Metallbautechnik. Lernsituationen, Technologie, Technische Mathematik. Lernfelder 7 und 8. Hermann Moosmeier, Werner Reuschl. 3.

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1 Hermann Moosmeier, Werner Reuschl Metallbautechnik Lernsituationen, Technologie, Technische Mathematik Lernfelder 7 und 8 3. Auflage Bestellnummer 74060

2 Bildungsverlag EINS GmbH Ettore-Bugatti-Straße 6-14, Köln ISBN Copyright 2016: Bildungsverlag EINS GmbH, Köln Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

3 Inhaltsverzeichnis : 1 Umformen Kaltumformen Biegevorrichtungen Warmumformen durch Schmieden Schmiedemaschinen Temperatur Wärmemenge Längenausdehnung Volumenausdehnung fester und flüssiger Stoffe Zugabe und Rohlänge bei Schmiede- und Pressteilen Hydraulische Presse Druckwandler Härten Anlassen Glühen und Aushärten von Aluminium Werkstoffprüfung in der Werkstatt Werkstoffprüfung mit Maschinen Härteprüfverfahren Fertigungsaufgabe Schmieden Konfliktmanagement Lernfeld 8: Demontieren und Montieren von Baugruppen in der Werkstatt 1 Schraub-, Klemm-, Steckverbindungen, Stifte und Spannschlösser Berechnungen an Schrauben Hebezeuge und Anschlagmittel Entsorgung und Wiederaufbereitung von Abfällen Fertigungsaufgabe Handbügelsäge Bildungsverlag EINS GmbH 3

4 Wärmemenge 7 Zum Härten werden 3 kg Stahl von 20 C auf 800 C erhitzt. Welche Wärmemenge (in kj) ist dazu erforderlich? Formelzeichen: Q Einheit: Joule Einheitszeichen: J Umrechnungen: 1 J = 1 Ws 1 kj = 1 kws kj = 1 kwh kj = 1 Wh 1 kj = Wh Δt = K = C Jeder Stoff benötigt seine ihm eigene Wärmemenge; sie wird als spezifische Wärmekapazität c bezeichnet: Stoff c $ kj % Stoff c $ kj % kg K kg K Aluminium 0,94 Luft 1,00 Beton 0,88 Stahl 0,49 Blei 0,13 Wasser 4,19 Gusseisen 0,50 Ziegelsteine 1,05 Kupfer 0,39 Zink 0,40 Cu-Zn-Legierung 0,39 Zinn 0,24 Die spezifische Wärmekapazität c eines Stoffs gibt an, welche Wärmemenge notwendig ist, um Stoffs um = zu erwärmen. Geg.: Ges.: 1 kg Stahl um 1 C kj kg Stahl um 1 C kj kg Stahl um C = kj m in Q = (kj) c in Δt in = kg eines 1. Aufgabe: In einer Werkstatt werden zum Duschen 200 l Wasser (1 l 1 kg) von 10 auf 40 C aufgeheizt. Wie viel kj sind dazu an Wärmeenergie notwendig? Rechnen Sie das Ergebnis in kwh um. Bildungsverlag EINS GmbH 31

5 Wärmemenge 7 2. Aufgabe: Eine Metallwerkstatt hat die Maße 30 x 12 x 3,2 m. Ein Lufterhitzer erwärmt Luft (Dichte = 1,29 kg/m 3 ) am Morgen von 9 C auf 17 C. Wie viel kwh werden dazu benötigt? 3. Aufgabe: Für eine Schrumpfverbindung wird ein Messingring (Cu-Zn-Legierung) mit 2,6 kg von 20 auf 350 C erwärmt. Wie viel kj Wärmeenergie sind dazu erforderlich? 4. Aufgabe: a) Wie viel kg Wasser können mit 1 kwh von 10 C auf 60 C erwärmt werden? b) Um wie viel Grad Celsius können mit 1 kwh Wärmeenergie 17,18 kg Stahl erwärmt werden? 32 Bildungsverlag EINS GmbH

6 Hydraulische Presse 11 Berechnen Sie: a) den Flüssigkeitsdruck (in N/cm 2 ), b) die Kraft am Arbeitskolben (in N). Geg.: Ges.: a) b) a) p = p = b) Der Druck breitet sich in einem geschlossen System aus: p = = p = = = = N = 1. Aufgabe: Mit einer hydraulischen Presse soll eine Masse von 530 kg gehoben werden. Die Fläche des Arbeitskolbens ist 520 cm 2, die des Druckkolbens 20 cm 2. Mit welcher Kraft (in N) muss der Druckkolben bewegt werden? Bildungsverlag EINS GmbH 41

