Válcováním se vyrábí plechy od tloušťky 0,4 mm až po 160 mm, hraniční hodnotou jsou 4 mm. Ta dělí plechy na tenké a tlusté2. Šířka vyráběných plechů se pohybuje od 750 mm až po 3 300 mm. Délka je v rozmezí 1 000 mm až 12 000 mm.
Plechy do tloušťky 8 mm se rolují, nad tuto hodnotu se plech stříhá na tabule.
Pro plechy válcované za tepla platí norma ČSN EN 10029 (ve starém označení jako ČSN 42 5311), která udává mezní úchylky rozměrů a tolerance tvarů pro plechy o větší tloušťce jak 3 mm a více. Všechny hodnoty, které norma udává, jsou maximální. To znamená, že tloušťka plechu nesmí přesáhnout uvedenou hodnotu.
13
Tabulka 1: Mezní úchylky rozměrů - tloušťka ČSN EN 10029
Norma rozděluje plechy do čtyř tříd tak, jak ukazuje výše uvedená tabulka.
Do třídy A se řadí plechy, u nichž dolní mezní úchylka závisí na tloušťce plechu. Ve třídě B mají všechny plechy stejnou dolní mezní úchylku. U plechů třídy C je dolní vzdáleno 25 mm od hrany plechu a mimo místně vybroušená místa.
Tabulka 2: Mezní úchylky plechu - šířka ČSN EN 10029 v šířce plechů. Zde není žádné rozdělení na třídy. Šířkou plechů se rozumí hrana, která je kolmá k podélné ose plechu. Kolmo k této ose je také měřena šířka plechu. Šířka je důležitým aspektem pro zpracování plechů. Např. při vrtání nebo frézování otvorů do plechu. Tabule plechu se musí vejít do obráběcího stroje. Ve společnosti Kadlec s. r. o.
se pro výrobu používají velkoformátové bramové plechy o plošných rozměrech až
14 2 500 x 12 000 mm. Dle výše uvedené normy jsou dovolené tolerance rozměrů v tloušťce ± XX mm (viz tab. 1). Díly vyrobené z tabule plechu s takovýmito úchylkami jsou při dalším zpracování (např. při ohraňování) velmi problematicky zpracovatelné (např. svařování podsestavy).
Tabulka 3: Mezní úchylky plechu - délka ČSN EN 10029
Jmenovitá délka L Mezní úchylky Dolní Horní
Tabulka 3 uvádí, jakých hodnot mohou nabývat horní mezní úchylky v délce plechů. Za délku plechu se vždy považuje ta kratší z podélných obou hran plechu.
Délkové a šířkové rozměry nečiní takové problémy jako tloušťka plechů.
O toleranci přímosti hran a pravoúhlosti říká norma, že na každý dodaný plech musí jít vepsat obdélník. Tento obdélník má jmenovité rozměry, které odběratel požaduje. Úchylka rovinnosti hran se měří pomocí pravítka. Pravítko o délce 1 000 mm se použije tehdy, je-li vzdálenost mezi dvěma měřenými body do 1 000 mm včetně. Pokud je delší, používá se pravítko o délce 2 000 mm. Úchylka do 2 mm se nebere v potaz. Úchylka se měří vždy na vyduté straně plechu.
Norma ČSN EN 10029 také udává značení tlustých plechů a to: P tloušťka – šířka × délka v milimetrech. Tato norma předepisuje jakost povrchu dodávaného plechu a to: s okujeným povrchem, po dohodě s mořeným povrchem či s jiným povrchem po dohodě zákazníka a dodavatele. [1, 3, 4, 10, 12]
2.2 Rozdělení ocelí
Ocel je slitina uhlíku a železa s obsahem uhlíku do 2,11%. Nad tuto hranici se jedná o některý druh litiny.
15 Oceli se dělí podle mnoha různých kritérií:
A) chemické, B) dle použití,
C) dle alfanumerického značení podle norem.
ad A): Vychází z použití ve stavebnictví nebo na strojní součásti. Dělí na legované a nelegované oceli. Nelegované oceli jsou s obsahem uhlíku do 2 % a další prvky jsou doprovodné. 5
Nelegované oceli (do stavebnictví) se dále dělí na oceli obvyklých jakostí, nelegované jakostní oceli a nelegované oceli ušlechtilé. Oceli obvyklých jakostí nemají zvláštní požadavky na jakost a nejsou určeny k tepelnému zpracování. Tyto oceli se obvykle používají jako armatury do betonu. Nelegované jakostní oceli se liší pouze tím, že nemají předepsány reakce na tepelné zpracování. Nelegované ušlechtilé oceli mají menší množství nekovových vměstků. Jsou určeny k tepelnému zpracování a mají definované chemické složení.
