Skripta Elektotechnické materiály a výrobní procesy

ívají se
hlavně v sériové a hromadné výrobě při výrobě součástí na revolverových soustruzích a
automatech.
Dráty do průměru 5 mm se táhnou nepřetržitě na bubnových tažecích strojích -
drátotazích. Žádané tloušťky drátu se dosáhne postupným protahováním stále menšími
průvlaky. Několikerým tažením drát ztvrdne a zkřehne a nelze jej dál táhnout. Musí se proto
po určitém počtu tahů normalizačně žíhat.


Výroba trubek
Trubky se vyrábějí z materiálů kovových (ocelí, litin, neželezných kovů) i nekovových
(plastů). Litinové trubky se vyrábějí litím na stojato nebo odstředivým litím. Ocelové trubky
jsou buď svařované (švové), nebo bezešvé.
Svařované trubky se vyrábějí z pásové oceli. Okraje se svaří na tupo, přeplátováním
nebo ve šroubovici. Jakost svařovaných trubek se rozvojem výrobní technologie (svařování)
zlepšuje. Proto dnes v mnoha odvětvích nahrazují svařované trubky dražší trubky bezešvé.
Bezešvé trubky se používají tam, kde nestačí pevnost trubek svařovaných. Nejčastěji
se vyrábějí Mannesmannovým způsobem, tj. válcováním vývalku mezi dvěma válci s
mimoběžnými osami a se stejným smyslem otáčení; kromě otáčení vzniká ještě šroubovitý
posuv. Tím, že na vývalek působí jednosměrný tlak, vzniká v jeho středu velké tahové napětí,
které porušuje materiál a ve vývalku tak vzniká dutina. K vytvoření dutiny není tedy zapotřebí
trnu. Pokud se používá, tak jen proto, aby se usnadnilo vytvoření hladké dutiny. Tímto
způsobem se vytvářejí krátké tlustostěnné trubky, které se pak zpracovávají na potřebnou
tloušťku válcováním.
Volba a použiti hutních polotovarů
Normalizované hutni polotovary patří k nejlevnějším druhům polotovarů. Je to
zejména válcovaný i tažený tyčový materiál. Jeho normalizované rozměry jsou odstupňovány
v řadě velikostí. Při volbě rozměru polotovaru se volí nejbližší rozměr, který je větší, než je
průměr součásti zvětšený o přídavek na obrábění. To vede mnohdy k neúměrnému odpadu
třísek (zvlášť nevýhodné u legovaných materiálů). Proto tam, kde vyhovuje přesnost rozměrů
a jakost povrchu tažených polotovarů, volí se raději ty. V sériové výrobě bude mnohdy
výhodnější volit jako polotovar zápustkový výkovek.

