Grundläggande Tillverkningsteknik Introduktion PDF 2021

GRUNDLÄGGANDE TILLVERKNINGSTEKNIK (EN INTRODUK TION) (PR010G) PRES E NTATI O N S I N N E H Å L L Materialvetenskap Olika materialtyper Tillverkningsteknik Formning Skärande bearbetning Fogning TI L LVE R KN I N GS PRO C ESS E N Råmaterial Utg...

GRUNDLÄGGANDE TILLVERKNINGSTEKNIK (EN INTRODUK TION) (PR010G) PRES E NTATI O N S I N N E H Å L L Materialvetenskap Olika materialtyper Tillverkningsteknik Formning Skärande bearbetning Fogning TI L LVE R KN I N GS PRO C ESS E N Råmaterial Utgångsmaterial (Halvfabrikat) Formning Skärande bearbetning Fogning Gjutning Styckskärande Svetsning Sandgjutning Klippning Gassvetsning Skalformsgjutning Stansning Elektrisk bågsvetsning Kokillgjutning Gasbågssvetsning Precisionsgjutning Spånskärande Motståndssvetsning Pressgjutning Svarvning Centrifugalgjutning Borrning Lödning Fräsning Pulvermetallurgi Hyvling Sågning Limning Plastisk bearbetning Slipning Smidning Polering, Läppning Ytbehandling Prägling Hening Varmpressning Gasskärning Valsning Okonventionell bearbetning Dragning Gnistbearbetning Strängpressning Elektrokemisk bearbetning Bockning Etsning Laserbearbetning Vätskestrålebearbetning Ultraljudsbearbetning Elektronstrålebearbetning MATE RIA LVETE N S K A P Atomer och grundämnen Kemiska föreningar och molekyler Molekyler Bindningar MATE RIA LVETE N S K A P Gas g r in Ko e nd b lim en Su on Ko sa s iti kn tio epo in n D g Smältning Fast Flytande Stelning  MATE RIA LVETE N S K A P Deformation – plastisk formgivning Elasticitet Plasticitet Isotropt/anisotropt material Bearbetbarhet Kallbearbetning Varmbearbetning Materialval O L I K A T Y PE R AV MATE RIA L Keramer Organiska naturmaterial Oorganiska naturmaterial Kompositer Syntetiska polymerer (plaster/gummi) Metaller https://www.kuet.ac.bd/department/MSE/ KE R A M E R Oorganiska, icke-metalliska syntetiska material som bränns vid höga temperature alternativt tillverkas med kemiska reaktioner vid låga temperaturer Traditionella keramer tillverkas typiskt med olika leror som råmaterial Avancerade keramer tillverkas med högrena bestånsdelar vilket t ex ger mycket höga hållfastheter www.preciseceramic.com Keramer är typiskt hårda och spröda, mycket värmetåliga och korroderar typiskt inte så lätt Exempel: Traditionella: Cement, betong, tegel, kakel, glas… Avancerade: Aluminiumoxid, Kiselnitrid, kiselkarbid ,…  O RG A N I S K T NATU RMATE RIA L Trä (rotting, bambu, bark) Naturfiber Växtfiber (bomull, lin, hampa) Djurfiber (ull, silke) Typiska egenskaper: Hygroskopiska, högtemperaturkänsliga, förnybara, lättbearbetade,… O O RG A N I S K A NATU RMATE RIA L Natursten (flinta, granit, sandsten, sand, ädelsten) Metaller (koppar, järn, guld, silver – ej stål/brons som är legeringar) Egenskaperna påminner om keramer  KO M POS ITE R Konstgjorda, sammansatta material Exempelvis laminat, armerad plast/betong, kompositfönster, asfalt, soltorkad lera med växtfibrer, metallkompositer, … Mycket varierande egenskaper beroende på råmaterial. Tyvärr ofta svåra att smälta ned och återanvända…  SY NTETI S K A PO LY M E RE R ( PL AST / G U M M I ) En polymer är en lång molekyl som består av många små molekyler som bundits ihop till en lång molekylkedja. En plast är typiskt en polymer/flera polymerer som blandas med tillsatser Utvinns ur t ex råolja eller trä Polyeten (PE): (C2H4)n Gummi är en polymer som är https://www.pinterest.se/pin/127508233176731333/ tvärbunden (dvs ej smältbar) och som typiskt kan töjas påtagligt och återgå till ursprungsformen. Varianter på plaster: Två typer av termoplaster till vänster. Härdplaster (tvärbundna/nätverk) i de två bilderna längst till Termoplast (t ex Polyeten