Legované oceli se dělí na jakostní legované oceli a legované ušlechtilé oceli.
Legované jakostní oceli se podobají nelegovaným jakostním ocelím. Kvůli nárokům na použití mají větší obsahy legujících prvků. Legované ušlechtilé oceli dosahují požadovaných vlastností až po tepleném zpracování. Tyto oceli mají definované chemické složení. Každá z legovaných ušlechtilých ocelí má svůj materiálový list, kde je chemické složení procentuálně vyjádřeno spolu s mechanickými vlastnostmi.
ad B): Odvíjí se od aplikace samotné součásti. Dělí se na použití konstrukční a nástrojové. Nástrojová ocel je vysoce legovaná a po tepelném zpracování velmi tvrdá, proto je použita jako obráběcí nástroj, např. vrták či soustružnické nože. Konstrukční ocel je určena k různým konstrukčním účelům, zejména nosným prvkům. Tato ocel je zpravidla zaručeně svařitelná. Konstrukční ocel je velmi využívána k výrobě ve firmě Kadlec s. r. o. právě z důvodu výroby svařovaných konstrukcí zemědělských strojů.
ad C): ČSN dělí oceli do devíti tříd (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 a 19). Tyto třídy se odvíjejí od bodů A) a B). Význam číslic je detailně popsán ve Strojnických
16 tabulkách. Pro konstrukce má význam garance zaručené svařitelnosti (č. 3 na konci pětičíslí). Za povšimnutí stojí chybějící třída 18. Tato třída označuje slinuté karbidy.[5]
2.3 Mechanické vlastnosti plechů a jejich zkoušení
Mechanické vlastnosti udávají chování materiálu při působení vnějších sil na materiál. Podstatný vliv na mechanické vlastnosti má také teplota okolí, ve kterém se materiál nachází. Teplota okolí má zásadní vliv na změny mechanických vlastností materiálu stejně jako jeho krystalická struktura. Změny vlastností mohou být pozvolné nebo skokové. Nejdůležitějšími vlastnostmi jsou mez kluzu, mez pevnosti, pružnost, tažnost a houževnatost materiálu. Od meze kluzu začínají trvalé deformace materiálu.
Zkušební vzorek se prodlužuje, aniž by se zvětšovalo napětí uvnitř materiálu.
Překročení meze pevnosti vede k porušení součásti. [5, 6]
2.3.1 Pevnost
Pevnost je definována jako odpor či odolnost materiálu vůči trvalému poškození a porušení kompaktnosti částic. Silou působící na plochu je definováno napětí, jež je číselným vyjádřením pevnosti, při kterém dojde k porušení nebo rozdělení materiálu. Výsledkem procesu působení napětí je lom materiálu. Měření pevnosti materiálu je popsáno níže.
Tato vlastnost je v technické praxi nejvíce důležitá. Vypovídá nejvíce o kvalitě materiálu a i o něm jako takovém. Při provozu je materiál zatěžován různými silami a zatížením. Toto zatížení je matematicky vyjádřeno jako podíl maximální síly, která kolmo působí na původní průřez.
Pevnost udává, jestli materiál vydrží dané zatížení, či nikoliv. Cílem je, aby součást vydržela co nejvíce, a podle toho se také dimenzuje. [5, 6]
2.3.2 Pružnost
Pružnost je schopnost se před porušením při působení vnějších mechanických sil pružně či vratně deformovat. Při zatížení vnější silou se tato schopnost jeví jako
17 změna objemu. Těleso změní tvar a po odlehčení se vrátí do původního tvaru. Materiál se neporuší, neboť není zatěžován napětím, které nepřekročilo kritickou hodnotu meze elasticity. Za touto mezí vznikají trvalé deformace. Jediným měřítkem pružnosti je modul pružnosti E, který je specifický pro každý materiál. [5, 6]
2.3.3 Tažnost
Tažností se rozumí materiálová schopnost měnit v tuhém stavu svůj tvar, a to bez porušení během působení vnějších sil. Tato vlastnost je typická pro většinu kovů.
