303

323 K, powyŜej linii A

)

i  następnie  szybkim  chłodzeniu.  Celem  hartowania  jest  uzyskanie  struktury  martenzytycznej
lub  bainitycznej,  charakteryzującej  się  między  innymi  odpowiednio  duŜą  twardością.  Stale
niestopowe  (węglowe)  hartuje  się  w  wodzie,  stopowe  w  oleju,  wysokostopowe,
tzw. samohartujące się w powietrzu.

WyróŜnia się równieŜ hartowanie objętościowe (na wskroś) i powierzchniowe.

Hartowanie  powierzchniowe  polega  na  szybkim  nagrzaniu  warstwy  powierzchniowej
o  niewielkiej  grubości  do  temperatury  austenityzacji  i  chłodzeniu  z  duŜą  szybkością,
zapewniającą  uzyskanie  struktury  martenzytycznej  w  tej  warstwie.  Celem  jest  uzyskanie
wysokiej  twardości  warstwy  powierzchniowej  i  odporności  na  ścieranie  przy  zachowaniu
ciągliwości  rdzenia.  Ze  względu  na  sposób  nagrzewania  powierzchni  wyróŜnia  się
następujące  rodzaje  hartowania  powierzchniowego:  płomieniowe,  indukcyjne,  kąpielowe,
oporowe lub kontaktowe, elektrolityczne, laserowe, elektronowe i plazmowe. Części maszyn
wymagające  wysokiej  wytrzymałości  poddaje  się  najpierw  ulepszaniu  cieplnemu,  tj.
hartowaniu  i  wysokiemu  odpuszczaniu,  a  następnie  hartuje  się  powierzchniowo  określone
fragmenty części.
Hartowanie  powierzchniowe  stosuje  się  dla  stali  niestopowych  zawierających  0,4–0,6%  C,
a dla stali niskostopowych o zawartości 0,3–,6% C.

Po hartowaniu martenzytycznym stale konstrukcyjne wykazują duŜe napręŜenia własne

i strukturalne oraz małą plastyczność, co uniemoŜliwia ich bezpośrednie uŜycie. W celu
zmniejszenia tych niekorzystnych skutków stosuje się odpuszczanie.

Odpuszczanie jest operacją obróbki cieplnej stosowaną po hartowaniu, polegającą na

nagrzaniu  przedmiotu  do  odpowiedniej  temperatury,  utrzymaniu  jej  przez  pewien  czas
i następnie chłodzeniu. Temperatura nagrzewania i czas wygrzewania zaleŜą od rodzaju stali
i celu odpuszczania. Odpuszczanie moŜe być: niskie, średnie i wysokie (rys. 30).
Odpuszczanie  niskie  polega  na  nagrzaniu  przedmiotu  do  temperatury  423

473 K

(150

200°C) i następnie chłodzeniu. Celem procesu jest usunięcie napręŜeń hartowniczych

przy zachowaniu duŜej twardości i odporności na ścieranie.
Odpuszczanie średnie przeprowadza się w zakresie temperatur 473

773 K (200–00°C).

Celem jest uzyskanie duŜej wytrzymałości i spręŜystości stali przy dość znacznym obniŜeniu
twardości.  Odpuszczanie  wysokie  przebiega  powyŜej  temperatury  773  K.  Celem  jego  jest
zmiękczenie  stali  do  stanu,  w  którym  ma  ona  wysoką  udarność  i  najłatwiej  poddaje  się
obróbce skrawaniem.

Przesycanie jest operacją obróbki cieplnej polegającą na nagrzaniu materiału do

temperatury powyŜej granicznej rozpuszczalności, w której wydzielony składnik przechodzi
do roztworu stałego, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu w celu zatrzymania
rozpuszczonego składnika w roztworze przesyconym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 30. Wykres temperatur hartowania i odpuszczania stali węglowych [2, s. 195]

Starzenie polega na nagrzaniu i wytrzymaniu uprzednio przesyconego materiału

w  temperaturze  znacznie  niŜszej  od  temperatury  granicznej  rozpuszczalności,  w  celu
wydzielenia  składnika  lub  składników  o  odpowiednim  stopniu  dyspersji,  które  znajdują  się
w  nadmiarze  w  przesyconym  roztworze  stałym.  Przesycanie  i  starzenie  nazywa  się
utwardzaniem dyspersyjnym.

Obróbka cieplno-chemiczna

Obróbką cieplno-chemiczną nazywa się zabiegi cieplne powodujące zmianę składu

chemicznego  zewnętrznych  warstw  metalu,  osiągane  wskutek  oddziaływania  aktywnego
środowiska chemicznego na jego powierzchnię.
Podstawą procesów zachodzących podczas obróbki cieplno-chemicznej jest zjawisko dyfuzji.
Polega  ono  na  ruchu  atomów,  jonów  lub  cząsteczek  spowodowanym  róŜnicą  stęŜenia
i  prowadzącym  do  wyrównania  stęŜeń  wewnętrznych  faz.  Dyfuzja  występująca  w  gazach
i  cieczach  przebiega  szybko,  gdyŜ  atomy,  jony  lub  cząsteczki  nie  napotykają  większych
oporów na swej drodze.

W ciałach stałych ruch atomów, jonów lub cząstek jest utrudniony ze względu na

krystaliczną budowę tych ciał. Dyfuzja polega w nich na względnych przesunięciach atomów
lub cząsteczek wewnątrz sieci krystalicznej. Wędrówka atomów, jonów lub cząsteczek moŜe
się odbywać przez bezpośrednią zamianę miejsc w sieci krystalicznej, dyfuzję
międzywęzłową lub dyfuzję za pośrednictwem defektów sieci krystalicznej.

Zjawisko dyfuzji jest wykorzystywane do zmiany składu chemicznego zewnętrznych

warstw  stali  w  celu  zmiany  jej  właściwości,  głównie  poprawy  twardości,  wytrzymałości
na ścieranie oraz odporności na korozyjne działanie środowiska.
W  celach  technicznych  do  stali  są  dodawane  węgiel,  azot,  aluminium,  krzem,  chrom,  itd.
W praktyce stosuje się głównie nawęglanie, azotowanie, cyjanowanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nawęglanie

Nawęglanie polega na wprowadzeniu węgla do warstw powierzchniowych stali. Atomy

węgla  wprowadzone  dyfuzyjnie  do  stali  zajmują  w  strukturalnych  sieciach  miejsce  między
węzłami utworzonymi z atomów Ŝelaza.
Nawęglaniu  poddaje  się  stale  o  małej  zawartości  węgla,  tj.  nie  przekraczającej  0,25%  C,
niekiedy – z niewielkim dodatkiem chromu, manganu lub molibdenu. Środowisko słuŜące do
nawęglania nazywa się karboryzatorem. RozróŜniamy środowiska do nawęglania stałe, ciekłe
i gazowe.

Czas nawęglania stali zaleŜy od aktywności środowiska, temperatury i załoŜonej grubości

warstwy nawęglanej. Zwykle nawęgla się stale do grubości warstwy 0,5–2,5 mm. Nawęgloną
powierzchniowo stal poddaje się następnie obróbce cieplnej (rys. 31).

Rys. 31. Proces nawęglania i następującej po nawęglaniu obróbki cieplnej [6, s. 259]

Azotowanie

Proces azotowania odbywa się w specjalnych piecach, przez które przepływa amoniak.

W temperaturze pracy pieca, zwykle w zakresie 793

813 K (520

540°C), amoniak ulega

dysocjacji. Azotowanie jest procesem długotrwałym. Czas azotowania wynosi średnio około
30  h.    W  niektórych  przypadkach  stale  azotuje  się  nawet  w  ciągu  około  100  h.  Grubość
warstwy uzyskanej w tak długotrwałym procesie nie jest jednak zbyt duŜa. Jej grubość zaleŜy
od  wielu  czynników:  od  temperatury  procesu,  stopnia  dysocjacji  amoniaku,  składu
chemicznego stali i innych.

Przedmioty przeznaczone do azotowania są uprzednio ulepszone cieplnie i szlifowane na

ostateczny  wymiar.  Azotowanie  prawie  zupełnie  nie  wpływa  na  zmianę  wymiarów
przedmiotów, a ich powierzchnia nie ulega w tym procesie uszkodzeniu.
Po  azotowaniu  nie  stosuje  się  juŜ  innej  obróbki  cieplnej,  gdyŜ  wytworzone  na  powierzchni
przedmiotu  warstwy  azotków  są  twarde,  a  napręŜenia  własne  uległy  likwidacji  podczas
azotowania.
Cyjanowanie

Podczas cyjanowania zachodzą jednocześnie dwa procesy: nawęglanie i azotowanie.

