RAZVOJ ŠKARIJ ZA REZANJE NAVOJNIH PALIC · brez poškodb navoja in omogo ča takojšne privijanje...
Transcript of RAZVOJ ŠKARIJ ZA REZANJE NAVOJNIH PALIC · brez poškodb navoja in omogo ča takojšne privijanje...
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
Andrej CELCER
RAZVOJ ŠKARIJ ZA REZANJE
NAVOJNIH PALIC
Diplomsko delo
univerzitetnega študijskega programa STROJNIŠTVO
Maribor, oktober 2010
- I -
RAZVOJ ŠKARIJ ZA REZANJE
NAVOJNIH PALIC
Diplomsko delo
Študent: Andrej CELCER
Študijski program: Univerzitetni; Strojništvo
Smer: Konstrukterstvo in gradnja strojev
Mentor: izr. prof. dr. Bojan DOLŠAK
Somentor: mag. Jasmin KALJUN
Maribor, oktober 2010
- II -
Vložen original sklepa o
potrjeni temi diplomskega dela
- III -
I Z J A V A
Podpisani Andrej CELCER izjavljam, da:
• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.
dr. Bojana DOLŠAKA in somentorstvom mag. Jasmina KALJUNA;
• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor, 10.10.2010 Podpis: ___________________________
- IV -
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Bojanu Dolšaku
in somentorju mag. Jasminu Kaljunu za pomoč in
vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Hvala
podjetju UNIOR d.d.; še posebej g. Borisu Kukoviču
in g. Mateju Boldinu, ki sta mi s svojim znanjem in
izkušnjami pomagala poiskati odgovor na marsikatero
vprašanje.
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili
študij.
- V -
RAZVOJ ŠKARIJ ZA REZANJE NAVOJNIH PALIC
Ključne besede: razvoj, konstruiranje, konstruiranje za proizvodnjo, modeliranje, škarje,
navojna palica.
UDK: 658.512.2(043.2)
POVZETEK
V diplomski nalogi je predstavljen projekt razvoja škarij za rezanje navojnih palic. Škarje, ki
so rezultat dela razvojno tehnološke službe v podjetju UNIOR d.d., so namenjene rezanju
navojnih palic treh različnih dimenzij brez povzročitve poškodb navoja in brez nastanka
drobnih odpadkov. Naloga vsebuje nekatere teoretične osnove, ki nas usmerjajo k enostavni
in cenovno ugodni izdelavi funkcionalnega izdelka. V nalogi je izdelan analitični preračun
obremenitev, ki se pojavijo v konstrukciji, opisana je funkcionalnost, delovanje in nenazadnje
celovit razvoj škarij. Naloga se zaključuje z rezultati in idejami za izboljšavo trenutnega
modela.
- VI -
DEVELOPMEMT OF SHEARS FOR CUTTING THREADED RODS
Key words: development, mechanical design, mechanical design for manufacture, computer
modeling, shears, threaded rod.
UDK: 658.512.2(043.2)
ABSTRACT
Diploma work presents the development of shears for cutting threaded rods. Shears, a result
of technological development department in the company UNIOR d.d., are intended for
cutting threaded rods of three different dimensions, without causing any damage and fine
waste. The assignment contains some theoretical basis, which direct to a more simple and
inexpensive production of this functional product. An analytical calculation of burdening, that
occur within the structure is made. Also, the functionality, performance and ultimately a
comprehensive development of shears is described. The assignment concludes with results
and ideas for improving the current model.
- VII -
KAZALO VEBINE
1 UVOD ................................................................................................................................ 1
1.1 CILJ IN STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA ...................................................................... 1
1.2 PREDSTAVITEV PREDMETA OBRAVNAVE DIPLOMSKEGA DELA ...................................... 2
2 PREGLED STANJA OBRAVNAVANE PROBLEMATIKE IN TEORETIČNE
OSNOVE ................................................................................................................................... 4
2.1 ANALIZA KONKURENČNIH IZDELKOV ............................................................................ 4
2.2 ŠKARJASTO REZANJE – STRIŽENJE MATERIALA ............................................................. 7
2.3 KONSTRUIRANJE ZA PROIZVODNJO ............................................................................. 10
3 RAZVOJ ŠKARIJ .......................................................................................................... 22
3.1 KONCEPT .................................................................................................................... 22
3.2 DOLOČITEV SIL V ČLENKIH - VIJAKIH .......................................................................... 23
3.3 GEOMETRIJA IN TEHNOLOGIJA IZDELAVE REZIL .......................................................... 30
3.4 IZDELAVA IN TESTIRANJE PROTOTIPA .......................................................................... 33
3.5 DOLOČITEV GEOMETRIJE (MODELIRANJE) IN IZBIRA MATERIALA ................................ 35
3.5.1 3D model škarij za rezanje navojnih palic - sklop ............................................. 43
3.6 POVRŠINSKA ZAŠČITA ................................................................................................. 44
4 REZULTATI IN DISKUSIJA S PREDLOGI ZA SPREMEMBE ............................ 45
5 SKLEP ............................................................................................................................. 48
SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .................................................................................. 49
PRILOGE ................................................................................................................................ 51
PRILOGA 1: TRDNOSTNE LASTNOSTI NAVOJNIH PALIC OZ. VIJAKOV IN MATIC PRI SOBNI
TEMPERATURI PO SIST EN 20898-1 ...................................................................................... 52
PRILOGA 2: LASTNOSTI MATERIALA 60WCRV7 .................................................................... 54
PRILOGA 3: LASTNOSTI MATERIALA 42CRMO4 ..................................................................... 56
PRILOGA 4: MEHANSKE LASTNOSTI ŽELEZOVIH LITIN ........................................................... 58
PRILOGA 5: LASTNOSTI MATERIALA 46S20 ........................................................................... 60
ŽIVLJENJEPIS ...................................................................................................................... 62
- VIII -
KAZALO SLIK
Slika 1.1: Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 [14] ............................................................... 2
Slika 1.2: Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 – sestavni deli ............................................... 3
Slika 2.1: Škarje za rezanje navojnih palic RIDGID 1390M [12].............................................. 4
Slika 2.2: Škarje RIDGID 1390M – konstrukcija z enim parom rezil [12] ............................... 5