Elektrotechnické materiály a výrobní procesy 15
Tváření kovů za tepla
Nejvíce používaný způsob tváření za tepla je kování. Kováním se dává materiálu
vhodný tvar buď údery (rázy) kladiva či beranů bucharů, nebo klidným tlakem lisů. Dosahuje
se tak lepších mechanických vlastností, jemnější a stejnoměrnější struktury. Kování je volné
nebo v zápustkách, ková se ručně nebo strojně.
Při volném kování může materiál tvářený údery nebo tlakem "volně téci", hlavně ve směru
kolmém k působení síly. Při kování v zápustkách je materiál vtlačován údery nebo tlakem do
kovové formy (zápustky).
Strojní kováni
Strojní kování ulehčuje těžkou práci dělníka, zrychluje a zproduktivňuje výrobu
malých a středních výkovků a umožňuje výrobu těžkých výkovků, na které lidská síla nestačí.
Materiál se ková na různých tvářecích strojích, z nichž nejdůležitější jsou buchary a lisy.
Buchary působí na tvářený materiál údery (rázy), ale prokovou jej jen do určité
hloubky. Hospodárně lze kovat středně velké výkovky, popř. předkovky. Předkovky se dále
kovou v zápustkách na požadovaný tvar výkovku. Při úderech beranu bucharu odpadávají z
tvářeného materiálu okuje, a proto je povrch výkovku čistý. Rázy se však přenášejí do
základů stroje a působí otřesy i v okolí.
Lisy působí na tvářený materiál klidným tlakem a prokovou materiál v celém průřezu.
Kovou se na nich i nejtěžší výkovky. Práce na lisech je bezpečnější než na bucharech.
Volné strojní kováni. Je v podstatě stejné jako kování ruční. Tímto způsobem se
vyrábějí velké hřídele turbogenerátorů, ojnice apod. Předměty se vykovou jen zhruba a hrubé
výkovky se pak obrábějí na přesný tvar na obráběcích strojích. Kovářská práce závisí na
řemeslné zručnosti a zkušenosti kováře. Je zdlouhavá a drahá.
Zápustkové kování. Zápustka je ocelová dvoudílná forma, jejíž obě poloviny
vytvářejí dutinu, odpovídající vnějšímu tvaru výkovku. Ohřátý materiál se vloží do zápustky a
působí se na něj silou tvářecího stroje. Materiál postupně vyplňuje zápustku, až vyplní celou
její dutinu. Při kování na bucharu je zápustková dutina vyplňována postupně během několika
úderů beranu bucharu. Při kování na lisech je tvar výkovku zhotoven v průběhu jednoho
zdvihu. Přebytečný kov je vytlačen do stran a vytváří výronek, nebo uprostřed blánu, které se

Obrázek 2.5 Postup při kování v zápustce

16 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
odstraní ostřižením.
Výkovky ze zápustek jsou velmi jakostní, mají přesný tvar, takže se buď nemusí
obrábět, nebo se obrábějí jen zčásti. Průběh vláken materiálu sleduje obrys výkovku. Výroba
zápustky je však drahá, a proto se tento způsob hodí jen pro sériovou a hromadnou výrobu.
Výkovky nelze vždy vykovat v jedné zápustce. Někdy se musí nejdříve předkovat v
předběžné (předkovací) zápustce a dokončí se v zápustce dokončovací. Takovým zápustkám
se říká postupové zápustky.

Obrázek 2.6 Lisovací nástroje
a) jednoduché, b) postupové, c) sloučené



Elektrotechnické materiály a výrobní procesy 17
Tváření (lisování) kovů za studena
Tvářením za studena (tzv. lisovací technika) se uskutečňuje trvalá změna tvaru
výchozího materiálu bez odběru třísek působením vnější síly; podle převládajícího průběhu
deformace je tváření plošné a objemové.
Plošným tvářením se dosáhne žádaného tvaru součásti (převážně z plechu) bez
podstatné změny průřezu nebo tloušťky výchozího materiálu. Mechanické vlastnosti se
nemění.
Objemovým tvářením se dosáhne žádaného tvaru součásti změnou průřezu nebo tvaru
výchozího materiálu. Objem se nemění, ale materiál se zpevňuje a současně klesá jeho
tažnost. Tím je omezen počet tvářecích operací.
Lisování za studena se rozšířilo pro své mnohé přednosti (velká výkonnost, nízké
výrobní náklady, malé ztráty materiálu odpadem a příznivé podmínky pro automatizaci),
prokázané praxí v moderní průmyslové výrobě. Základní práce při lisování jsou stříhání
(oddělování materiálu) a tvářeni (přemísťování materiálu).
Stříhání je postup tváření, při kterém je materiál postupně nebo současně oddělován v
celém průřezu.
Tváření je mechanické zpracování materiálu přemísťováním jeho částic tahem nebo
tlakem bez porušení jeho soudržnosti. Podle potřeby převládá tah nebo tlak.
Stříhání
Tímto způsobem se vytvářejí rozmanité polotovary nebo výrobky z plechu nebo pásů.
Stříhá se nůžkami nebo střihacími nástroji - střihadly. Tyto nástroje se vyrábějí v různém
provedení a velikostech, podle druhu výrobků a použité technologie.
Ke stříhání plechu rovnými střihy se používají tabulové nůžky. Nestříhá se celá šířka
plechu najednou, ale jen určitá část, jejíž velikost je pro daný úhel sklonu a druh nůžek stálá.
Střihadla. Hlavní částí střihadla je střižník a střižnice. Materiál se vkládá mezi
střižník a střižnici a je veden vodícími lištami. Jeho posuv (krok) mezi jednotlivými zdvihy
Obrázek 2.7 Jednoduché střihadlo
Obrázek 2.8 Postupové střihadlo