W  wyniku  cyjanowania  zewnętrzne  warstwy  stali  wzbogacają  się  w  węgiel  i  azot.
Czynnikiem  decydującym  o  tym,  który  z  tych  dwóch  procesów  będzie  przebiegał
intensywnie,  jest  temperatura.  Cyjanowanie  w  temperaturze  powyŜej  1073  K  (800°C),
powoduje niemal wyłącznie nawęglanie stali. ObniŜenie temperatury procesu do około 773 K
(500°C), całkowicie zatrzymuje proces nawęglania, a przyspiesza azotowanie.
Cyjanowanie  moŜe  się  odbywać  w  środowiskach:  stałym,  ciekłym  i  gazowym.  Najczęściej
stosuje się cyjanowanie w kąpielach zawierających związki cyjanowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stale cyjanowane w wyŜszej temperaturze są poddawane hartowaniu, zazwyczaj

bezpośrednio po kąpieli cyjanującej. Stale cyjanowane w niŜszej temperaturze nie podlegają
juŜ Ŝadnej obróbce cieplnej.

Aluminiowanie
Aluminiowanie, zwane inaczej kaloryzowaniem, polega na wprowadzeniu glinu do stali.

Proces  nasycania  glinem  odbywa  się  w  mieszaninie  sproszkowanego  aluminium,  tlenku
aluminium  i  chlorku  amonu  w  temperaturze  około  900°C.  Grubość  warstwy  wzbogaconej
w glin zaleŜy od czasu trwania procesu. Po 24 godzinach osiąga się warstwę grubości l mm,
zawierającą około 50% Al.
Aluminiowaniu poddaje się przedmioty przeznaczone do pracy w podwyŜszonej temperaturze
w atmosferze utleniającej. Utworzona na warstwie aluminium warstwa tlenków chroni metal
podłoŜa przed dalszym utlenianiem. Wadą tych warstw jest ich kruchość.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie znasz metody spajania metali?

Jak są oznaczane elektrody otulone?

Na czym polega metoda spawania MAG?

Jakie znasz metody lutowania?

Z jakich etapów składa się proces lutowania miękkiego?

Jak naleŜy dobierać kleje?

Co to jest obróbka cieplna?

Jakie są rodzaje obróbki cieplnej?

Na czym polega proces odpuszczania?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj połączenie klejone materiałów otrzymanych od nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

rozpoznać materiały przeznaczone do klejenia,

dobrać rodzaj kleju,

przygotować niezbędne materiały i narzędzia,

przygotować powierzchnię do klejenia zgodnie z zaleceniami producenta kleju,

wykonać połączenie klejone,

ocenić wytrzymałość spoiny klejowej,

ocenić estetykę wykonanej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zestaw materiałów i narzędzi do wykonywania połączenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Wykonaj połączenie spajane materiałów otrzymanych od nauczyciela metodą lutowania

miękkiego.

Sposób wykonania zadania

Aby wykonać zadanie, powinieneś:

przygotować stanowisko i narzędzia do wykonania ćwiczenia,

przygotować elementy do lutowania,

dobrać odpowiedni lut oraz topnik,

wykonać połączenie stosując się do zaleceń bhp,

ocenić wspólnie z nauczycielem jakość i estetykę wykonanej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

lutownica,

−−−−

elementy przeznaczone do lutowania,

−−−−

materiały lutownicze.

Ćwiczenie 3

Wykonaj złącze spawane doczołowe oraz zakładkowe metodą MAG elementów

otrzymanych od nauczyciela.

Sposób wykonania zadania

Aby wykonać zadanie, powinieneś:

zapoznać się ze stanowiskiem do spawania oraz przepisami bhp,

zapoznać się z instrukcję uŜytkowania spawarki,

przygotować elementy do spawania,

dobrać parametry spawania,

wykonać złącze spawane pod nadzorem nauczyciela,

ocenić jakość wykonanej pracy,

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

półautomat spawalniczy MAG,

−−−−

instrukcja obsługi spawarki,

−−−−

elementy przeznaczone do spawania,

−−−−

środki ochrony osobistej.

Ćwiczenie 4

Na podstawie literatury opisz proces technologiczny hartowania na wskroś detalu

otrzymanego od nauczyciela. Symbol materiału z którego wykonany jest element poda Ci
nauczyciel.

Sposób wykonania ćwiczenia.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

w oparciu o oznaczenie materiału oraz katalogi materiałowe rozpoznaj materiał
przeznaczony do hartowania,

ocenić kształt i wielkość przedmiotu,

opisać kolejne etapy hartowania wraz z podaniem podstawowych parametrów procesu,
uŜytych materiałów i narzędzi,

omówić wspólnie z nauczycielem wynik ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

katalogi materiałowe,

−−−−

poradniki.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować techniki wytwarzania?

opisać technologię i rodzaje odlewania?

opisać rodzaje obróbki plastycznej?

omówić zasady bezpiecznej pracy podczas spajania?

wymienić i scharakteryzować metody spawania?

wykonać złącze spawane doczołowe?

wykonać połączenie lutowane?

wykonać połączenie klejone?

opisać procesy technologiczne obróbki cieplnej?

10)

opisać procesy obróbki cieplno-chemicznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Obróbka ręczna i ręczno-maszynowa

4.3.1. Materiał nauczania

Obróbka ręczna

Obróbką ręczną nazywamy obróbkę wykonywaną za pomocą narzędzi, których ruch

główny i posuwowy jest uzyskiwany za pomocą mięśni człowieka.

W obróbce ręczno-maszynowej narzędzie wykonuje ruch główny, a człowiek tylko ruch

posuwowy.

Trasowanie polega na wyznaczaniu na powierzchni przedmiotu punktów, linii, okręgów,

obrysów warstw przewidzianych do usunięcia, które będą pomocne podczas właściwej
obróbki. RozróŜnia się trasowanie na płaszczyźnie oraz trasowanie przestrzenne. Do
trasowania potrzebne są narzędzia przedstawione na rysunku 32.

Rys. 32. Narzędzia do trasowania a) rysik do rysowania na trasowanym przedmiocie linii, b) suwmiarka

traserska  z  podstawą,  stosowana  do  wyznaczania  linii  poziomych,  c)  znacznik  do  wyznaczania  linii
poziomych,  d)  cyrkiel  traserski,  e)  cyrkiel  traserski  z  śrubą  nastawczą,  f)  punktak,  g)  liniał  traserski
z  podstawą,  h)  kątownik,  i)  środkownik  przeznaczony  do  wyznaczania  środków  okręgów  na
czołowych    powierzchniach  przedmiotów  walcowych,  j)  pryzma  traserska,  uŜywana  za  podstawę
podczas trasowania przedmiotów walcowych, k) płyta traserska, l) płyta traserska (inny typ) [2, s. 21]

Ponadto do trasowania uŜywa się młotków, przymiarów kreskowych, a do trasowania

przestrzennego dodatkowo skrzynki i podstawki traserskie. W celu zwiększenia widoczności
trasowanych linii przedmioty maluje się roztworem siarczanu miedzi (przedmioty stalowe lub
Ŝeliwne obrobione) lub kredą rozpuszczoną w wodzie z dodatkiem oleju lnianego (przedmioty
nieobrobione, np. odlewy).

Prostowanie i gięcie naleŜą do operacji obróbki ręcznej, podczas których nadaje się

przedmiotowi Ŝądany kształt bez skrawania materiału za pomocą odpowiednich sił. Zarówno
gięcie jak i prostowanie moŜna przeprowadzić na zimno i na gorąco. Podgrzewanie materiału
stosuje się w przypadku grubszych elementów w celu zwiększenia plastyczności materiału.
Prostowanie prętów (rys. 33) i blach (rys. 34) wykonuje się zazwyczaj na kowadłach lub
płytach za pomocą młotków stalowych lub drewnianych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 33. Operacja prostowania pręta [10, s. 192]

Rys. 34. Operacja prostowania blachy [10, s. 192]

Na rysunku 35 przedstawiono etapy powstawania skobla poprzez gięcie płaskownika

w szczękach imadła.

Rys. 35. Etapy powstawania skobla poprzez gięcie płaskownika w szczękach imadła [10, s. 192]

Podczas gięcia materiał zostaje odkształcony w miejscu zginania (rys. 36). Warstwy

zewnętrzne materiału są w czasie gięcia rozciągane, a po zakończeniu gięcia wydłuŜane na
pewnym  odcinku.  Warstwy  wewnętrzne  materiału  są  w  czasie  gięcia  ściskane,  a  po
zakończeniu  gięcia  skrócone  na  pewnym  odcinku.  Warstwy  środkowe  leŜące  na  linii
obojętnej,  przechodzącej  przez  środek  grubości  materiału,  nie  ulegają  rozciąganiu  ani
ściskaniu.

Do wykonywania przedmiotu gięciem konieczna jest znajomość długości materiału

wyjściowego. Długość materiału wyjściowego musi być równa długości linii obojętnej
w wygiętym przedmiocie.