7 Hydraulische Presse Aufgabe: Bei einem hydraulischen Rohrbiegeapparat hat der Druckkolben 16 mm, der Arbeitskolben 80 mm Durchmesser. Die Kraft am Druckkolben ist 120 N. Wie viel N beträgt die Kraft am Arbeitskolben? Beim Rechnen mit der hydraulischen Presse darf man für die Kräfte oder die Flächen jede Benennung verwenden, wichtig ist nur, dass sie sind. 3. Aufgabe: Der Druckkolben einer hydraulischen Presse hat 20 mm Durchmesser und wird mit der Kraft von 160 N bewegt. Am Arbeitskolben soll eine Kraft von 4 kn erreicht werden. Welchen Durchmesser (in mm) muss der Arbeitskolben haben? 42 Bildungsverlag EINS GmbH

8 Anlassen 14 Härten und Anlassen eines Flachmeißels 1. Geschmiedeter und geschliffener Flachmeißel. 2. Durch das Härten ist der Flachmeißel an der Schneide glashart. 3. Mit dem Abziehstein wird die Meißelschneide blank gemacht. 4. Da im Meißelschaft noch Restwärme vorhanden ist, laufen die Anlassfarben zur blanken Schneide. 5. Richtige Anlassfarbe an der Schneide und endgültiges Abschrecken erbringt die Gebrauchshärte. Vergüten Durch das Vergüten erhält der Stahl eine hohe Festigkeit. Nennen Sie Beispiele. Vorgang: Das Vergüten ist ein Härten mit nachfolgendem Anlassen auf hohe Temperaturen. Vergütungsstähle haben 0,2 bis 0,6% C-Gehalt. Werkstoffe Stahlart Anlasstemperatur Festigkeit C45U, C60U Stähle 530 C bis N/mm 2 34CrMo4 Stähle 670 C bis N/mm 2 48 Bildungsverlag EINS GmbH

9 Härteprüfverfahren 18 Härte ist der Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines Prüfkörpers entgegensetzt. A. Härteprüfung mit Maschinen 1. Härteprüfung nach Brinell (HB) Prüfkraft F Gehärtete Stahlkugel (HBS) oder Hartmetall (HBW) Prüffläche Prüfwerkstoff Abhängig vom Kugeldurchmesser und vom Prüfwerkstoff. F = 9, N senkrecht zur Prüffläche 1, 2, 2,5, 5, 10 mm Der Durchmesser ist von der Dicke des Prüfstücks abhängig. Die Prüffläche muss eben und geschliffen sein. Für weiche und mittelharte Werkstoffe, z. B. ungehärteter Stahl, Gusseisen, NE-Metalle d = d 1 + d 2 Prüfzeit (Einwirkdauer) Sekunden 2 Auswertung: Der Eindruckdurchmesser zeigt eine bestimmte Brinellhärte HB (Tabellenwert) an. Normung: Beispiel 120 HBS 5/250/ HB S Härtewert nach Stahlkugel Kugeldurchmesser Prüfkraft Einwirkdauer Brinell in mm 250 kg 9,81 m/s 2 = in s Aufgabe: Erkären Sie die folgenden Kurzzeichen: 330 HBW 2,5/62,5/20: N 280 HBS 5/125: 250 HBS 10/3000: 2. Härteprüfung nach Vickers (HV) Prüfkraft F Dünne Prüfwerkstoffe 1,96 bis 49 N, dicke Prüfwerkstoffe 49 bis 980 N senkrecht zur Prüffläche Diamantpyramide Prüffläche Prüfwerkstoff Prüfzeit (Einwirkdauer) Es gibt nur eine Prüfkörpergröße. Spitzenwinkel 136 Die Prüffläche muss eben und geschliffen sein. Für harte und weiche Werkstoffe beliebiger Dicke Sekunden d = d 1 + d 2 2 Auswertung: Die Eindruckdiagonale zeigt eine bestimmtte Vickershärte HV (Tabellenwert) an. Bildungsverlag EINS GmbH 55

10 Härteprüfverfahren 18 Normung: Beispiel 210 HV 50/ HV Härtewert nach Prüfkraft Einwirkdauer Vickers 50 kg 9,81 m/s 2 = in s N Aufgabe: Erklären Sie die folgenden Kurzzeichen: 530 HV 30/25: 470 HV 50: 3. Härteprüfung nach Rockwell (HR) Auswahl HRC-Prüfung (C=cone=Kegel) HRB-Prüfung (B=ball=Kugel) Prüfkörper: Diamantkegel Kegelwinkel 120 Prüfkörper: Gehärtete Stahlkugel Durchmesser: 1/16 Zoll = mm Prüfkraft: Vorkraft 98 N Zusatzkraft N Gesamtprüfkraft N Prüfkraft: Vorkraft 98 N Zusatzkraft 883 N Gesamtprüfkraft 981 N Prüfwerkstoff: Für gehärtete Werkstoffe Prüfwerkstoff: Für ungehärtete Werkstoffe Messvorgang: Es wird die bleibende Eindringtiefe ermittelt. Der Härtewert kann sofort am Messgerät abgelesen werden. Normung: Beispiele 56 HRC: 45 HRB: 56 Bildungsverlag EINS GmbH