Kovy si tuto vlastnost zachovávají v širokém rozsahu teplot, proto má tato vlastnost obrovský význam v technologii tváření hutnických polotovarů (tenkostěnné i silnostěnné plechy). [5, 6]
2.3.4 Houževnatost
Touto vlastností je schopnost materiálu zůstávat při zátěži kompaktní a bez porušení. Fyzikálně představuje mechanickou energii potřebnou k plastické deformaci.
Měřítkem houževnatosti je velikost mechanické energie. V konstrukčních materiálech charakterizuje odolnost proti křehkému lomu.
Pro vysoké přetvoření materiálu je nutná velká houževnatost materiálu z důvodu soudržnosti krystalů uvnitř materiálu. Použitím vhodného materiálu se vyvarujeme destrukce materiálu během výroby a dojde ke snížení výrobních nákladů. [6]
2.4 Druhy zkoušek mechanických vlastností
Pro získání co nejvíce informací důležitých pro návrh strojní součásti se používají zkoušky na zjištění mechanických vlastností. Jejich průběh se liší z hlediska působení zatěžující síly. Roste-li zatěžující síla pozvolně s časem v řádech minut, jedná se o statické zkoušky. Dynamické rázové zkoušky se vyznačují působením síly ve zlomcích vteřiny.
18 Zkoušky tvrdosti jsou založené na vtlačování definovaných tělísek do povrchu materiálu a mají tak vypovídající hodnotu o tvrdosti materiálu. Z tvrdosti materiálu lze také odvodit další mechanické vlastnosti materálu.
Mechanické zkoušky se provádějí na zkušebních vzorcích, které většinou mají tvar tyče. Materiál tohoto vzorku musí být stejný jako materiál strojní součásti. Při většině těchto zkoušek dochází k destrukci zkušebního vzorku. Přesné rozměry vzorku, jeho provedení a příslušné normy, nalezneme v příslušné literatuře. [5, 6]
2.4.1 Statické mechanické zkoušky
Cílem těchto zkoušek je zjištění pevnosti materiálu, kdy je zkušební vzorek zatěžován zvolna rostoucí vnější mechanickou silou. [11]
2.4.1.1 Zkouška tahem
Zkouška tahem je nejběžnější statickou zkouškou a popisuje ji norma ČSN EN ISO 6892. Zkoušky se provádějí na trhacích strojích a jeho provoz je řízen počítačem. Získávají se z ní základní hodnoty důležité pro výpočet a volbu materiálu.
Těmi hodnotami jsou mez pevnosti v tahu, mez kluzu v tahu, tažnost a popř. kontrakce.
Pevnost v tahu Rm je smluvní hodnota napětí v materiálu. Matematicky vyjádřeno jako poměr největší zatěžovací síly ku původnímu průřezu zkušební tyče:
𝑅𝑚 =𝐹𝑚𝑎𝑥
𝑆0 (MPa) (2.1) Veličina 𝐴𝑥 udává tažnost materiálu.
𝐴𝑥 = ∆𝐿
𝐿0∗ 100 (%) (2.2) Zúžení neboli kontrakce materiálu je zmenšení původní plochy ku původnímu průřezu zkušebního vzorku:
𝑍 =∆𝑆
𝑆0 = 𝑆0−𝑆
𝑆0 ∗ 100 (%) (2.3) Během tahové zkoušky zaznamenává zapisovací zařízení zkušebního stroje práci do pracovního diagramu (viz obrázek 3). Tento diagram udává závislost zatěžující síly F na změně délky ∆L a zároveň závislost poměrného prodloužení ε
19 a napětí R. Každý materiál má jinou trhací křivku. Zde je ukázka houževnatého konstrukčního materiálu s výraznou mezí kluzu. Např. pracovní diagram litinových materiálů končí za bodem P.
Od počátku až k bodu P platí přímá úměra mezi deformací a zatížením (viz obrázek 3), což ukazuje platnosti Hookova zákona. Lineární závislost poté ustává a bod E je mez elasticity. Až k tomuto bodu je materiál elastický a nejsou zde vyvolány trvalé deformace. Bod YU je definován jako mez kluzu. Při tomto napětí se materiál deformuje, ačkoliv se nezvyšuje zátěž. Bod S odpovídá největšímu napětí Rm a je to mez pevnosti v tahu. Tedy maximální hodnota zatížení, kterou materiál snese. Při dosažení napětí v bodě B se zkušební vzorek roztrhne. Čárkovaná čára značí skutečné napětí, neboť se průřez zmenšuje a napětí v materiálu roste.