Rys. 36. Proces gięcia. 1 – warstwa obojętna, 2 – warstwa rozciągnięta, 3 – warstwa ściskana, s – szerokość

płaskownika, g – wysokość płaskownika [2, s. 46]

Przecinanie piłką ręczną jest stosowane do elementów o niewielkich przekrojach. Piłka

składa  się  z  oprawki  oraz  brzeszczotu,  który  moŜe  być  mocowany  w  uchwytach  w  jednym
z  dwóch  prostopadłych  do  siebie  kierunków.  Twarde  lub  cienkie  materiały  przecina  się
brzeszczotami o drobnych ząbkach natomiast do tworzyw sztucznych i materiałów miękkich
stosuje  się  brzeszczoty  o  grubym  uzębieniu.  W  celu  uniknięcia  zakleszczenia  brzeszczotu
w materiale uzębienie brzeszczotu jest faliste lub rozwierane. Brzeszczoty piłek ręcznych do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

metalu są znormalizowane. Parametrem charakteryzującym brzeszczot jest liczba zębów
przypadająca na 25 mm jego długości (najczęściej jest ich 22).

Na rysunku 37 przedstawiono geometrię uzębienia brzeszczotu dla metali lekkich oraz

dla stali.

Rys. 37. Geometria uzębienia brzeszczotu dla metali lekkich oraz dla stali [10, s. 194]

Cięcie metali noŜycami

W czasie cięcia materiału pracują dwa noŜe, z których jeden jest przewaŜnie

nieruchomy. Proces cięcia przebiega w trzech kolejnych fazach przedstawionych na rysunku
38.

Rys. 38. Fazy cięcia materiału: a) nacisk, b) przesuniecie materiału, c) rozdzielenie materiału [2, s. 38]

Do cięcia blach róŜnej grubości, a takŜe materiałów kształtowych i prętów uŜywa się

noŜyc. Blachy stalowe cienkie (do l mm) moŜna ciąć noŜycami ręcznymi, a blachy grubsze
(do 5 mm) noŜycami dźwigniowymi (rys.39). NoŜyce równoległe, czyli gilotynowe
o napędzie mechanicznym są stosowane do cięcia blach grubości do 32 mm, a pręty oraz
kształtowniki przecina się noŜycami uniwersalnymi.

Rys. 39. NoŜyce dźwigniowe: 1 – nóŜ górny ruchomy, 2 – nóŜ dolny nieruchomy [2, s. 39]

Piłowanie ma na celu skrawanie z powierzchni obrabianego materiału cienkiej warstwy

grubości 0,5–1,5 mm za pomocą narzędzia zwanego pilnikiem. Podczas piłowania powstają
drobne wiórki, zwane opiłkami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Budowa pilników

Pilnik (rys. 40) składa się z części roboczej 1 i chwytu 2 osadzonego w drewnianej

rękojeści 3. Na części roboczej są wykonane nacięcia, czyli zęby. Wielkość pilnika jest
określona długością części roboczej L. Większość pilników produkuje się w zakresie długości
L = 100–450 mm. Pilniki wykonuje się ze stali niestopowej narzędziowej. Twardość części
roboczej powinna wynosić minimum 59 HRC, a chwyt musi być miękki.

Według liczby nacięć przypadających na długości 10 mm, licząc w przekroju

równoległym do osi pilnika, rozróŜnia się następujące rodzaje pilników: zdzieraki,
równiaki, półgładziki, gładziki, podwójne gładziki i jedwabniki

Liczba nacięć stanowi o przeznaczeniu pilnika. Im większa liczba nacięć, tym bardziej

gładka powierzchnia obrabiana.

Rys. 41. Rodzaje pilników w zaleŜności od przekroju poprzecznego [2, s. 58]

W zaleŜności od kształtu przekroju poprzecznego rozróŜnia się pilniki (rys. 41):

płaskie zbieŜne,

f) noŜowe,

płaskie,

g) okrągłe,

kwadratowe,

h) półokrągłe,

trójkątne,

mieczowe,

do ostrzenia pił,

soczewkowe.

Pilniki dobiera się w zaleŜności od wymiarów, kształtu i wymaganej chropowatości

obrabianej  powierzchni.  Do  piłowania  zgrubnego  uŜywa  się  zdzieraków,  które  skrawają
warstwę metalu grubości ok. 1 mm. Po piłowaniu zgrubnym zdzierakiem stosuje się równiak,
który  zbiera  warstwę  metalu  grubości  0,3–0,5  mm.  Pozostałe  pilniki, tzn.  od  półgładzików do
jedwabników,  uŜywa  się  do  wykończania  powierzchni  zaleŜnie  od  wymaganej  gładkości.
Podczas  piłowania  naleŜy  zwrócić  uwagę  na  właściwe  zamocowanie  przedmiotu,  musi  ono
zapewnić  całkowite  unieruchomienie  i  usztywnienie  obrabianego  materiału.  Mocując

Rys. 40. Pilnik [2, s. 56]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przedmiot naleŜy zwracać uwagę, Ŝeby obrabiana powierzchnia znajdowała się o 5–10 mm
ponad szczękami imadła.

Wierceniem nazywa się wykonywanie otworów w pełnym materiale za pomocą narzędzia

skrawającego zwanego wiertłem. W czasie obróbki wiertło wykonuje ruch obrotowy
i posuwowy, a przedmiot obrabiany jest nieruchomy. Wiertło usuwa obrabiany materiał
w postaci wiórów tworząc walcowy otwór, przy czym średnica otworu odpowiada średnicy
wiertła.

Rys. 42. Budowa wiertła krętego [6, s. 52]

Wiertło kręte (rys. 42) składa się z części roboczej, szyjki i chwytu. Część robocza

składa  się  z  części  skrawającej  i  części  prowadzącej.  Chwyt  moŜe  być  stoŜkowy  z  płetwą
(w  wiertłach  o  średnicy  powyŜej  10  mm)  oraz  walcowy  z  płetwą  lub  bez  (w  wiertłach
o średnicy poniŜej 10 mm). Część robocza wiertła ma nacięte na obwodzie dwa przeciwległe
rowki  śrubowe  do  pomieszczenia  i  odprowadzania  wiórów  z  wierconego  otworu.  Dwie
łysinki  w  kształcie  wąskich  pasków,  połoŜone  wzdłuŜ  rowków,  słuŜą  do  prawidłowego
prowadzenia  wiertła  w  otworze.  Tarcie  o  ścianki  otworu  występuje  tylko  na  powierzchni
łysinek prowadzących. Aby jeszcze bardziej zmniejszyć tarcie o ścianki otworu, część robocza
wiertła jest lekko stoŜkowa, zbieŜna w kierunku chwytu

Część skrawającą stanowią dwie proste krawędzie tnące jednakowej długości, które łączą

się  ze  sobą  poprzeczną  krawędzią  tnącą,  zwaną  ścinem.  Ścin  jest  wierzchołkiem  wiertła,
a krawędzie tnące tworzą kąt wierzchołkowy, którego wartość zaleŜy od rodzaju wierconego
materiału.  Im  twardszy  jest  materiał  obrabiany,  tym  mniejszy  powinien  być  kąt
wierzchołkowy.  Do  Ŝelaza  i  stali  stosuje  się  wiertła  o  kącie  wierzchołkowym  wynoszącym
118°,  do  mosiądzu,  brązu  i  stopów  aluminium  –  130–140°,  do  miedzi  –  125°,
do tworzyw sztucznych – 85–90° i do gumy twardej – 50°. Wiertła wykonuje  się  ze  stali
szybkotnącej, a takŜe z płytkami z węglików spiekanych.

Do wiercenia otworów stosuje się wiertarki o napędzie ręcznym, elektrycznym lub

pneumatycznym.  RozróŜnia  się  wiertarki  przenośne,  które  podczas  pracy  trzyma  się
rękami  oraz  wiertarki  stałe.  W  pracach  ślusarskich  największe  zastosowanie  znajdują
wiertarki  o  napędzie  elektrycznym.  Wiertarki  pneumatyczne  mogą  być  stosowane  tylko
w zakładach  dysponujących  instalacją  spręŜonego  powietrza.  Do  napędu  wiertarki
pneumatycznej jest wymagane spręŜone powietrze o ciśnieniu 0,6 MPa.

Do mocowania wierteł słuŜą uchwyty dwuszczękowe lub trójszczękowe. Niektóre

wiertła, pogłębiacze i rozwiertaki posiadają chwyt stoŜkowy pozwalający na umieszczenie
ich bezpośrednio w gnieździe wrzeciona wiertarki, lub za pomocą tulei redukcyjnych.
Do prac wiertniczych zaliczamy: wykonywanie otworów przelotowych i nieprzelotowych,
wiercenie wtórne (powiercanie), pogłębianie otworów a takŜe rozwiercanie.