18 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
zajišťujícími správný chod nástroje, jako např. ústrojí (části) upevňovací, posuvové,
vyhazovací aj.
Jednoduché střihadlo je určeno pro vystřihování jednoduchých tvarů - výstřižků z
pásu plechu. Poloha pásu při stříhání je zajištěna pevným koncovým dorazem. Před dalším
vystřižením se pás posune o hodnotu kroku k.
Postupové střihad1o zhotovuje výstřižky postupně. V prvním kroku je to děrování, v
dalším vystřižení tvaru (obvodu) výstřižku. K vymezení správné polohy pásu pro jeho
umístění v nástroji se pro děrování použije tzv. načínací doraz. V dalším průběhu práce je


Obrázek 2.9 Postupové prostřihování transformátorových plechů
poloha pásu zajištěna pevným koncovým dorazem.
Sloučené střihad1o. Při jednom pracovním zdvihu nástroje je ve stejné poloze pásu
děrován a vystřihován hotový výstřižek.
Sdružené střihad1o sdružuje ve dvou krocích různé pracovní úkony, jako např.
děrování, stříhání a ohýbání.
Ohýbání
Ohýbání je způsob tváření materiálu, při němž se vytváří ostré nebo oblé hrany. Je to
proces pružně plastické deformace, která má různý průběh od povrchu materiálu k neutrální
ose. Při ohybu jsou napětí v krajních vláknech materiálu opačného smyslu (tah, tlak). Kolem
střední části průřezu ohýbaného materiálu jsou tahová napětí malá, v přechodu mezi tímto
pásmem jsou vlákna bez napětí a bez deformace. Jejich spojnice tvoří tzv. neutrální osu
(plochu), v níž není napětí a která se při ohýbání ani neprodlouží, ani nezkrátí. Neutrální osa
(vlákno) je v ohýbané části materiálu posunuta k vnitřní straně ohybu. Není tedy totožná s
těžištní osou ohýbaného materiálu (profilu). U tenkých plechů není tento rozdíl patrný. Při
ohýbání tlustých plechů se však musí s touto okolností počítat. Z délky neutrální osy v
ohýbaných částech a z délky rovných úseků se určuje rozvinutá délka polotovaru před
ohybem. Vypočítaná délka se ověřuje praktickou zkouškou.
Elektrotechnické materiály a výrobní procesy 19
Obrázek 2.10 Přetváření materiálu při ohybu
Zpětné odpružení ohýbaných součástí (výlisků) je způsobeno zejména vlivem pružné
deformace materiálu. Velikost úhlu odpružení závisí na tvárnosti materiálu, na poloměru
ohybu a způsobu ohýbání (bývá 3 až 15°). Proto se materiál ohýbá navíc o úhel odpružení.
Ka1ibrací nebo prolisy výlisků se vliv odpružení téměř odstraní.
Nástroj pro ohýbání je ohýbadlo, výrobkem je výlisek. Hlavní částí ohýbadla je
ohybník a ohybnice (pohyblivá a pevná čelist). Podle druhu ohybu dělíme ohýbadla na
ohýbání do tvaru V, U apod.
Osa ohybu má být kolmá na směr vláken materiálu vzniklých při válcování plechu (tzv. ohyb
napříč vláken, obr. 109). Odpružení materiálu je sice větší, ale není nebezpečí vzniku trhlin na
vnější straně ohybu. Poloměr ohybu se volí se zřetelem na odpružení materiálu co nejmenší,
se zřetelem na tvárnost a tloušťku ohýbaného materiálu co největší.
Zakružování a lemování
Zakružování se používá při výrobě válcových nebo kuželových plášťů nádob, kotlů apod., a
to i z tlustších plechů (kolem 30 mm). Stroje používané pro tuto tvářecí operaci se nazývají
zakružovad1a. Jsou buď tříválcová nebo víceválcová. Jejich konstrukce provedení je závislá
na tloušťce zpracovávaného plechu.
Lemování je vytváření podélných žlábků uprostřed nebo na okraji plechu, aby se
zvětšila tuhost plechových výlisků.
Tažení
Při tažení je rovný plech (přístřih, výstřižek) tvářen v dutou polozavřenou nádobu
rotačních i nerotačních tvarů. Výtažky se většinou již neupravují. Proto má tažení velký