11 Demontieren und Montieren von Baugruppen in der Werkstatt Schraub-, Klemm-, Steckverbindungen, Stifte und Spannschlösser Lernfeld 8 1 A. Schraubverbindungen Mit Schrauben werden lösbare Verbindungen hergestellt. Wir unterscheiden: 1. Schrauben Für alle Schraubverbindungen 2. Schrauben Z. B. Zylinderkopf eines Kompressors. Vorteil: 3. Z. B. Gewindestift am Türdrücker. Vorteil: 1. Kopfschrauben Nach der Befestigungsart unterscheiden wir: a) -Kopfschraube b) -Kopfschraube Kopfformen: a) Schaftlänge l der Kopfschraube Schaftlänge = Schaftlänge = b) Werkstoffe Bildungsverlag EINS GmbH 63

12 Demontieren und Montieren von Baugruppen in der Werkstatt Schraub-, Klemm-, Steckverbindungen, Stifte und Spannschlösser Lernfeld 8 1 c) Korrosionsschutz Welche Verfahren kennen Sie? d) Einschraublänge l e Bestimmen Sie mithilfe des Tabellenbuchs die Zugfestigkeitswerte R m für die Werkstoffe S235JR und E295. Werkstoff der Bauteile (Auswahl) Einschraublänge l e Schrauben-Festigkeitsklasse (Auswahl) S235JR: R m N 1,0 d 1,4 d mm 2 E295: R m N 0,9 d 1,2 d mm 2 Stahl mit R m > 800 N 0,8 d 1,0 d mm 2 Große Mindestzugfestigkeit R m der Bauteile Große Festigkeitsklasse der Schrauben e) Gewindeüberstand l ü Durch einen ausreichenden Gewindeüberstand l ü wird die Bruchgefahr in den Gewindegängen verringert. l ü muss mindestens 0,5 d betragen. f) Bohrtiefe e 1 Um ein einwandfrei tragendes Gewinde zu erhalten, muss bei Grundbohrungen (Sackbohrungen) die richtige Bohrtiefe beachtet werden. Gewinde-Nenndurchmesser d M 4 M 6 M 8 M 10 M 12 M 20 Bohrtiefe e 1 (mm) 3,8 5,1 6,2 7,3 8,3 11,0 g) Beanspruchung Ordnen Sie zu: M 5, M 12. M M Kleiner Gewinde-Nenndurchmesser Großer Gewinde-Nenndurchmesser Wirkt am Hebelarm eine Kraft, entsteht ein Drehmoment. Drehmoment = Der Metallbauer beurteilt nach Gefühl, ob die Schraubenverbindung fest genug angezogen ist. Weil aber sehr kleine Schrauben erfahrungsgemäß zu fest und sehr große Schrauben nicht genügend fest angezogen werden, ist diese Methode nur für untergeordnete Schraubenverbindungen zulässig. Die Größe des erforderlichen Drehmoments finden Sie im Tabellenbuch. Hilfsmittel: 64 Bildungsverlag EINS GmbH

13 Demontieren und Montieren von Baugruppen in der Werkstatt Schraub-, Klemm-, Steckverbindungen, Stifte und Spannschlösser Lernfeld 8 1 h) Sechskantschrauben Sechskantschrauben mit Schaft (DIN EN ISO 4014) Handelsüblich ab M1,6 bis M64 Festigkeit Mindest-Zugfestigkeit R m in N/mm 2 Mindest-Streckgrenze R e in N/mm 2 Normbeispiel: Sechskantschraube DIN EN ISO 4014 M10 x Sechskant-Passschrauben in Stahlkonstruktionen (DIN 609) Übliche Sechskant-Schraubenverbindung Einbauspiel (Passung) Bauteilfixierung Belastbarkeit Verbindungsschluss Mindestzugfestigkeit Sechskant-Passschraubenverbindung Einbauspiel (Passung) Bauteilfixierung Belastbarkeit Verbindungsschluss Mindestzugfestigkeit (8.8) Normbeispiel einer Sechskant-Passschraube mit einem Gewinde M 24, Schaftlänge 65 mm: Sechskant-Passschraube DIN Muttern a) Mutternarten (Auswahl) b) Festigkeitsklassen Festigkeitsklasse 9 bedeutet: Mindestzugfestigkeit R m = Schraube und Mutter müssen die gleiche Festigkeitsklasse aufweisen. c) Normung Normung einer Sechskantmutter nach DIN EN ISO Verwenden Sie als Normbeispiel die skizzierte Mutter. Bildungsverlag EINS GmbH 65