Slika 2.3: Škarje RIDGID 1390M: a) odprt položaju, b) zaprt položaj [12] .............................. 5
Slika 2.4: Škarje za rezanje navojnih palic EDM0659 [9] ......................................................... 6
Slika 2.5: Škarje za rezanje navojnih palic [13]: a) model AB-3U, b) model RAB-3U ............ 6
Slika 2.6: Škarje za rezanje navojnih palic GREENLEE 36587 [3] .......................................... 6
Slika 2.7: Faze strižnega procesa; a) elastično deformiran material, b) plastično deformiran
material, c) trganje materiala .............................................................................................. 7
Slika 2.8: Princip navadnega striženja – zaprti rez [11] ............................................................. 8
Slika 2.9: Princip natančnega striženja – zaprti rez [11] ............................................................ 8
Slika 2.10: Princip odprtega reza [11] ........................................................................................ 9
Slika 2.11: Stroški in vpliv na ceno proizvoda posameznih oddelkov [2] ............................... 11
Slika 2.12: Faze konstruiranja [2]............................................................................................. 12
Slika 2.13: Izbira materiala [2] ................................................................................................. 14
Slika 2.14: Alu konstrukcija - 5x0,4x0,35m ............................................................................. 14
Slika 2.15: Vpliv toleranc dimenzije na stroške strojne obdelave ............................................ 15
Slika 2.16: Označevanje obdelave oz. kvalitete površine - valj pnevmatskega cilindra .......... 16
Slika 2.17: Prilagoditev izdelka velikosti serije [2] .................................................................. 16
Slika 2.18: Izdelki izdelani s postopkom brizganja plastike .................................................... 17
Slika 2.19: Primeri zmanjševanja stroškov kovanih izdelkov [6] ............................................ 17
Slika 2.20: Zapolnjevanje matrice [2] ...................................................................................... 18
Slika 2.21: Uporaba nagibnih kotov [2] ................................................................................... 18
- IX -
Slika 2.22: Primeri slabo in dobro oblikovanih litih izdelkov [2] ............................................ 19
Slika 2.23: Primeri slabo in dobro oblikovanih delov, ki se strojno obdelujejo [2] ................. 20
Slika 2.24: Sesalni kolektor iz aluminijeve zlitine z nastavki za prijemala [2] ........................ 21
Slika 2.25: Primeri slabo in dobro izvedenih spojev z vijačnimi zvezami [2] ......................... 21
Slika 3.1: Koncept enokončnega vzvoda .................................................................................. 23
Slika 3.2: Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 – začetek rezanja ........................................ 25
Slika 3.3: Čeljust dolga – geometrija in obremenitve .............................................................. 25
Slika 3.4: Čeljust kratka – geometrija in obremenitve ............................................................. 27
Slika 3.5: Zglob z ročajem – geometrija in obremenitve ......................................................... 28
Slika 3.6: Obremenitve centričnega vijaka ............................................................................... 30
Slika 3.7: Rezilo (M8) škarij za rezanje navojnih palic ........................................................... 31
Slika 3.8: Zvezni prehod vijačnice med rezili .......................................................................... 32
Slika 3.9: Prototip škarij za rezanje navojnih palic .................................................................. 33
Slika 3.10: 3D model odkovka dolge čeljusti ........................................................................... 37
Slika 3.11: 3D model odkovka kratke čeljusti .......................................................................... 37
Slika 3.12: 3D model odkovka zgloba ročaja ........................................................................... 37
Slika 3.13: 3D model dolge čeljusti obdelane z odrezovanjem ................................................ 38
Slika 3.14: 3D model kratke čeljusti obdelane z odrezovanjem ............................................... 38
Slika 3.15: 3D model zgloba ročaja obdelanega z odrezovanjem ............................................ 38
Slika 3.16: 3D model odlitka naslona ....................................................................................... 40
Slika 3.17: 3D model naslona obdelanega z odrezovanjem ..................................................... 40
Slika 3.18: a) drsni vijak M12, b) centrični vijak M14, c) vijak M12 za pritrditev sp. čeljusti
na naslon, d) vijak M12 za pritrditev zgloba na naslon, e) centrična matica ................... 41
Slika 3.19: a) ročaj škarij – zgornji, b) ročaj škarij – spodnji .................................................. 42
Slika 3.20: Tulec ....................................................................................................................... 42
Slika 3.21:Škarje z naslonsko pločevino .................................................................................. 42
- X -
Slika 3.22: 3D model škarij za rezanje navojnih palic – zaprto stanje ..................................... 43
Slika 3.23: 3D model škarij za rezanje navojnih palic – delno odprto stanje .......................... 43
Slika 4.1: Konec navojne palice odrezan s škarjami a) in s kotno brusilko b) ......................... 45
Slika 4.2: Proces prodiranja rezil skozi material navojne palice .............................................. 47
- XI -
KAZALO TABEL
Tabela 2.1: Strižne trdnosti materialov..................................................................................... 10
Tabela 3.1: Širine rezil M8, M10 in M12 ................................................................................. 32
Tabela 4.1: Vrednosti izmerjenih sil na ročaju �� ................................................................... 46
- XII -
UPORABLJENI SIMBOLI
�� - strižna napetost
F� - strižna sila
A� - prerez oz. površina striženja
m - število strižnih ploskev
τ� - strižna trdnost materiala
σ - natezna trdnost materiala
� - sila
�� - komponenta sile v smeri x osi
�� - komponenta sile v smeri y osi
�� - sila rezanja na ročaju
�� - širina rezila
� - korak metrskega normalnega navoja
� - število ovojev navoja
�� - dolžina linije reza
� - debelina materiala
itd.