20 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Obrázek 2.11 Sdružený postupový nástroj na tažení z pásu
Obrázek 2.12 Tažení
a) bez přidržovače, b) s přidržovačem
význam, zvláště v sériové a hromadné výrobě. Tvářený plech musí mít dostatečnou tažnost.
Rozměry přístřihu se určují z podmínky stálosti objemu (početně, graficky nebo
přibližně, zkusmo). Objem výtažku je roven objemu přístřihu (platí všeobecně).
Nástrojem pro tažení je tažid1o, výrobkem výtažek. Hlavní části tažidla jsou tažník,
(pohyblivá část) a tažnice (pevná část), popř. přidržovač (přidržuje plech k tažnici).
Má-li se z přístřihu vytáhnout např. válcová nádoba, musí se přebytečný materiál
přemístit, tzn. vytáhnout ve směru poloměru a zároveň ve směru obvodu stlačit. Jinak by se
zvětšovala tloušťka nebo by se materiál zv1nil. To se při tažení tenkého plechu stává, tvoří se
přehyby materiálu a při zvětšení odporu se utrhne dno. Tomu se zabrání přidržením materiálu
zvláštní deskou - přidržovačem. Mezi přidržovačem a horní plochou tažnice se vytvoří
mezera, v níž může přístřih klouzat, ale nemůže se vlnit. Při zpětném pohybu tažníku má
přidržovač funkci stírače. Tažení mělkých nádob z tlustších plechů se může provádět bez
přidržovače. Hlubší a složitější nádoby se nemohou vyrobit na jeden tah, ale postupným
tažením.
K tažení se používají většinou mechanické lisy, které jsou vybaveny zařízením
k ovládání přidržovače a k vyvození tažné síly na tažníku. Jsou to tzv. dvojčinné lisy (lis
s beranem přidržovače a beranem tažníku).
Sdružené tažidlo sdružuje operace stříhání a tažení.
Protlačování
Při protlačování za studena je výchozí polotovar podroben tlaku průtlačníku a
průtlačnice. V polotovaru vzniká tlak (až 3000 MPa), který dosáhne hodnoty přetvárného
Elektrotechnické materiály a výrobní procesy 21
odporu (materiál se chová jako by byl tekutý). Tvářený materiál se přemísťuje a směr jeho
pohybu je určen konstrukcí nástroje - protlačovadla. Získaný výrobek se nazývá protlaček.
Podle směru pohybu tvářeného materiálu vzhledem k pohybu průtlačníku je protlačování
dopředné, zpětné a sdružené. Vzhledem k velikosti přetvárných odporů jsou k protlačování
vhodné materiály s tažností větší než 50%, např. oceli s obsahem uhlíku do 0,2%. Tímto
způsobem se zpracovává také olovo, cín, měď, hliník a jejich slitiny.
Polotovary k protlačování mohou mít tvar plných i dutých špalíků, prstenců apod. Jejich
objem a objem protlačku je stejný. Většinou se žíhají na měkko a vniklé okuje se odstraňují
omíláním nebo otryskáváním. Povrch ocelových polotovarů se fosfátuje, aby se snížilo tření a