och höger. Typisk ökande styvhet från vänster till polypropen) höger… Härdplast (t ex Epoxi, fenolplast https://www.e-education.psu.edu/matse81/node/2210 och esterplast) M ETA L L E R Atomerna är ordnade i ett regelbundet, tredimensionellt mönster i små kristaller som bygger upp materialet. Metaller har oftast samma egenskaper i alla riktningar och är lika hållfast tvärsigenom pga många små kristaller (korn) med olika riktningar. Varianter: Rena metaller Legeringar (blandningar)  M ETA L L E R Olika metaller bildar olika kristaller https://www.ggspdt.com/42a-metals-and-metallic-alloys.html Polykristallina metaller med korn (grains) och Metaller deformeras plastiskt genom att korngränser (grain boundaries) som ibland kan atomplan glider och skapar nya metallbindningar ses med ögat alternativt i mikroskop. mellan atomerna (Plastisk deformation) https://www.researchgate.net/figure/a-Grain-boundaries-in-a-polycrystal-b-An-example-atomic- arrangement-at-triple_fig73_322738368 https://chemnotcheem.com/metallic-bonding-notes/ M ETA L L E R Exempel på bearbetning Plastisk bearbetning Ex smide, djuppressning, tråddragning Skärande bearbetning Ex slipning, svarvning, fräsning Sammanfogande bearbetning Ex svetsning, lödning FO R M N I N G Råmaterial Utgångsmaterial (Halvfabrikat) Formning Skärande bearbetning Fogning Gjutning Styckskärande Svetsning Sandgjutning Klippning Gassvetsning Skalformsgjutning Stansning Elektrisk bågsvetsning Kokillgjutning Gasbågssvetsning Precisionsgjutning Spånskärande Motståndssvetsning Pressgjutning Svarvning Centrifugalgjutning Borrning Lödning Fräsning Pulvermetallurgi Hyvling Sågning Limning Plastisk bearbetning Slipning Smidning Polering, Läppning Ytbehandling Prägling Hening Varmpressning Gasskärning Valsning Dragning Strängpressning Bockning M ETA L LG J UTN I N G Flytande råmaterial hälls i en gjutform och får därefter stelna En gjutningsprocess består typiskt av sex steg: 1. Formtillverkning (Engångsformar eller permanenta) 2. Smältning av material 3. Avgjutning 4. Stelning 5. Urslagning 6. Efterbehandling PU LVE R M ETA L LU RG I Metallpulver pressas i en form som sedan sintras, dvs upphettas till så hög temperatur att pulverkornen binds samman med varandra, och en fast kropp bildas. Därefter kan ytterligare bearbetning förekomma som t ex slipning… Typiska produkter är små finmekaniska produkter som t ex kugghjul… https://www.pickpm.com/design-resource- center/powder-metallurgy-consolidation- processes/ PL ASTI S K A FO R M G IV N I N GS M ETO DE R Plastiska (kvarstående) formgivningsmetoder används för att tillverka ex bilkarosser, cykelstyren, mynt, metalltrådar, skruvar osv och delas in i: Massivformning – valsning, strängpressning, smidning, dragning Plåtformning – bockning, dragpressning, djuppressning VA LS N I N G STR Ä N G PRESS N I N G / E X TRU DE RI N G Framställert ex stänger, rör eller profiler Många material t ex metaller, plaster och obrända keramer kan formas genom pressning (i kallt eller varmt tillstånd) genom en matris (eller form). https://www.universalplasticsinc.com/ SMIDNING Processer där ett metalliskt arbetsstycke formas genom att tryckkrafter appliceras genom något verktyg eller form Beroende på bearbetningstemperatur skiljer vi mellan: Varmsmidning Halvvarm smidning Kallsmidning  D R AG N I N G Tråd, stång-, eller rörformat material. Dras genom en dragskiva. Syfte: Areareduktion Snävare dimensionstoleranser Ökad hållfasthet Ref: https://www.flickr.com/photos/core-materials/5925877127 BO CKN I N G Materialet formas genom böjande momentkrafter. Kantbockning med hjälp av kantpress är en av de vanligaste bockningsmetoderna för plåt. Kallbockning är den metod