Pogłębianie jest to powiększanie na pewnej długości wykonanego otworu w celu ścięcia

ostrych  krawędzi  otworu  lub  wykonania  wgłębienia  na  umieszczenie  walcowego  lub
stoŜkowego  łba  wkrętu  lub  nitu.  Pogłębianie  otworów  wykonuje  się  za  pomocą  narzędzi
zwanych pogłębiaczami (rys. 43). RozróŜnia się pogłębiacze stoŜkowe i czołowe. Pogłębiacze
czołowe  mają  czop  prowadzący  o  średnicy  równej  średnicy  otworu  w  celu  utrzymania
współosiowości. Chwyty pogłębiaczy są takie same jak wierteł.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 43. Pogłębiacze: a) stoŜkowy, b) czołowe [2, s. 75]

Rozwiercanie otworów

Narzędzia zwane rozwiertakami są uŜywane do dalszej obróbki otworu wykonanego

wiertłem w celu uzyskania duŜej dokładności oraz gładkości powierzchni lub w celu
otrzymania otworu stoŜkowego.

W zaleŜności od dokładności obróbki rozróŜnia się rozwiertaki zdzieraki i wykańczaki.

RozróŜnia  się  rozwiertaki  ręczne  mające  chwyt  walcowy  z  łbem  kwadratowym  oraz
rozwiertaki  maszynowe  z  chwytem  stoŜkowym  lub  walcowym.  Rozwiertaki  są  narzędziami
wieloostrzowymi z zębami prostymi lub śrubowymi.  Liczba  ostrzy  wynosi 3–12. Podziałka
zębów  jest  nierównomierna,  co  zapewnia  większą  dokładność  obrabianego  otworu.
Rozwiertaki  z  zębami  śrubowymi  lewoskrętnymi  stosuje  się  do  rozwiercania  otworów
z rowkami. W zaleŜności od kształtu otworu rozróŜnia się rozwiertaki walcowe i stoŜkowe.

Otwory stoŜkowe o duŜej zbieŜności obrabia się kolejno trzema rozwiertakami:

wstępnym,  zdzierakiem  i  wykańczakiem.  Są  stosowane  równieŜ  rozwiertaki  nastawne,
w których  moŜna  regulować  średnicę  w  niewielkim  zakresie.  Na  rysunku  44  przedstawiono
róŜnego  rodzaju  rozwiertaki,  etapy  rozwiercania  otworów  walcowych  przedstawiono  na
rysunku 45.

Gwintowanie, polega na wykonaniu na powierzchni wałka lub otworu wgłębień wzdłuŜ

linii  śrubowej.  W  czasie  nacinania  gwintu  ostrze  narzędzia  wykonuje  w  stosunku  do
obrabianej  części  ruch  po  linii  śrubowej,  tworząc  rowek  o  odpowiednim  zarysie  gwintu.
Gwint  moŜna  nacinać  na  powierzchni  walcowej  zewnętrznej  otrzymując  wtedy  śrubę,  lub
na powierzchni walcowej wewnętrznej otrzymując nakrętkę.

Rys. 44. Rodzaje rozwiertaków [2, s. 76]

a) zdzierak, b) o zębach prostych,
c) o zębach śrubowych, d) nastawny,
e) komplet rozwiertaków stoŜkowych.

Rys. 45. Rozwiercanie otworów walcowych [2, s. 76]

sprawdzenie prostopadłości, b) rozwiercanie,

c) proces rozwiercania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rodzaje gwintów

Gwinty dzieli się wg ich zarysów i systemów. W zaleŜności od zarysu gwintu

w płaszczyźnie przechodzącej przez jego oś rozróŜnia się gwinty: trójkątne, prostokątne,
trapezowe (symetryczne i niesymetryczne) i okrągłe (rys. 46). W zaleŜności od systemów
rozróŜnia się gwinty metryczne, calowe (Whitwortha) i inne.

Do połączeń nieruchomych, czyli jako gwinty złączne, stosuje się wyłącznie gwinty

trójkątne. Gwinty trapezowe i prostokątne stosuje się w śrubach do przenoszenia ruchu,
jak np. śruba pociągowa w obrabiarkach.

W gwincie rozróŜnia się następujące elementy: występ, bruzdę, zarys i kąt gwintu.

Zarysem gwintu nazywa się zarys występu i bruzdy w płaszczyźnie przechodzącej przez oś
gwintu. Kąt gwintu

jest to kąt zawarty między bokami zarysu. W gwincie metrycznym

α = 60°, a w gwincie calowym α = 55°. ZaleŜnie od kierunku nacięcia gwintu rozróŜnia się
gwint prawy i lewy.

Rys. 46. Rodzaje gwintów a) trójkątny, b) trapezowy symetryczny, c) prostokątny, d) trapezowy

niesymetryczny, e) okrągły, f) wielkości charakteryzujące gwint metryczny 1 – występ, 2 – bruzda,
3 – zarys,

– kąt zarysu, d – średnica zewnętrzna gwintu, d

– średnica wewnętrzna gwintu,

– średnica podziałowa gwintu, P – podziałka, H – wysokość [2, s. 79]

Gwinty metryczne zgodnie z PN-ISO są określane przez podanie symbolu gwintu M,

wartości  średnicy  zewnętrznej,  np.  M20  –  dla  gwintów  zwykłych,  a  w  przypadku  gwintów
drobnozwojnych podaje się jeszcze podziałkę gwintu, np. M20×l,5. Gwinty lewe oznacza się
dodatkowo symbolem LH.
Do  nacinania  gwintów  zewnętrznych  (śrub)  słuŜą  narzynki,  a  do  wewnętrznych  (nakrętek)
gwintowniki.  Gwinty  moŜna  nacinać  równieŜ  na  tokarkach  za  pomocą  specjalnych  noŜy,
na frezarkach za pomocą frezów oraz walcować za pomocą odpowiednio ukształtowanych
walców. Na rysunku 47 przedstawiono przykłady narzynek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 47. Rodzaje narzynek: a) narzynka okrągła pełna b) narzynka przecięta c) oprawka z pokrętką [2, s. 81]

Gwintowniki

Na rysunku 48 przedstawiono gwintownik. Ma on kształt śruby o stoŜkowym

zakończeniu z rowkami wyciętymi na powierzchni wzdłuŜ osi gwintownika. Rowki te tworzą
krawędzie tnące i słuŜą do odprowadzania wiórów. Gwintownik składa się z części
roboczej i chwytu o zakończeniu kwadratowym umoŜliwiającym załoŜenie pokrętki.
Część robocza dzieli się na stoŜkową skrawającą i walcową wykańczającą.

Do gwintowania otworów uŜywa się kompletu składającego się z trzech gwintowników

(rys. 48a): gwintownika wstępnego (nr 1) oznaczonego  na  obwodzie  jedną  rysą,  zdzieraka
(nr  2)  oznaczonego  dwiema  rysami  i  wykańczaka  (nr  3)  oznaczonego  trzema  rysami.  Za
pomocą  gwintowników  wstępnego  i  zdzieraka  wykonuje  się  tylko  część  zarysu  gwintu,
a  dopiero  za  pomocą  wykańczaka  nacina  się  pełny  zarys  gwintu  (rys.  48b).  KaŜdy
gwintownik  z  kompletu  ma  stoŜek  skrawający  o  innej  długości.  NajdłuŜszy  stoŜek  ma
gwintownik  wstępny,  a  najkrótszy  wykańczak.  Gwinty  drobnozwojne  wykonuje  się  jednym
lub dwoma kolejnymi gwintownikami.

Sprawdzanie gwintów

Średnicę zewnętrzną gwintu sprawdza się suwmiarką. Prawidłowość zarysu gwintu oraz

skok sprawdza się wzornikami (rys. 50a, b) obserwując pod światło prześwit między
wzornikiem a zarysem gwintu. Wzornik słuŜy równieŜ do szybkiego rozpoznania

Rys. 48. Gwintownik i jego elementy [2, s. 82]
1 – część robocza, 2 – część skrawająca,
3 – część wygładzająca, 4 – uchwyt,
5 – łeb kwadratowy, 6 – rowek,
7 – krawędź tnąca, 8 – powierzchnia natarcia,
9 – powierzchnia przyłoŜenia,
α – kąt przyłoŜenia, β – kąt ostrza,
γ – kąt natarcia, δ – kąt skrawania.

Rys. 49. Komplet gwintowników [2, s. 82]

komplet gwintowników,

kolejne zarysy gwintu wykonane
poszczególnymi gwintownikami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gwintów przez przykładanie kolejnych „grzebyków" do gwintu o nieznanym zarysie. Jest to
szczególnie przydatne, jeŜeli naleŜy wykonać nakrętkę do śruby o nieznanym zarysie
gwintu. Na kaŜdym wzorniku jest podane oznaczenie gwintu (rys. 50a). Gwinty sprawdza
się równieŜ sprawdzianami jednogranicznymi (rys. 51 a,b) i dwugranicznymi (rys. 51c).