přetvárný odpor při protlačování.
Protlačování ocelí i neželezných kovů se používá zejména v elektrotechnice,
elektronice a v automobilovém průmyslu. Protlačky jsou duté a trubkovité součásti s tenkými
stěnami různého průřezu. Jejich rozměry jsou přesné s minimálními přídavky na obrábění.
Dosažitelná (hospodárná) přesnost protlačků je v rozmezí IT 8 až IT 10, což vyžaduje lisy s
velkou tuhostí a přesností. Jednotlivé způsoby protlačování mají podle možných tvarů
protlačků své optimální oblasti použití. Hluboké nádoby z hliníku lze vyrábět protlačováním i
tažením. Výroba protlačováním je hospodárnější.
2.4.2 Svařování
Svařováním se vytváří pevné a nerozebíratelné spojení kovových částí do jednoho
dílu, který se nazývá svařenec. Tyto části jsou většinou z hutních polotovarů (tyče, pásy,
plechy aj.), někdy také z výkovků a odlitků. Výhodou tohoto spojení je těsnost, trvanlivost a
velká pevnost. Svařování zvyšuje produktivitu práce, zmenšuje spotřebu materiálu,
zjednodušuje konstrukci, podstatně zkracuje výrobní časy a umožňuje rychlou realizaci
konstrukčních návrhů. Nevýhodou je nerozebíratelnost spojů, potřeba kvalifikovaných
dělníků, změna struktury i mechanických vlastností svarového spoje, vznik vnitřních pnutí a
deformací.
Svařování se používá téměř ve všech výrobních oborech při výrobě nových strojů a
konstrukcí i při opravách. Svařované součásti často nahrazují odlitky a výkovky zejména
velkých a složitých součástí (jsou až o 50 % lehčí). Také zavádění moderních způsobů
svařování má mimořádný význam pro zvyšování produktivity práce.
Svařování působením tepla (tavné)
Při tomto způsobu svařování vzniká spoj místním natavením svarových ploch
základního materiálu, aniž by se použilo tlaku nebo rázů. Obvykle se ještě používá
přídavného materiálu stejného nebo podobného složení, jako má základní materiál.
Svařování plamenem
Zdrojem tepla je plamen, který vzniká spalováním směsi hořlavého plynu, většinou
acetylénu s kyslíkem. Místo acetylénu se používá i jiných plynů, jako vodíku, propanu aj.
Svařovací plamen se nejčastěji posuzuje podle poměru mísení plynů.
Svařovací souprava se skládá z lahví s lahvovými a redukčními ventily, hadic, hořáků
a příslušenství. Všechna tato zařízení mohou být různé konstrukce, vždy však schválené
inspektorátem bezpečnosti práce.
Pro materiály tloušťky větší než 1,5 mm se používá k vyplnění spáry, tj. k vytvoření housenky
přídavný materiál - svařovací drát. Jeho tloušťka je od 1 do 8 mm. Pouze litinové tyčinky mají
tloušťku až 15 mm.