som oftast används för metaller. D J U PPRESS N I N G Ett plåtstycke pressas gradvis in i en form med hjälp av en stans. Plåtstycket har efter den mekaniska verkan från stansen omformats och bibehåller den formen. S K Ä R A N DE B E A RB ETN I N G Råmaterial Utgångsmaterial (Halvfabrikat) Formning Skärande bearbetning Fogning Gjutning Styckskärande Svetsning Sandgjutning Klippning Gassvetsning Skalformsgjutning Stansning Elektrisk bågsvetsning Kokillgjutning Gasbågssvetsning Precisionsgjutning Spånskärande Motståndssvetsning Pressgjutning Svarvning Centrifugalgjutning Borrning Lödning Fräsning Pulvermetallurgi Hyvling Sågning Limning Plastisk bearbetning Slipning Smidning Polering, Läppning Ytbehandling Prägling Hening Varmpressning Gasskärning Valsning Dragning Strängpressning Bockning O L I K A B E A R B ETN I N GS M ETO DE R Skärande/klippande bearbetning Spånskärande bearbetning (svarvning, fräsning, slipning,…) KL I PPA N DE B E A RB ETN I N G Klippning – med två eggar Stansning – med en sluten kontur Skärning – med gas, laser, plasma, vatten,…  S PÅ N S K Ä R A N DE B E A R B ETN I N G, E X E M PE L : Svarvning Fräsning Hyvling Borrning, brotschning Slipning SVA RV N I N G Ett skärverktyg tar bort material från ett roterande arbetsstycke för att bilda en cylindrisk form FRÄSNING Roterande verktyg med flera skärverktyg som flyttas i förhållande till arbetsstycket. För att generera plana eller raka ytor används typiskt Valsfräsning alternativt Planfräsning (se bilderna nedan!) S L I PN I N G https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/engineering-technology/manupedia/grinding S K Ä RVÄTS K A Vätska eller gas appliceras direkt på bearbetningsoperationen för att förbättra skärprestanda Skärvätskor kan minska temperaturen genom att verka både som: Kylmedel - utformad för att minska effekterna av värme vid bearbetning Smörjmedel - utformade för att minska verktygsfriktion Skärvätskor kan delas in i grupperna Skärolja (ej vattenblandbara) Vattenblandbara (ofta emulsioner) G ROV- O CH F I N B E A RB ETN I N G Vid produktion via skärande bearbetning görs typiskt flera grovskärningar, följt av en eller två efterbehandlingsskärningar Grovbearbetning Tar bort stora mängder material Skapar form nära önskad geometri, men lämnar lite material för avslutning av skärning Hög matningshastighet och djup, låga skärhastigheter Finbearbetning Efterbehandling - slutför delgeometri Uppnår slutliga dimensioner, toleranser och finish Låg matning och djup, höga skärhastigheter  TO L E R A N S E R ( T E X M ÅT TAV V I K E L S E R ) stnad r! l uste ör gaF r! In uste ste r! l lu För För Undre Övre Målvärde toleransgräns toleransgräns FO G N I N G Råmaterial Utgångsmaterial (Halvfabrikat) Formning Skärande bearbetning Fogning Gjutning Styckskärande Svetsning Sandgjutning Klippning Gassvetsning Skalformsgjutning Stansning Elektrisk bågsvetsning Kokillgjutning Gasbågssvetsning Precisionsgjutning Spånskärande Motståndssvetsning Pressgjutning Svarvning Centrifugalgjutning Borrning Lödning Fräsning Pulvermetallurgi Hyvling Sågning Limning Plastisk bearbetning Slipning Smidning Polering, Läppning Ytbehandling Prägling Hening Varmpressning Gasskärning Valsning Dragning Strängpressning Bockning FO G N I N G Exempel på fogningsprocesser Svetsning Lödning Limning Om materialet förändras kallas detta vanligen för egenskapsanpassning. Exempel på detta kan vara t ex; Härdning Torkning Ytbehandling, målning E X E M PE L PÅ E N TI L LVE R KN I N GS PRO C ESS I O L I K A STE G : F R Å N G J UTN I N G TI L L Y TB E HA N D L I N G … https:// www.youtube.com/watch?v= sot4unJ4lFQ Vilket materialval? Vilka tillverknings- och bearbetningsprocesser?