- XIII -
UPORABLJENE KRATICE
CIM - Computer Integrated Manufacturing
CNC - Computer Numerical Control
DIN - Deutsches Institut für Normung
ISO - International Standard Organization
MKE - Metoda končnih elementov
SIST - Slovenski inštitut za standardizacijo
SW - SolidWorks
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 1 -
1 UVOD
1.1 Cilj in struktura diplomskega dela
Navojna palica je valjasto telo z zunanjim navojem, ki se uporablja za spajanje različnih
strojnih in gradbenih konstrukcijskih elementov. Pogosto se uporabljajo za montažo različnih
razsvetljav, napeljavo škropilnih naprav, obešanje cevi klimatskih naprav in drugih lahkih
okvirjev oz. konstrukcijskih elementov s stropa. Proizvajalci navojnih palic le-te večinoma
izdelujejo v standardnih dimenzijah z dolžino 1, 2 ali 3m ipd. Te je tako potrebno pogosto
odrezati na ustrezno dolžino, včasih kar na samem mestu uporabe oz. montaže. V ta namen se
uporabljajo žage, rezalni stroji ter druge specialne rezalne naprave. Te naprave so lahko
velike, težke in počasne, hkrati pa je večinoma za njihovo delovanje potreben še dodaten vir
energije, kot je npr. električni tok. Poleg tega te naprave pogosto deformirajo odrezan konec
palice, povzročijo nastanek brazd ali pa kako drugače poškodujejo navoj. Zaradi teh dejstev je
privijanje matice na navojno palico močno oteženo saj so za normalno privijanje in odvijanje
nujo potrebni nepoškodovani navoji vijačnih elementov.
Različni konstrukcijski projekti zahtevajo uporabo različnih dimenzij (premerov in
dolžin) navojnih palic. Uporabniki oz. delavci morajo tako uporabljati več rezalnih naprav
tega tipa, hkrati pa zapravljajo čas z menjavanjem naprav in odpravljanjem poškodb, ki jih
povzročijo predhodne operacije rezanja navojnih palic.
V diplomski nalogi zato predstavljam izdelek – Škarje za rezanje navojnih palic, razvit
v podjetju UNIOR d.d., ki zagotavlja raven in čist rez več različnih dimenzij navojnih palic
brez poškodb navoja in omogoča takojšne privijanje navojnih matic na navojne palice.
V prvem delu je najprej na kratko predstavljen izdelek, ki je predmet diplomskega dela.
Drugi del opisuje procese razvoja (od tržnih analiz pa vse do končne izdelave izdelka) in
teoretične osnove, ki jih je med razvojem samim priporočljivo upoštevati. V jedru
diplomskega dela je predstavljen celovit razvoj škarij za rezanje navojnih palic. Izdelani so
nekateri analitični preračuni, predstavljena je konstrukcija škarij in uporabljeni materiali ter
nenazadnje tudi izdelava prototipa. Utemeljene so vse konstrukcijske rešitve, ki vplivajo na
funkcionalnost. Na koncu so na kratko interpretirani še rezultati projekta razvoja škarij za
rezanje navojnih palic.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 2 -
1.2 Predstavitev predmeta obravnave diplomskega dela
Na osnovi povpraševanja in zahtev kupca (podjetja RIDGID) smo v podjetju UNIOR d.d.
razvili Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 s poudarkom na varnosti, vzdržljivosti,
uporabnosti in atraktivnem videzu. Cilj projekta je bil razviti škarje v skladu z vhodnimi
zahtevami (tehničnimi, tehnološkimi in kalkulativnimi). Naša naloga je bila zagotoviti:
• ustrezno funkcionalnost,
• vzdržljivost,
• skladnost z zahtevami in standardi,
• estetski izgled in ujemanje z domačim okoljem ter
• kvalitetnost in varnost.