BHP podczas obróbki ręcznej

W czasie obróbki ręcznej naleŜy zwrócić szczególną uwagę na staranne przygotowanie

stanowiska pracy. Porządek na stanowisku i jego prawidłowe oświetlenie mają kluczowe
znaczenie.

Ubiór pracownika nie powinien mieć Ŝadnych zwisających części, mankiety powinny być

obcisłe, a głowa nakryta.

Elementy obrabiane muszą być mocowane stabilnie w imadłach lub innych

przeznaczonych  do  tego  celu  przyrządach.  Do  pracy  naleŜy  uŜywać  zawsze  dobrze
naostrzonych  i  sprawnych  narzędzi.  Przed  rozpoczęciem  pracy  naleŜy  zapoznać  się
z instrukcją obsługi narzędzi i przyrządów.

W czasie cięcia metali noŜycami i na piłach często zdarzają się okaleczenia rąk

o zadziory na krawędziach blach, w związku z tym naleŜy je usuwać specjalnym skrobakiem
lub pilnikiem.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to jest trasowanie?

Jakie narzędzia uŜywane są do trasowania?

Jak wykonujemy wiercenie otworów przelotowych i nieprzelotowych?

W jaki sposób wykonujemy gwinty wewnętrzne i zewnętrzne?

Na czym polega operacja pogłębiania otworów?

Do jakich prac stosuje się rozwiertaki?

Jakie rodzaje pilników uŜywa się do prac warsztatowych?

Jakie są podstawowe zasady bhp podczas wykonywania obróbki ręcznej
i ręczno-maszynowej

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Za pomocą wzornika określ rodzaj gwintu na śrubie otrzymanej od nauczyciela,

a następnie wykonaj w płytce metalowej otwór przelotowy gwintowany pod tę śrubę.

Rys. 50. Wzorniki do gwintów [2, s. 86]

Rys. 51. Sprawdziany do gwintów [2, s. 87]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić za pomocą wzornika rodzaj gwintu na śrubie,

dobrać na podstawie poradnika mechanika średnicę otworu pod gwint wewnętrzny
w zaleŜności od rodzaju gwintu, średnicy oraz rodzaju materiału w którym będzie
wykonany,

przygotować stanowisko do pracy z uŜyciem wiertarki,

dobrać odpowiednie wiertło,

zapoznać się z instrukcją uŜytkowania wiertarki,

wykonać otwór przelotowy w otrzymanej płytce,

dobrać komplet gwintowników,

wykonać operację gwintowania kolejnymi gwintownikami,

ocenić jakość wykonanej pracy przez wkręcenie w nagwintowany otwór śruby,

10)

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

wzornik do gwintów,

–

wiertarka elektryczna na stojaku,

–

instrukcja uŜytkowania wiertarki,

–

komplet gwintowników,

–

poradnik mechanika,

–

płytka metalowa do wykonania w niej otworu gwintowanego,

–

stół ślusarski z imadłem.

Ćwiczenie 2

Z materiału otrzymanego od nauczyciela wykonaj ręcznie wpust pryzmatyczny łączący

wałek z piastą koła pasowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

dobrać narzędzia pomiarowe i wykonać pomiary rowków w piaście koła i w wale,

wykonać szkic wpustu,

przygotować stanowisko pracy,

zaplanować kolejność czynności,

dobrać narzędzia,

wykonać wpust zgodnie z zaplanowaną technologia z zachowaniem warunków
bezpiecznej pracy,

skontrolować wymiary wpustu,

osadzić koło na wale z wykorzystaniem wykonanego wpustu,

ocenić jakość wykonanej pracy,

10)

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

stół ślusarski z imadłem,

–

zestaw narzędzi do obróbki ręcznej,

–

zestaw narzędzi traserskich,

–

zestaw przyrządów pomiarowych,

–

poradnik mechanika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Na podstawie rysunku otrzymanego od nauczyciela wykonaj ręcznie skobel.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z rysunkiem skobla,

zaplanować kolejność czynności,

skonsultować zaplanowaną technologię wykonania skobla z nauczycielem,

przygotować stanowisko pracy,

dobrać narzędzia i przyrządy,

dobrać materiał,

wykonać kolejne operacje,

przedstawić wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rysunek skobla,

−

stanowisko ślusarskie wraz z wyposaŜeniem,

−

narzędzia traserskie,

−

narzędzia pomiarowe.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wykonać trasowanie na płaszczyźnie?

dobrać narzędzia do cięcia?

dobrać pilniki do wykonywanych prac?

wykonać gięcie elementów z blach w imadle?

rozróŜnić rodzaje gwintów?

dobrać średnicę wiertła do otworu pod gwint?

dobrać średnicę sworznia pod gwint zewnętrzny?

wykonać otwory przelotowe i nieprzelotowe?

wykonać pogłębianie otworów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Obróbka skrawaniem

4.4.1.Materiał nauczania

Podstawy obróbki skrawaniem
Celem  obróbki  skrawaniem  jest  nadanie  przedmiotowi  obrabianemu  Ŝądanego  kształtu
i wymiarów, często połączone z nadaniem warstwie wierzchniej tego przedmiotu określonych
cech.  Obróbka  skrawaniem  polega  na  oddzieleniu  od  przedmiotu  obrabianego  warstwy
materiału  o  określonej  grubości  zwanej  naddatkiem.  Jest  to  tzw.  obróbka  wiórowa  gdyŜ
usuwany materiał ma postać wióra. Obróbka skrawaniem obejmuje róŜne sposoby skrawania
jak: toczenie, wiercenie, frezowanie, szlifowanie.
Toczenie

Zasada toczenia polega na wirowym ruchu materiału względem nieruchomego narzędzia

lub wirowym ruchu noŜa względem nieruchomego materiału. W pierwszym przypadku mamy
do czynienia z toczeniem, w drugim z wytaczaniem.
Parametry toczenia

Na przebieg toczenia mają wpływ główne parametry skrawania: prędkość, głębokość

skrawania oraz posuw. ZaleŜą od nich trwałość ostrza noŜa, opór skrawania oraz dokładność
wymiarów obrabianej powierzchni.

Prędkość skrawania – stosunek drogi do czasu w którym krawędź skrawająca narzędzia

przesuwa się względem powierzchni obrabianego przedmiotu, w kierunku głównego ruchu
roboczego.

Prędkość skrawania oblicza się z zaleŜności

1000

– prędkość skrawania w mm/min

d – średnica przedmiotu obrabianego w mm
n – prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego w obr/min

Drogę, którą pokonuje punkt A w czasie jednego obrotu wałka, w procesie toczenia,
przedstawiono na rysunku 52.

Rys. 52. Droga punktu A podczas jednego obrotu wałka przy toczeniu. [6, s. 134]

Głębokość skrawania.

Grubość warstwy materiału g skrawanej podczas jednego obrotu skrawanego wałka

(rys. 53) oblicza się z zaleŜności:

Rys. 53. Głębokość skrawania podczas toczenia. [6, s. 134]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

g =

−

gdzie:
D – średnica wałka przed skrawaniem, mm,
d – średnica wałka po skrawaniu, mm.

Posuw (rys. 54) jest to przesunięcie noŜa na jeden obrót przedmiotu, który wynosi od

kilku setnych mm do kilku mm na jeden obrót. Przy toczeniu gwintów posuw równa się
skokowi obrabianego gwintu oznacza się go literą P i wyraŜa w (mm/obr.).

Posuw wzdłuŜny odbywa się gdy narzędzie wykonuje ruch równoległy do prowadnic

łoŜa tokarki. Posuw poprzeczny gdy narzędzie wykonuje ruch prostopadły do poprzedniego.

Rys. 54. Posuw noŜa podczas skrawania. [6, s. 135]

Kształt i połoŜenie warstwy skrawanej podczas toczenia przedstawiono na rysunku 55.

Rys. 55. Kształt i połoŜenie warstwy skrawanej podczas toczenia [6, s. 135]

Rys. 56. Elementy części roboczej noŜa tokarskiego [2, s. 228]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

NoŜe tokarskie są podstawowymi narzędziami stosowanymi w procesie toczenia.
NóŜ tokarski składa się z trzonka (chwytu) i części roboczej. Poszczególne elementy

części roboczej przedstawiono na rysunku 56.

W zaleŜności od sposobu mocowania rozróŜnia się noŜe mocowane bezpośrednio

i oprawkowe (rys. 57).

Rys. 57. NóŜ oprawkowy [2, s. 232]

Z uwagi na połoŜenie krawędzi skrawającej względem części roboczej noŜe dzielimy na

prawe i lewe (rys. 58).