22 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Oxidaci roztaveného kovu zabraňují tavidla. Tvoří s roztaveným kovem vrstvu
ochranné strusky, která brání přístupu vzdušného kyslíku, a tím i vzniku těžko tavitelných
oxidů (při svařování některých neželezných kovů).
Příprava materiálu pro svařování plamenem
Svarové plochy se zbaví nečistot, barvy, rzi aj. Svarové plochy se upravují podle
tloušťky materiálu tak, aby bylo zajištěno dokonalé provaření. Správná poloha součástí během
svařování se zajistí nastehováním, mechanickým upnutím nebo jiným způsobem.

Obrázek 2.13 Způsoby svařování
a) doleva (dopředu), b) doprava (dozadu)

Způsoby svařování
Podle polohy hořáku, svařovacího drátu a postupu při svařování se rozeznává
levosměrný způsob (doleva, dopředu) a pravosměrný způsob (doprava, dozadu) svařování.
Svařovat se může v poloze vodorovné, svislé nebo nad hlavou. Pro snazší svařování (v
nejvhodnější poloze) se používá různých svařovacích přípravků (polohovadel). Svařování
plamenem se používá v kusové a malosériové výrobě, v opravárenství pro svařování ocelí do
tloušťky 5 mm, litiny a pro navařování. Pro velkou pracnost je u větších tlouštěk nahrazeno
svařováním elektrickým obloukem, zejména svařováním v CO
2
. Tenké plechy se často svařují
elektricky odporově (svařování bodové, švové).
Svařování elektrickým obloukem
V dnešní době je to nejpoužívanější způsob tavného svařování. Zdrojem tepla je
elektrický oblouk, který vznikne mezi elektrodou a svařovaným materiálem (nebo mezi
dvěma elektrodami), jestliže je zapojíme na vhodný zdroj elektrického proudu. Teplem
elektrického oblouku dojde k místnímu natavení a ke spojení (svaření) svařovaných součástí.
Při svařování se používá stejnosměrného nebo střídavého proudu o napětí 10 až 70 V a
intenzitě 30 až 500 A, popř. i více. Proto se proud ke svařování nemůže odebírat přímo ze sítě
(230 nebo 400 V). Zdrojem stejnosměrného proudu jsou točivé svařovací agregáty (např.
Triodyn K 220, K 230) a usměrňovače (např. SM 200, 502, KM 350, WTS 500), zdrojem
střídavého proudu jsou svařovací transformátory (např. TR 260, 350).
Elektrody mohou být netavné nebo tavné. Netavné elektrody (uhlíkové,
wolframové) slouží jen jako prostředek k vytvoření oblouku a neposkytují svarový kov.
Tavné elektrody mají zpravidla stejné nebo podobné složení jako svařovaný materiál, teplem
oblouku se odtavují a dodávají do svaru přídavný (svarový) kov. Mohou být holé nebo
obalené.
Elektrotechnické materiály a výrobní procesy 23
Holé elektrody se používají pouze při svařování v ochranné atmosféře nebo svařování
pod tavidlem. Obalené elektrody se používají jak pro proud stejnosměrný, tak střídavý.
Polarita elektrody závisí na druhu jejího obalu. Účelem obalu je stabilizovat oblouk, chránit
svarový kov před přístupem vzduchu, zpomalit chladnutí svaru vytvořenou struskou, popř.
dodat do tavné lázně některé přísadové prvky (Cr, Ni, Mo, V aj.).
Rozhodující vliv na jakost svaru má při ručním svařování průměr elektrody, svařovací
proud, délka oblouku a rychlost svařování. Průměr elektrody se volí podle tloušťky
svařovaného materiálu, tvaru, rozměru a polohy svaru, druhu obalu a podle velikosti
svařovacího proudu. Snaha po zvýšení produktivity ručního svařování vedla k výrobě
speciálních druhů elektrod. Jsou to zejména elektrody větších průměrů, hlubokozávarové a
vysokovýkonné (vysokovýtěžkové) elektrody.
Svařování obalenou elektrodou.
Teplem oblouku se taví svařovaný materiál, kovové jádro elektrody i obal. Struska
vytvořená z obalu chrání odtavované kapky kovu před škodlivými účinky vzduchu tím, že
jednak kapky kovu obaluje (usadí se na nich ve formě strusky) a jednak vytváří plynovou
clonu, která zabraňuje přístupu vzduchu (kyslíku, dusíku) k nim. Svařuje se nejčastěji ručně,
ve všech polohách.
Svařování pod tavidlem
Elektroda (holý