Z razvojem in prodajo škarij so se v podjetju zapolnile kapacitete (povečanje
zasedenosti strojev), povečal se je obseg dela, s tem pa se je razširila tudi paleta izdelkov in
posledično tudi trg. Škarje so namenjene za ameriški in evropski trg. Zaradi različnih merskih
enot obeh trgov so izdelane v colskem in metričnem merskem sistemu, vendar bistvenih razlik
razen geometrije rezil med obema izvedbama ni. Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 (slika
1.1) so namenjene rezanju navojnih palic M8, M10 in M12 trdnostnega razreda do 8.8
metričnega merskega sistema. V colskem merskem sistemu pa so namenjene rezanju navojnih
palic 5/16″, 3/8″ in 1/2″ enakega trdnostnega razreda.
Slika 1.1: Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 [14]
Škarje so zasnovane tako, da na enostaven in okolju ter uporabniku prijazen način
omogočajo rezanje navojnih palic brez drobnih odpadkov. S tem ni negativnih vplivov na
okolje tako kot pri žaganju ali rezanju s kotnimi brusilkami. Po rezanju palic ni potrebno
popravljati navojev, kot je to potrebno pri drugih načinih rezanja, ki so uporabljani do sedaj,
s čimer prihranimo dodatni čas. Velike prednosti škarij so še:
• kratek čas rezanja, ker se rezanje opravi z enim gibom ročice,
• natančno rezanje,
• velika mobilnost,
• neodvisnost od dodatnih virov energije ter
• enostavnost uporabe in prijetno rokovanje.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 3 -
Škarje so izdelane iz kovinskih materialov, ki se lahko 100%-no reciklirajo. Pri
površinski zaščiti (lakiranju) škarij se uporablja postopek elektrostatičnega prašnega lakiranja,
ki omogoča minimalno emisijo prahu v okolico. Prašna barva ne vsebuje težkih kovin in
ostalih strupenih primesi.
Slika 1.2: Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 – sestavni deli
Na sliki 1.2 je vidno, da škarje sestavljata dve čeljusti, ki sta izdelani iz posebnega
utopno kovanega jekla. Na vsako čeljust so preko vijačne zveze pritrjena po tri rezila različnih
dimenzij (M8, M10 in M12), ki omogočajo rezanje že omenjenih navojnih palic. Dolga
čeljust, ki je rotacijsko pomična, je preko ″drsnega″ vijaka povezana z zglobom, kateri pa je
dalje povezan z zgornjim ročajem. Rotacija dolge čeljusti se vrši okrog centričnega vijaka, ki
služi za medsebojni spoj obeh čeljusti z naslonom. Kratka čeljust je v nasprotju z dolgo
nepomična ter fiksno pritrjena na naslon škarij. Naslon in spodnji ročaj, ki sta med seboj
povezana z nerazstavljivim spojem opravljata funkcijo podpore med rezanjem navojnih palic.
S premikanjem zgornjega ročaja proti spodnjemu, se začne dvojica rezil gibati relativno
drug proti drugemu in strižno delovati na navojno palico. Ob dovolj veliki strižni sili nam
uspe ločiti navojno palico na dva konca, ki sta že v tistem trenutku pripravljena na tvorjenje
vijačne zveze. Pri vstavljanju navojne palice v ustje škarij, se mora zgornji ročaj nahajati v
zgornji mrtvi legi.
kratka čeljust
rezilo M10
dolga čeljust
navojna palica
drsni vijak
rezilo M8
ročaj (zgornji)
zglob ročaja
ročaj (spodnji)
naslon (baza)
centrični vijak
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 4 -
2 PREGLED STANJA OBRAVNAVANE PROBLEMATIKE IN
TEORETIČNE OSNOVE
Orodje in njegova funkcija sta na trgu že znana. Izvedba Unior v primerjav s konkurenco
ponuja :
• kvalitetnejšo izvedbo,
• dodatno prednost zaradi možnosti rezanja več različnih dimenzij na enem orodju in
nenazadnje
• dolgo življenjsko dobo izdelka z enostavnim menjavanjem funkcionalnega rezilnega
dela orodja.
2.1 Analiza konkurenčnih izdelkov
Pri razvoju nekega izdelka je vsekakor pomembno, da se zagotovi dobra funkcionalnost,
cenovna konkurenčnost, enostavnost uporabe ipd. Pred razvojem samim smo dodobra
analizirali konkurenčne izdelke. Poiskali smo slabe in dobre lastnosti posameznih izdelkov in
le-te upoštevali pri razvoju našega izdelka. Prioriteto pri analizi konkurence je predstavljal
izdelek, ki je last kupca oz. naročnika razvoja novih škarij (podjetje Ridgid).
Slika 2.1: Škarje za rezanje navojnih palic RIDGID 1390M [12]
Škarje RIDGID 1390M (slika 2.1) omogočajo rezanje navojnih palic samo ene
dimenzije. Rezanje navojne palice druge dimenzije bi bilo možno le v primeru, da bi
uporabnik zamenjal par rezil z drugim. Vsaka menjava pa predstavlja dodatno delo in s tem
dodatno časovno izgubo. V osnovi so škarje RIDGID 1390M namenjene rezanju navojnih
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 5 -
palic premera 3/8˝ (colski sistem) ali premera M8 (metrični sistem). Na sliki 2.2 se jasno vidi,
da konstrukcija teh škarij omogoča rezanje navojnih palic samo ene dimenzije oz. premera.