Rys. 58. NoŜe tokarskie prawy i lewy [2, s. 231]

W zaleŜności od rodzaju wykonania noŜe mogą być jednolite, zgrzewane,

z nadlutowanymi płytkami oraz wymiennymi płytkami (rys. 59).

Rys. 59. NoŜe tokarskie: a) jednolity, b) z płytką przylutowaną, c) zgrzewany [2, s. 232]

Uwzględniając połoŜenie części roboczej względem trzonka noŜa mamy do czynienia

z noŜami: prostymi, wygiętymi, odsadzonymi w prawo lub lewo.
Przykłady noŜy tokarskich i ich moŜliwości obróbcze przedstawiono na rysunku 60.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 60. NoŜe tokarskie–odmiany i moŜliwości obróbcze [10, s. 220]

Tokarki

Tokarki charakteryzują się róŜnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi przystosowanymi do

wymagań określonego typu produkcji. Powszechnie są stosowane tokarki kłowe, o licznych
odmianach konstrukcyjnych:
–

tokarki kłowe uniwersalne ze skrzynką gwintową i śrubą pociągową, które słuŜą do
wykonywania róŜnych operacji w produkcji jednostkowej i małoseryjnej,

−−−−

tokarki kłowe produkcyjne,

−−−−

tokarki stołowe, do obróbki małych przedmiotów,

−−−−

tokarki precyzyjne, do obróbki części o wysokiej dokładności i jakości powierzchni,

−−−−

tokarki wielonoŜowe, do obróbki wieloma narzędziami jednocześnie,

−−−−

kopiarki, do obróbki powierzchni kształtowych za pomocą wzorników.

Oprócz tokarek kłowych wyróŜnia się następujące odmiany tokarek:

−−−−

tarczowe i karuzelowe,

−−−−

rewolwerowe, z głowicami wielonarzędziowymi,

−−−−

automaty i półautomaty tokarskie,

−−−−

tokarki ze sterowaniem numerycznym CNC, do obróbki wg programu dokładnych
przedmiotów o złoŜonych kształtach.
W celu ułatwienia pracy, na tokarce przy pokrętłach ręcznego przemieszczania suportów,

są umieszczone podziałki o wartości działki elementarnej: l lub 0,1 mm (suport wzdłuŜny),
0,05 mm (suport poprzeczny), 0,05 mm (suport narzędziowy).

Przedmioty osiowo symetryczne są mocowane w trójszczękowych uchwytach

samocentrujących (rys. 61).

Rys. 61. Uchwyt samocentrujący spiralny [2, s. 241]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do mocowania przedmiotów nieokrągłych stosuje się uchwyty czteroszczękowe

z  niezaleŜnym  nastawianiem  kaŜdej  szczęki  lub  tarcze  tokarskie  i  dociski  płytkowe  za
śrubami.  Do  mocowania  długich  wałków  uŜywa  się  kłów  tokarskich,  tarczy  zabieraka  oraz
zabieraka. Przykład zamocowania wałka w kłach  przedstawiono na  rysunku 62.

Rys. 62. Zamocowanie wałka w kłach: 1) wałek, 2) tarcza zabierakowa, 3) palec tarczy zabierakowej,

4) zabierak, 5,6) kły [2, s. 241]

Przykłady prac wykonywanych na tokarce przedstawiono na rysunku 63.

Rys. 63. Przykłady zabiegów wykonywanych na tokarce: a) toczenie wzdłuŜne, b) toczenie poprzeczne,

c) toczenie noŜem kształtowym, d) toczenie powierzchni stoŜkowej, e) nacinanie gwintu,
f) wiercenie otworu, g) wytaczanie otworu [7, s. 227]

Przed przystąpieniem do toczenia naleŜy poprawnie zamocować obrabiany przedmiot.

JeŜeli  przedmiot  ma  być  obrabiany  w  kłach,  to  najpierw  wyznacza  się  jego  oś  obrotu,
a następnie wykonuje nakiełki na nakiełczarce. Podczas mocowania przedmiotu w uchwycie
tokarskim  lub  na  tarczy  tokarskiej  naleŜy  zwrócić  uwagę  na  ustawienie  przedmiotu
w  połoŜeniu  współosiowym  z  osią  wrzeciona.  Po  zamocowaniu  przedmiotu  dobiera  się
warunki skrawania: prędkość skrawania, posuw, głębokość skrawania. Warunki te podaje się
w kartach instrukcyjnych obróbki.

Toczenie wzdłuŜne wykonuje się zwykle w dwóch przejściach noŜa: pierwsze jest

toczeniem zgrubnym, drugie dokładnym.

Toczenie poprzeczne stosuje się do powierzchni czołowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Toczenie powierzchni stoŜkowych wykonuje się czterema sposobami:

−−−−

z przesuniętym konikiem,

−−−−

ze skręconymi saniami narzędziowymi,

−−−−

z zastosowaniem liniału,

−−−−

z zastosowaniem noŜy kształtowych.

Na rysunku 64 przedstawiono wyposaŜenie stanowiska tokarskiego.

Rys. 64. WyposaŜenie stanowiska tokarskiego: a) nóŜ, b) zabierak, c) tarcza zabieraka, d) uchwyt

samocentrujący, e) kieł obrotowy, f) podtrzymka stała, g) podtrzymka ruchoma, h) trzpień stały,
i) trzpień nastawny, j) przekładnia do napędzania suportu, k) przyrząd do radełkowania [9, s. 125]

Na rysunku 65 przedstawiono widok tokarki kłowej.

Rys. 65. Widok ogólny tokarki kłowej: 1 – wrzeciennik, 2 – skrzynka posuwu przenosząca napęd z wrzeciennika,

3 – imak narzędziowy, 4 – skrzynka suportowa, 5 – konik, 6 – łoŜe, 7, 8 – podstawy, 9 – blaszana wanna,
10 – śruba pociągowa, 11 – zębatka, 12 – wałek pociągowy, 13 – dźwignia i wałek [6, s. 136]

Wiercenie jest rodzajem obróbki skrawaniem, polegającym na wykonywaniu otworów

o  przekroju  kołowym  za  pomocą  wierteł  oraz  innych  narzędzi  specjalnych.  Wiercenie  moŜe
być  wykonywane  w  pełnym  materiale  lub  moŜe  być  tzw.  wierceniem  wtórnym,  zwanym
równieŜ powiercaniem, polegającym na powiększaniu średnicy otworu juŜ istniejącego Celem
wiercenia  moŜe  być  wykonanie  gotowego  otworu,  przygotowanie  otworu  do  dokładnego
rozwiercania  lub  przygotowanie  otworu  do  wykonania  gwintu.  Wiercone  otwory  mogą  być
przelotowe lub nieprzelotowe. Wiercenie, pogłębianie i rozwiercanie moŜe być wykonywane
na: wiertarkach, tokarkach (frezarkach i centrach sterowanych numerycznie).

W zaleŜności od rodzaju obrabiarki ruch główny (obrotowy) oraz ruch posuwowy moŜe

być realizowany w następujących układach:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

przedmiot jest nieruchomy, a wiertło obraca się wokół swojej osi i wykonuje ruch
posuwowy (np. wiertarki, frezarki i centra obróbkowe CNC),

–

wiertło stoi i wykonuje ruch posuwowy, a przedmiot obraca się (np. tokarki),

–

wiertło i przedmiot wykonują ruchy obrotowe wokół wspólnej osi (ruch posuwowy moŜe
wykonywać narzędzie lub przedmiot obrabiany).
Wiercenie moŜe odbywać się za pomocą wierteł krętych, piórkowych oraz wierteł

specjalnych do długich otworów. Wiertła kręte (rys. 66) są najbardziej rozpowszechnione.

Na rysunku 67 przedstawiono zamocowanie wiertła krętego za pomocą tulejki

redukcyjnej.

Rys. 66. Część robocza wiertła krętego [6, s. 169]

Rys. 67. Zamocowanie wiertła za pomocą tulejki redukcyjnej [6, s. 170]

Frezowanie

Frezowanie jest obróbką skrawaniem narzędziami wieloostrzowymi obrotowymi

zwanymi frezami. Ze względu na kształt powierzchni obrabianych wyróŜnia się następujące
rodzaje frezowania:

−

frezowanie płaszczyzn,

−

frezowanie obwiedniowe powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych,

−

frezowanie gwintów i rowków śrubowych,

−

frezowanie obwiedniowe kół zębatych,

−

frezowanie występów i rowków profilowych,

−

frezowanie kształtowe według kopiału,

−

frezowanie numeryczne powierzchni o złoŜonych przestrzennie kształtach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na kształt części skrawającej freza biorącej udział w procesie frezowania,

wyróŜnia się frezowanie:

−

walcowe, frez skrawa ostrzami leŜącymi na powierzchni walcowej,

−

czołowe, frez skrawa ostrzami wykonanymi na czole walca,

−

walcowo-czołowe, frez pracuje równocześnie ostrzami na powierzchni walcowej
i czołowej,

−

kształtowe, frez odwzorowuje zarys kształtu ostrzy na powierzchni części.
ZaleŜnie od kierunku ruchu posuwowego przedmiotu względem kierunku wektora

prędkości freza, stycznej do powierzchni obrobionej, frezowanie obwodowe (frez skrawa
ostrzami rozmieszczonymi na obwodzie) moŜe być:
–

przeciwbieŜne, wówczas kierunki prędkości stycznej freza i przedmiotu są przeciwne
(rys. 68a),

–

współbieŜne, wówczas kierunki prędkości stycznej freza i posuwu przedmiotu są takie
same (rys. 68b).

