Feleljen meg a funkciójának
Érje meg adott valószínűséggel a tervezett élettartamát
Legyen gazdaságosan gyártható
TECHNOLÓGIA
A technológia alkalmazása során az anyag tulajdonságai akkor is
változhatnak, ha a technológiának nem ez volt a célja!
Az alkatrészhez a megfelelő anyagot az alkatrésszel szemben támasztott követelmények, és az anyag tulajdonságait összevetve választjuk ki.
Technológia <-> anyagtulajdonságok
A szerkezeti anyagok tulajdonságait a kémiai összetételük, a szerkezetük, és a feszültségállapotuk határozza meg. Ezt a tényt nem csak a késztermékre vonatkozó igényeink megfogalmazása során kell figyelembe venni. A szerkezetbe épített alkatrészek, vagy a megmunkáló szerszámok anyagai „nem tudják”, hogy nekik valójában mi a feladatuk, a külső hatásokra – hőmérséklet, feszültségállapot, igénybevételi sebesség stb. – azonban kiszámítható választ adnak.
A gépiparban alkalmazott technológiák – képlékeny alakítás, kötéstechnológiák, vágás, forgácsolás stb. – során az anyagokat különböző hatások érik. Ezek hatására általában nem csak a geometriai alakjuk változik meg (ami a legtöbb technológia során az elsődleges igénynek tűnhet), hanem a szer-kezetük, a feszültségállapotuk, egyes esetekben a kémiai összetételük is. Ez azt jelenti, hogy a legegy-szerűbb technológiák során is megváltoznak az anyag tulajdonságai.
A késztermék akkor lesz megfelelő, ha a technológia hatására bekövetkező valamennyi anyagtulaj-donság változást figyelembe veszünk
Technológia <-> anyagtulajdonságok
Acélok melegalakítása során szerkezetük megváltozik, ezért
tulajdonságaik is változnak.
Az alkatrész tulajdonságait alapvetően az alakítás befejező hőmérséklete, és a lehűlés sebessége határozza meg.
Ezen kívül hatással lesz a tulajdonságokra a darab mérete, az alakváltozás mértéke, és annak térbeli eloszlása is.
A következőkben egyszerű példákkal hívjuk fel a fegyelmet a technológiák anyagtulajdonságokra gyakorolt hatásának fontosságára.
A fémek melegalakítását dinamikus újrakristályosodás kíséri, az alakítás hatására keményedés nem történik. A kialakuló szemcseméret az alakítás véghőmérsékletétől, a szövetszerkezet – allotróp át-alakulással rendelkező fémeknél – a lehűlés sebességétől függ. Kisméretű acélalkatrészek süllyesztékes kovácsolása során gyakran előfordul, hogy az egymásra dobált kész darabok különböző sebességgel hűlnek, ami a tulajdonságok szóródását eredményezi. Nagyobb darabok esetén a darab különböző részei között lesz nagy eltérés. A kovácsolás tehát acélalkatrészek esetén csak ritkán te-kinthető utolsó olyan technológiának, ami magas hőmérsékleten történik, nagy valószínűséggel szük-ség lesz utólagos hőkezelésre is.
Alumínium esetén a helyzet annyival jobb, hogy szűkebb sávban változnak a tulajdonságok, annyival viszont rosszabb, hogy ha elrontottuk, csak hőkezeléssel nem fogjuk tudni kijavítani.
Technológia <-> anyagtulajdonságok
A fémek hidegalakítás hatására az alakítás mértékének
megfelelően monoton függvény szerint növelik a szilárdságukat, keményednek.
Ezt tekinthetjük hasznos hatásnak (nagyobb szilárdságú
anyagot/alkatrészt akarunk gyártani), de lehet előnytelen is, hiszen azt jelentheti, hogy egy bizonyos mértékű
alakváltozásánál nagyobbat nem tudunk létrehozni.
A hidegalakítás során a fémek keményednek. Ez behatárolja, hogy milyen mértékben alakíthatók újrakristályosítás nélkül. A hidegalakítás – azon kívül, hogy hatékony alakító eljárás – a fémek egyik szilárdságnövelő technológiája is.
A technológiák egymásra épülése feltételezi, hogy ismerjük a felhasznált anyag kiinduló állapotát. A hidegalakító eljárások csak az adott anyag alakíthatósági tulajdonságainak nagyon pontos ismereté-ben tervezhetők megbízhatóan.
Technológia <-> anyagtulajdonságok
A forgácsolás során (például nagyoló esztergálás) is változnak a tulajdonságok.
A forgács leválási helyén nagymértékű hidegalakítást szenved az anyag.
Ez természetesen kis térfogatban megy végbe, de bizonyos
esetekben befolyásolja a további technológiákat, de akár a kész alkatrész minőségére is hatással lehet.
A legtöbb műszaki műanyag félterméket (rudak, táblák, csövek) a gyártásuk során hőkezelik – feszült-ségmenetesítik -, hogy a lehető legnagyobb méretpontosságot és üzemi terhelhetőséget lehessen velük elérni. A hőkezelés persze nem azt jelenti, hogy a féltermék teljesen feszültségmentes, hanem egy gyártástechnológiai és gazdasági optimalizáció eredménye.
A tapasztalatok azt mutatják, hogy a forgácsolásos megmunkálás során jelentős többlet-feszültséget lehet bevinni az anyagba, mely a későbbi terhelhetőséget és méretpontosságot nagyban befolyásolja, akár adott gépelem használhatatlanságát is eredményezheti.
A káros, forgácsolással bevitt feszültséget több tényező is előidézheti:
életlen és nem megfelelő élszögű szerszám használat
túl nagy forgácsolási sebesség és/vagy előtolás miatti extrém nagy hőfejlődés nagy anyagmennyiségek lemunkálása, főleg a féltermék egy oldaláról
Fenti hibák elkövetése jelentős káros feszültség bevitelt jelent a kész alkatrészbe, mely utólagos hő-kezeléssel még csökkenthető.
Technológia <-> anyagtulajdonságok
A hegesztő eljárások során helyi olvadás történik, egyúttal az olvadt zóna melletti anyagrészek is felhevülnek.
A dermedési folyamat, és a különböző hőmérsékletű részek különböző sebességű lehűlése következtében rendkívül
változatos szerkezetek alakulnak ki a fémekben a
hőhatásövezetben.
A hegesztési technológiák helyes tervezésének előfeltétele az anyagok viselkedésének pontos ismerete.
A hegesztés során a hőhatás övezetben lezajló fémtani folyamatok ismerete nélkül nem tudjuk meg-becsülni, milyen tulajdonságváltozásokat fog okozni a technológia. Azt is kell tudni, hogy a kiinduló szerkezet milyen volt. Ha például előzetesen hidegen alakított alkatrészeket kell összehegeszteni, újrakristályosodás fog végbemenni. Ha az előzetes alakítás mértéke a darab térfogatában nem egyen-letes, az újrakristályosodott szemcsék is nagyon különbözőek lehetnek. Ez általában ridegedést eredményez. Az allotróp átalakulással nem rendelkező fémek így kialakult szerkezetét utólagos hőke-zeléssel nem lehet korrigálni.