Slika 2.2: Škarje RIDGID 1390M – konstrukcija z enim parom rezil [12]
Med analizo konkurenčnih izdelkov je bilo ugotovljeno, da se škarje za rezanje navojnih
palic glede na gibljivost rezil pri različnih proizvajalcih med seboj razlikujejo. Na podlagi te
ugotovitve ločimo:
• škarje z enim fiksnim in enim pomičnim rezilom ter
• škarje z dvema pomičnima reziloma.
Škarje RIDGID 1390M so sestavljene iz dveh gibljivih čeljusti z rezili. Prenos sile in
gibanja iz ročaja na čeljusti zagotavlja ustrezno oblikovano vzvodovje. Na sliki 2.3 je
prikazana konstrukcija vzvodov oz. zglobov ter položaj le-teh pri različno odprtem ustju
škarij.
a) b)
Slika 2.3: Škarje RIDGID 1390M: a) odprt položaju, b) zaprt položaj [12]
Na trgu že obstajajo številne isto namenske škarje, ki pa se med seboj razlikujejo po
velikosti, obliki, materialu, izdelovalni tehnologiji, možnosti rezanja različnih dimenzij ter
drugih lastnostih in na koncu jasno tudi po ceni. V nadaljevanju še predstavljam le nekatere
izdelke, ki jih ponuja trg in zagotavljajo rez brez poškodb navoja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 6 -
Škarje EDM0659 (slika 2.4) [9]:
• proizvajalec podjetje EDMA - GREHAL
• možnost rezanja navojnih palic M7 trdnostnega razreda do 6.8
• dodatno nastavljivo ravnilo za nastavitev dolžine rezanja do 545mm.
Slika 2.4: Škarje za rezanje navojnih palic EDM0659 [9]
Škarje MCC AB-3U in MCC RAB-3U (slika 2.5) [13]:
• proizvajalec podjetje MCC
• možnost rezanja navojnih palic velikosti 3/8″
• Model RAB-3U: prenašanje sile iz ročice na rezila preko zatikalnika
a) b)
Slika 2.5: Škarje za rezanje navojnih palic [13]: a) model AB-3U, b) model RAB-3U
Škarje GREENLEE 36587 (slika 2.6) [3]:
• proizvajalec podjetje GREENLEE
• možnost rezanja navojnih palic velikosti 1/4″ in 3/8″
Slika 2.6: Škarje za rezanje navojnih palic GREENLEE 36587 [3]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 7 -
Škarje za rezanje navojnih palic spadajo med tiste vrste orodja, ki služi za rezanje oz.
strižno ločevanje materiala. Pri razvoju je zaradi tega smiselno poznati zakonitosti tega
postopka.
2.2 Škarjasto rezanje – striženje materiala
Striženje je postopek preoblikovanja s porušitvijo pri katerem s strižno obremenitvijo
ločujemo dele obdelovanca. Strižni proces je sestavljen iz štirih stopenj oz. faz (slika 2.7) [1]:
• V prvi fazi striženja stiskamo material do meje elastičnosti, kjer deformacije ne
prekoračijo meje plastičnosti – material se pri morebitni razbremenitvi vrne v prvotno
obliko (slika 2.7a).
• V drugi fazi pridemo v območje tečenja materiala. V tem območju bi v materialu ob
morebitni razbremenitvi že ostala trajna plastična deformacija (slika 2.7b).
• V tretji fazi prekoračimo mejo tečenja – začne se proces trganja materiala (slika 2.7c).
• V zadnji četrti fazi striženja pa se material odtrga, ker je strižna napetost večja od tiste,
ki jo presek lahko prenese.
a) b) c)
Slika 2.7: Faze strižnega procesa; a) elastično deformiran material, b) plastično deformiran material, c) trganje materiala
Na odrezani ploskvi vedno opazujemo dve veliki površini: gladko, ki leži v smeri
striženja in hrapavo, ki je nekoliko pod kotom nagnjena na smer striženja. Pri pravilni
oddaljenosti obeh rezil, je meja med obema površinama ostra. Če pa sta rezili preblizu
prehajata obe ravnini druga v drugo v več trganih stopnicah.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 8 -
Porušitev materiala se vrši med dvema nožema, ki sta lahko ravna, s paralelnim ali
poševnim rezilom ter krožna ali kombinirana. Glede na obliko rezila ločimo [1], [11]:
• postopek zaprtega reza,
• postopek odprtega reza.
Pod postopkom zaprtega reza razumemo striženje ali rezanje materiala (predvsem
pločevine) s takim rezilom, ki je obseg nekega površinskega lika – projekcija reza je sklenjena
krivulja. Postopek se običajno izvaja na stiskalnicah. Striženje samo je sunkovito, ker orodje
ne prodira postopoma skozi material, ampak odreže ves lik hkrati. K zaprtemu rezu spadata v
glavnem operaciji izrezovanje (izrezani del je zahtevan obdelovanec) in luknjanje (izrezani
del je odpadek). Pri tem postopku ločimo postopek navadnega striženja (slika 2.8) in postopek
natančnega striženja (slika 2.9). Med rezilnim pestičem in matrico je zelo pomembna ustrezna
zračnost, ki znaša 4-8% pri navadnem striženju in cca. 0,5% debeline obdelovanca pri
natančnem striženju. Zračnost je odvisna od strižne trdnosti in debeline ter vrste materiala.