Rys. 68. Rodzaje frezowania: a) przeciwbieŜne, b) współbieŜne

f – posuw, F

– siła styczna skrawania danego zęba, F

, F

– składowe siły stycznej [6, s. 172]

Frezowanie przeciwbieŜne charakteryzuje się tym, Ŝe po wejściu kolejnego ostrza do

pracy  grubość  warstwy  skrawanej  jest  najmniejsza  i  rośnie  stopniowo  do  wartości
maksymalnej  przy  wyjściu  z  materiału.  Odwrotnie  jest  w  przypadku  frezowania
współbieŜnego,  gdzie  ostrze  zaczyna  skrawać  warstwę  materiału  o  znacznej  grubości,  która
maleje  do  zera  w  trakcie  postępowania  skrawania.  Taki  sposób  skrawania  moŜe  wywołać
drgania  maszyny  w  przypadku  gdy  w  mechanizmie  posuwu  występują  luzy.  Podczas
frezowania  współbieŜnego  siły  działające  na  przedmiot  obrabiany  dociskają  go  do  stołu
frezarki,  natomiast  przy  frezowaniu  przeciwbieŜnym  siły  te  usiłują  go  oderwać  od  stołu.
Częściej stosuje się frezowanie przeciwbieŜne.

Frezy są to narzędzia wieloostrzowe, obrotowe, które słuŜą do obróbki płaszczyzn,

rowków i powierzchni kształtowych. Pod względem zastosowania dzieli się je na frezy
ogólnego przeznaczenia i specjalne.
Ze względu na rodzaj powierzchni, na której znajdują się ostrza, wyróŜnia się frezy walcowe,
czołowe i walcowo-czołowe (rys. 69).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 69. Rodzaje frezów: a) walcowy, b) walcowo-czołowy, c) kształtowy, d) głowica frezarska [10, s. 227]

Frezy walcowe mogą być wykonane z zębami prostymi lub śrubowymi. W zaleŜności od

wykończenia ostrzy wyróŜnia się frezy ścinowe i zataczane Ze względu na sposób
mocowania rozróŜnia się frezy nasadzane i trzpieniowe z chwytem stoŜkowym lub
walcowym.

Frezarki dzieli się na: ogólnego przeznaczenia, specjalizowane i specjalne.

Frezarki  ogólnego  przeznaczenia  dzieli  się  na  wspornikowe  oraz  bezwspornikowe.
Najbardziej rozpowszechnione są frezarki wspornikowe, które dzieli się na: poziome zwykle,
poziome uniwersalne i pionowe. W frezarkach poziomych oraz poziomych uniwersalnych oś
wrzeciona jest ustawiona poziomo. Frezarki poziome uniwersalne są dodatkowo wyposaŜone
w  głowicę  pozwalającą  na  pracę  w  układzie  pionowym,  oraz  w  obrotnicę,  która  pozwala  na
obracanie  przedmiotu  obrabianego  o  pewien  kąt  w  płaszczyźnie  poziomej.  Ze  względu  na
stosunkowo  małą  sztywność  frezarki  bezwspornikowe  stosowane  są  do  obróbki  małych
przedmiotów. Przykład frezarki wspornikowej przedstawiono na  rysunku 70.

Rys. 70. Ogólny wygląd frezarki wspornikowej poziomej, uniwersalnej [10, s. 233]

Frezarki bezwspornikowe odznaczają się duŜą sztywnością, gdyŜ ich stół wspiera się na

nieruchomym łoŜu. SłuŜą do obróbki przedmiotów długich i cięŜkich lub drobnych,
mocowanych jednocześnie, nawet po kilkanaście sztuk. Są budowane najczęściej jako
wzdłuŜne jednostojakowe lub bramowe.

Frezarki narzędziowe są przeznaczone do obróbki róŜnorodnych elementów

wymagających znacznej dokładności wykonania. Do takich elementów zaliczamy: narzędzia,
sprawdziany, przyrządy, uchwyty obróbkowe itp.

Do obróbki przedmiotów o skomplikowanych kształtach metodą odtwarzania kształtu

wzornika słuŜą frezarki kopiarki. Ich głównym przeznaczeniem jest obróbka matryc,
wykrojników, tłoczników, krzywek, łopatek turbin itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Mocowanie przedmiotów na stole frezarek odbywa się za pomocą: imadeł, uchwytów

samocentrujących  stołu  obrotowego  lub  podzielnicy,  specjalnych  uchwytów  frezarskich,
docisków  i  śrub  z  łbami  załoŜonymi  w  rowki  teowe  stołu.  Środkowy  rowek  teowy  stołu
frezarki  jest  wykonany  znacznie  dokładniej  niŜ  pozostałe  rowki  i  słuŜy  do  dokładnego
ustalania przyrządów mocujących przedmioty.
Obróbka  powierzchni  wielokrotnych  na  obwodzie  przedmiotu  obrabianego  (wielokątów,  kół
zębatych),  wielokrotnych  powierzchni  śrubowych  (rowki  wielozwojowe,  zęby  śrubowe),
krzywek o zarysie spirali Archimedesa wymaga uŜycia podzielnicy.

Podzielnica jest to przekładnia ślimakowa o przełoŜeniu 1:40 wyposaŜona w urządzenia

dodatkowe, tj. uchwyt samocentrujący, wymienną tarczę podziałową o określonych liczbach
otworków równo rozmieszczonych na poszczególnych obwodach wskazówki i korbę. SłuŜy
ona do równomiernego podziału kątowego obwodu przedmiotu. Zasadę działania podzielnicy
przedstawiono na rysunku 71.

Rys. 71. Zasada działania podzielnicy: 1) wrzeciono, 2)przekładnia ślimakowa, 3) korbka ręczna, 4) tarcza,

5) kołek zapadkowy, 6) rygiel [6, s. 176]

Szlifowanie przeprowadza się narzędziami zwanymi ściernicami, w których ostrza

skrawające stanowią ziarna materiału ściernego. Do budowy ściernic stosuje się kwarc,
korund, elektrokorund, węglik boru. Budowę ściernicy przedstawiono na rysunku 72.

Rys. 72. Budowa ściernicy: 1 – ziarno ściernicy, 2 – wiązanie ściernicy, 3 – materiał szlifowany [5, s. 30]

Ze względu na zadania obróbkowe występujące w procesach wytwarzania części maszyn

oraz układy kinematyczne szlifierki moŜna podzielić na: kłowe, bezkłowe, szlifierki do
otworów i do płaszczyzn. Zasadę szlifowania powierzchni płaskich przedstawiono na rysunku
73 a szlifowania wałków i otworów na rysunku 74.

Rys. 73. Szlifowanie powierzchni płaskich:

a) czołowe, b) obwodowe [5, s. 30]

Rys. 74. Szlifowanie: a) wałka, b) otworu [5, s. 30]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Szlifierki bezkłowe są przeznaczone do szlifowania zewnętrznego przedmiotów

o niewielkich średnicach, cechuje je duŜa wydajność i są stosowane w produkcji masowej.
Przykład bezkłowego szlifowania wałków przedstawiono na rysunku 75.

Rys. 75. Szlifowanie bezkłowe wałków [10, s. 250]

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie są podstawowe parametry toczenia?

Jakie są rodzaje noŜy tokarskich?

Jakie znasz przyrządy mocujące materiał na tokarce?

Jak zbudowana jest tokarka kłowa?

W jaki sposób wykonuje się toczenie stoŜków?

Jakie znasz podstawowe rodzaje frezów?

Jakie znasz rodzaje frezowania?

Do czego słuŜy podzielnica?