Slika 2.8: Princip navadnega striženja – zaprti rez [11]
Slika 2.9: Princip natančnega striženja – zaprti rez [11]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 9 -
Pod postopkom odprtega reza (slika 2.10) pa razumemo striženje ali rezanje materiala s
takim rezilom, ki ne predstavlja obsega nekega površinskega lika. Rez in rezilo imata torej
dva konca in se ne zaključujeta sama vase. Postopek striženja tega tipa se izvaja na škarjah, ki
so lahko gnane ročno ali pa s pomočjo hidravlike, pnevmatike in električne energije. Rezila
pri škarjah so običajno iz orodnega jekla, saj so hitrosti rezanja majhne in zato temperature
nizke, ker rezila postopoma vdirajo v material. Za preprečitev nastanka brazd oz. zmanjšanja
velikosti le-teh je zelo pomembno, da so rezila ostra. Za učinkovito striženje je prav tako zelo
pomembno, da se rezila ne zvijajo in da med njimi ni prevelike zračnosti. V primeru prevelike
zračnosti se namreč lahko zgodi, da se material obrne v vrzel v smeri giba rezila. K postopku
odprtega reza spada:
• odrezanje,
• porezovanje,
• vrezovanje.
Slika 2.10: Princip odprtega reza [11]
Škarje za rezanje navojnih palic lahko na podlagi zgoraj navedenih značilnosti uvrstimo
v skupino naprav, ki fukcionirajo po principu odprtega reza. Vendar za nas ni bistveno to,
ampak nas bolj zanima določitev strižne sile, ki je potrebna za uspešno izveden rez.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 10 -
Za striženje potrebna sila je odvisna od velikosti prerezane površine striženja in od
strižne trdnosti materiala. To velja tako za postopek odprtega kot zaprtega reza [1].
�� � �� · �� (2.1)
�� [N] - strižna sila
�� [mm2] - prerez oz. površina striženja
�� [N/mm2] - strižna trdnost materiala
Material se prestriže, ko je v materialu presežena strižna trdnost ��. Jasno je, da je
strižna trdnost materialna lastnost in je odvisna le od natezne trdnosti materiala �� [N/mm2].
Razmerje med strižno in natezno trdnostjo za nekatere materiale prikazuje tabela 2.1 [10].
Tabela 2.1: Strižne trdnosti materialov
MATERIAL RELACIJA
Jeklo �� � 0,8 · ��
Aluminij �� � 0,65 · ��
Baker �� � 0,65 · ��
Nodularne litine �� � 0,9 · ��
Temprane litine %& � ', ( · )*
Prerez oz. površina striženja �� je pri striženju pločevine odvisna od dolžine linije reza
�� in od debeline materiala �. Pri striženju obdelovancev okroglih oblik (npr. jeklenih palic) s
postopkom odprtega reza je površina striženja �� enaka prerezu obdelovanca (jeklene palice).
2.3 Konstruiranje za proizvodnjo
Konstruiranje je zahtevna intelektualna aktivnost, ki zahteva: znanje naravoslovnih znanosti
(matematike, fizike, kemije, mehanike, toplotne tehnike, elektrotehnike) in proizvodnih
tehnik, poznavanje materialnih lastnosti in smernic konstruiranja ter znanje in izkušnje s
področja, za katerega se konstruira. Z vidika metodike je konstruiranje proces optimiranja v
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 11 -
okviru danih robnih pogojev, ki se s časom spreminjajo. Z vidika organiziranja je
konstruiranje bistven del procesa za ustvarjanje vrednosti in plemenitenja surovin in
proizvodnih sredstev. To je možno samo v sodelovanju s kupci, kalkulanti, tehnologi,
strokovnjaki za gradiva, raziskovalci, preizkuševalci, montažerji, standardizerji itd.
S konstruiranjem se ukvarjajo konstrukterji, oziroma konstruktorji ter inženirji z
različnih področij. Največkrat se izraz konstruiranje nanaša na splošno strojništvo
(avtomobilizem, ladjedelništvo, letalstvo, orodjarstvo, strojegradnja, raketna tehnika), drugače
pa tudi na druga področja kot so lesarstvo ipd. V preteklem času je bilo konstruiranje
usmerjeno predvsem v zagotavljanje funkcije, kar pa že dolgo ne drži več. Dandanes morajo
konstrukterji pri razvoju novih izdelkov upoštevati še mnogo drugih parametrov kot so [2]:
• stroškovna ustreznost in cenovna konkurenčnost,
• zanesljivost in vzdržljivost,
• proizvodnost
• montažna oz. sestavna primernost,
• ergonomska ustreznost in varnost,
• ekološka ustreznost,
• možnost vzdrževanja ipd.
Konstruiranje je del razvoja oz. najpomembnejša faza na poti razvoja novega proizvoda,
hkrati pa ima odločilen vpliv na končno ceno le-tega. V primerjavi s proizvodnjo in logistiko
predstavlja razvojna faza najmanjši strošek pri izdelavi novega izdelka. Ekonomski učinek
razvojne faze je prikazan na sliki 2.11.
Slika 2.11: Stroški in vpliv na ceno proizvoda posameznih oddelkov [2]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 12 -
Konstruiranje je kot proces v splošnem sestavljen iz štirih izrazitih faz (slika 2.12) [2],
[6]. Najzgodnejša faza na poti razvoja izdelka je načrtovanje. Takrat se iščejo ideje za izdelke,
izbirajo se najboljše in se prilagajajo okolju. V tej fazi se že razmišlja kakšne omejitve
postaviti glede stroškov, ki bodo potrebni za nastanek novega izdelka in časa, ki je na
razpolago. Druga faza konstruiranja, ki sledi fazi načrtovanja izdelka je koncipiranje. Na
začetku te faze se naredi spisek zahtev, ki jih bo moral izpolnjevati bodoči izdelek. Določi se
natančna funkcija, življenjska doba, cena, čas izdelave in podobno. V tej fazi se izdelek le na
grobo oblikuje. O materialu, ki bi ga uporabili pa se še ne razmišlja veliko. Oblikovalci in
inženirji se torej ukvarjajo zgolj s principi po katerih naj bi bodoči izdelek deloval. Snovanje
je tretja faza konstruiranja in hkrati eden od najbolj kompliciranih in težkih korakov
konstruiranja. V tej fazi se določi natančna oblika, geometrija, materiali in proizvodni procesi.
Naredijo se razne makete, prototipi oz. vzorčni izdelki, ki se preizkusijo ali dobro delujejo.
Prav tako se izdelajo potrebni preračuni in izvedejo postopki optimiranja v zvezi z obliko,
velikostjo materiali, itd. Zadnja četrta faza konstruiranja je razdelava, kjer je potrebno
predhodno dobro zasnovanemu izdelku dodati še nekatere informacije oz. izdelati
dokumentacijo. Risbe opremimo z merami, podatki o hrapavosti površin, tolerancami in
odstopki, točnimi podatki o trdoti in kako obdelati površine, da bodo dovolj trde, podatki o
barvanju, itd. Na koncu se izdelajo še sestavne risbe in posebna dokumentacija za servise.
Slika 2.12: Faze konstruiranja [2]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 13 -
Ekonomija in konkurenca na trgu nas silita k proizvajanju funkcionalnih izdelkov s čim
nižjo končno ceno. To je dosegljivo pod pogojem, da se razvijajo oz. konstruirajo deli in
sklopi enostavnih oblik, za te pa je potrebno predpisati obdelovalne postopke, ki bodo čim
cenejši in enostavni. Drage tehnologije se naj uporabljajo le, če so neizogibne. Dobro je
izkoriščati tudi prednosti velikih serij oz. z drugimi besedami, zmanjšati število posameznih
delov na izdelku ter konstruirati dele, ki bodo uporabni za več proizvodov. Priporočljiva je
tudi uporaba standardnih delov. Obdelovalne postopke v grobem delimo na tri skupine [2]:
• odvzemanje materiala
� odrezovanje (struženje, frezanje, vrtanje,...)
� brušenje
� nekonvencionalni postopki (npr. žična erozija)
• združevanje in/ali dodajanje materiala
� varjenje, spajkanje, lepljenje
� naparjanje
• preoblikovanje
� kovanje, vlek, valjanje
� brizganje, ulivanje
� upogibanje
� sintranje
V splošnem strojništvu obsega delež materialnih stroškov okoli 40 do 50% vseh
stroškov izdelka. Delež materialnih stroškov je večji pri množični proizvodnji, ker so tam
stroški proizvodnje s pomočjo racionalizacije zmanjšani na minimum. Izbira materiala je za
dano aplikacijo eden izmed najbolj odločilnih korakov v fazi konstruiranja oz. natančneje
snovanja, saj izbiramo praktično le en material med dobesedno tisočimi različnimi
možnostmi. Izbira je odvisna od zahtev, ki jim mora material zadoščati. Zahteve so [6]:
• kemični vplivi in fizične obremenitve (sila, toplota, itd.),
• zagotovitev funkcije
• oblika izdelka,
• obdelovalnost in velikost serije,
• razpoložljivost in doba uporabnosti materiala,
• razgradnja ter reciklaža in
• stroški.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 14 -
Na sliki 2.13 je prikazan princip izbire materiala med zasnovo komponente.
Slika 2.13: Izbira materiala [2]
V realnosti se za določen izdelek možnosti proizvodnje hitro zožijo na zgolj eno izbiro
proizvodnega postopka. Kadar je določen izdelek možno obdelovati na več načinov, se izbira
najboljšega načina izpelje glede na obliko, material, zahtevane količine proizvodov in
dopustne stroške. Glavni faktorji, ki odločilno vplivajo na izbiro proizvodnega postopka so
naslednji [2]:
• Velikost in oblika izdelka. Določeni postopki dovoljujejo bolj komplicirane oblike
izdelkov. Tipična takšna primera sta litje kovin in brizganje plastike. Ti procesi
dovoljujejo, da v en del kombiniramo več funkcij, kar lahko na koncu omogoča tudi
lažjo montažo. Pri izbiri proizvodnega postopka se pogosto pojavijo tudi omejitve
zaradi razmerja med velikostjo (dolžino) izdelka in debelino v prečnem prerezu
izdelka. Na sliki 2.14 je prikazana konstrukcija izdelana s postopkom varjenja in s
predhodnimi postopki odrezovanja. S postopki preoblikovanja je izdelava te
konstrukcije zaradi velikosti in razgibanosti praktično nemogoča.