Jakie wyróŜniamy rodzaje szlifowania?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj toczenie powierzchni zewnętrznych na podstawie dokumentacji otrzymanej od

nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z dokumentacją,

zaplanować wykonanie elementu,

dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,

dobrać materiał,

przygotować stanowisko do wykonania pracy na tokarce,

dobrać parametry skrawania,

zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas toczenia,

zamocować narzędzia i materiał w tokarce,

wykonać toczenie pod nadzorem nauczyciela,

10)

ocenić jakość wykonanej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rysunek wykonawczy detalu,

−

tokarka uniwersalna kłowa,

−

wyposaŜenie stanowiska tokarskiego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Wykonaj toczenie stoŜków zewnętrznych na podstawie dokumentacji otrzymanej od

nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z dokumentacją,

zaplanować wykonanie elementu,

dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,

dobrać materiał,

przygotować stanowisko do wykonania pracy na tokarce,

dobrać parametry skrawania,

zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas toczenia,

zamocować narzędzia i materiał w tokarce,

wykonać toczenie pod nadzorem nauczyciela,

10)

ocenić jakość wykonanej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rysunek wykonawczy detalu,

−

tokarka kłowa uniwersalna,

−

wyposaŜenie stanowiska tokarskiego.

Ćwiczenie 3

Na podstawie dokumentacji otrzymanej od nauczyciela wykonaj frezowanie płaszczyzn

głowicą frezową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z dokumentacją,

zaplanować wykonanie elementu,

dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,

dobrać materiał,

przygotować stanowisko do wykonania pracy na frezarce,

dobrać parametry skrawania,

zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas frezowania,

zamocować narzędzia i materiał we frezarce,

wykonać frezowanie pod nadzorem nauczyciela,

10)

ocenić jakość wykonanej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rysunek wykonawczy detalu,

−

stanowisko frezarki pionowej,

−

wyposaŜenie stanowiska frezarskiego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Na podstawie dokumentacji otrzymanej od nauczyciela wykonaj frezowanie rowka

frezem walcowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z dokumentacją,

zaplanować wykonanie elementu,

dobrać narzędzia robocze, przyrządy pomiarowe i wzorce,

dobrać materiał,

przygotować stanowisko do wykonania pracy na frezarce,

dobrać parametry skrawania,

zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas frezowania,

zamocować narzędzia i materiał we frezarce,

wykonać toczenie pod nadzorem nauczyciela,

10)

ocenić jakość wykonanej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rysunek wykonawczy detalu,

−

stanowisko frezarki pionowej,

−

wyposaŜenie stanowiska frezarskiego.

Ćwiczenie 5

Na podstawie dokumentacji otrzymanej od nauczyciela wykonaj szlifowanie obwodowe

na szlifierce do płaszczyzn detalu otrzymanego od nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z dokumentacją,

zaplanować wykonanie szlifowania,

dobrać narzędzia,

przygotować stanowisko do wykonania pracy na szlifierce,

zapoznać się z obrabiarką i przepisami bhp podczas szlifowania,

dobrać parametry szlifowania,

zamocować narzędzia i materiał w szlifierce,

wykonać szlifowanie pod nadzorem nauczyciela,

ocenić jakość wykonanej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rysunek wykonawczy detalu,

−

stanowisko szlifierki do płaszczyzn,

−

wyposaŜenie stanowiska szlifierskiego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić podstawowe parametry skrawania?

sklasyfikować obrabiarki skrawające?

określić sposób mocowania narzędzi i materiału na obrabiarkach?

opisać budowę tokarki kłowej?

opisać budowę frezarki uniwersalnej pionowej?

wykonać toczenie powierzchni zewnętrznych i stoŜków?

wykonać frezowanie płaszczyzn i rowków?

wyjaśnić zastosowanie podzielnicy?

omówić budowę i mocowanie wierteł?

10)

wykonać szlifowanie płaszczyzn?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań wielokrotnego wyboru o róŜnym stopniu trudności. Tylko jedna
odpowiedź jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
Prawidłową odpowiedź zaznacz X (w przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź
zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową),

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Kiedy  udzielenie  odpowiedzi  będzie  Ci  sprawiało  trudność,  wtedy  odłóŜ  jego
rozwiązanie  na  później  i  wróć  do  niego,  gdy  zostanie  Ci  czas  wolny.  Trudności  mogą
przysporzyć  Ci  zadania:  16–20,  gdyŜ  są  one  na  poziomie  trudniejszym  niŜ  pozostałe.
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu.

Na rozwiązanie testu masz 60 minut.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Za pomocą młota Charpy’ego bada się

twardość.

udarność.

skrawalność.

ścieralność.

W badaniu twardości metodą Vickersa wgłębnikiem jest
a)

hartowana kulka.

diamentowy stoŜek.

diamentowy ostrosłup o podstawie sześciokątnej.

diamentowy ostrosłup foremny o podstawie kwadratowej.

Spadki, przestron, szyb, gardziel to elementy

pieca hartowniczego.

pieca płomieniowego.

konwertora.

wielkiego pieca.

Chalkopiryt jest rudą

Ŝelaza.

aluminium.

miedzi.

magnezu.

Kokila to forma
a)

piaskowa jednorazowa.

gipsowa półtrwała.

metalowa trwała.

ceramiczna jednorazowa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jako topnik w lutowaniu miękkim uŜywa się
a)

korund.

kalafonię.

cynę.

mosiądz.

Przyrząd traserski przedstawiony na rysunku to
a)

rysik.

cyrkiel.

pryzma traserska.

środkownik.

Parametrem charakteryzującym brzeszczot jest liczba zębów mierzona na odcinku
a)

10 mm.

25 mm.

35 mm.

45 mm.

Piłowanie wykonuje się za pomocą
a)

piły ramowej.

brzeszczotu.

pilnika.

piły taśmowej.

10.

Do wiercenia w stali stosuje się wiertła o kącie wierzchołkowym wynoszącym
a)

85-90

125

118

11.

Narzędzie przedstawione na rysunku to
a)

rozwiertak.

gwintownik.

pogłębiacz.

wiertło.

12.

Do mocowania długich wałków podczas toczenia uŜywa się
a)

uchwytów czteroszczękowych.

uchwytów samocentrujących trójszczękowych.

tarczy tokarskiej.

kłów tokarskich, tarczy zabierakowej i zabieraka.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13.

Rysunek przedstawia
a)

frez walcowy.

frez piłkowy.

frez palcowy.

głowicę frezową.

14.

Podczas frezowania przeciwbieŜnego
a)

kierunki prędkości stycznej freza i przedmiotu są takie same.

frez dociska materiał obrabiany do stołu.

maszyna ma tendencje do drgań.

grubość warstwy skrawanej rośnie i jest największa przy wyjściu freza z materiału.

15.

Rysunek przedstawia schematycznie
toczenie:
a)

poprzeczne.

wzdłuŜne.

stoŜków.

kształtowe.

16.

Oksydowanie polega na
a)

pokrywaniu powierzchni stali warstwą ochronną czarnych tlenków Ŝelaza.

zanurzaniu blach stalowych w stopionym cynku.

zanurzaniu przedmiotów metalowych w elektrolicie zawierającym sole nakładanego
metalu i wywołaniu przepływu prądu elektrycznego.

walcowaniu na gorąco blachy grubej z blachą cienką stanowiącą warstwę ochronną.

17.

Metoda spawania MIG to spawanie z uŜyciem elektrody
a)

nietopliwej w osłonie gazów obojętnych.

topliwej w osłonie dwutlenku węgla.

topliwej w osłonie gazów obojętnych.

nietopliwej w osłonie dwutlenku węgla.

18.

Policzterofluoroetylen (teflon)
a)

jest niepalny, ma duŜy współczynnik tarcia i wysoką odporność na czynniki
chemiczne.

jest niepalny, ma mały współczynnik tarcia i wysoką odporność na czynniki
chemiczne.

pali się w podwyŜszonej temperaturze, ma niską odporność na czynniki chemiczne
i mały współczynnik tarcia.

ma małą odporność chemiczną, duŜy współczynnik tarcia i jest niepalny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19.

Przedstawiona na rysunku operacja kucia ręcznego to

odsadzanie.

poszerzanie.

spęczanie.

wyginanie.

20.

W celu usunięcia napręŜeń hartowniczych przeprowadza się
a)

odpuszczanie niskie.

przesycanie.

odpuszczanie wysokie.

starzenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………..

Wykonywanie podstawowych zabiegów obróbki i spajania materiałów

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Górecki A.: Technologia ogólna. Podstawy technologii mechanicznych. Wydawnictwo
Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1993

Mistur L.: Spawanie gazowe w pytaniach i odpowiedziach. WN-T, Warszawa 1989

Mizerski J.: Spawanie, wiadomości podstawowe. Wydawnictwo REA, Warszawa 2007

Okoniewski S.: Technologia dla elektroników. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne
Spółka Akcyjna, Warszawa 1996

Okoniewski S.: Technologia maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa
1993

Paderewski K.: Obrabiarki. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1993

Siuta W.: Mechanika techniczna. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa
1992

Tokarz K.: Mechanik pojazdów samochodowych. Techniczne podstawy zawodu.
Wydawnictwo Vogel, Wrocław 2001

Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne Spółka
Akcyjna, Warszawa 2001