Slika 2.14: Alu konstrukcija - 5x0,4x0,35m
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 15 -
• Razpoložljiva obdelovalna sredstva (stroji, orodja, vpenjalne naprave,...). Podjetja
težijo k temu, da poskušajo čim bolj zapolniti svoje proizvodne kapacitete. Zaradi
tega je potrebno konstruirati izdelke za tiste obdelovalne postopke, ki so na voljo.
Izdelava izdelkov z drugimi postopki oz. s strani zunanjih izvajalcev je smiselna le, če
je le tako mogoče zagotoviti ustrezno funkcionalnost ali pa je cena tega izdelka nižja
v primerjavi s ceno izdelka, ki bi ga na drugi obdelovalni način izdelali sami.
• Tehnologija izdelave prototipa.
• Čas in stroški proizvodnje.
• Natančnost – tolerančno območje. Popolne natančnosti ni mogoče doseči z nobenim
obdelovalnim postopkom. Zato mora konstrukter predpisati dovoljena odstopanja, da
ne izgubimo nadzora nad funkcionalnostjo sistema. Tolerance je potrebno
predpisovati le tam kjer so potrebne, saj stroški zagotavljanja toleranc eksponentno
naraščajo z ožanjem tolerančnega polja (slika 2.15). Zaradi tega se naj predpisujejo
najširša tolerančna polja, ki še zagotavljajo sestavljivost in funkcionalno sistema. Pri
izbiri obdelovalnega postopka je potrebno izbrati tistega, ki še ravno zagotavlja
predpisano natančnost.
Slika 2.15: Vpliv toleranc dimenzije na stroške strojne obdelave
(obdelava površine luknje ali gredi) [6]
• Kvaliteta površine. Prav tako kot toleranca tudi kvaliteta površine izrazito vpliva na
stroške, saj moramo za višjo kvaliteto površine uporabiti dražje izdelovalne postopke.
Konstrukter mora tako predpisati določeno stopnjo hrapavosti le na tistih površinah
kjer je to potrebno (slika 2.16). Izbran obdelovalni postopek mora biti takšen, da še
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 16 -
ravno zagotavlja oz. dosega predpisano kvaliteto. Dosežena kvaliteta površine je
odvisna tudi od kvalitete in stanja stroja in orodja.
Slika 2.16: Označevanje obdelave oz. kvalitete površine - valj pnevmatskega cilindra
• Velikost serije – prav tako vpliva na to kakšne obdelave oz. strojev se bomo
posluževali. Prototipi in male serije se običajno izdelujejo kar na univerzalnih strojih
večinoma s postopki odrezovanja v kombinaciji s postopkom npr. varjenja. Zelo
visoke serije se izdelujejo na povsem namenskih in računalniško podprtih strojih. Z
numerično krmiljenimi stroji (CNC - stroji) in s sistemi z računalniško integrirano
proizvodnjo (CIM – sistemi) je možno posamične izdelke ali manjše serije izdelkov
narediti za nižjo ceno kot s klasičnimi stroji, vendar pa stroški nakupa takšnega stroja
tega ne opravičujejo. Preoblikovalni postopki (kovanje, ulivanje, brizganje, sintranje)
so prav tako primerni za masovne serije, saj je v nasprotnem primeru zaradi drage
izdelave orodja izdelek predrag. Cena izdelka z velikostjo serije pada. Na sliki 2.17 je
prikazan primer prilagoditve izdelka velikosti serije.
Slika 2.17: Prilagoditev izdelka velikosti serije [2]
• Material; ko je enkrat izbran, je že precej znanega o obdelovalnem postopku. Če mora
biti izdelek izdelan iz plastičnih mas je verjetno takoj jasno, da postopki kovanja,
POSAMIČNA IZDELAVA
(varjenje) SERIJSKA IZDELAVA
(štancanje, robljenje) MASOVNA IZDELAVA
(litje)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 17 -
ulivanja in podobnega odpadejo ter da pride v poštev npr. postopek brizganja. Izdelki
narejeni s postopkom plastičnega brizganja, so prikazan na sliki 2.18.
Slika 2.18: Izdelki izdelani s postopkom brizganja plastike
Vsak proizvodni postopek ima določene zakonitosti, zaradi česar mora biti izdelek
konstruiran v skladu s smernicami za predviden proizvodni postopek. Če konstrukter teh
smernic ne upošteva se lahko zgodi, da izdelka ni mogoče izdelati ali pa je njegova
proizvodnja predraga. To pa običajno privede do kasnejšega popravljanja konstrukcije. V
nadaljevanju sledi predstavitev konstrukcijskih smernic za tiste proizvodne postopke, ki
pridejo v poštev pri izdelavi škarij za rezanje navojnih palic (kovanje, ulivanje in
odrezovanje).
Deli, ki so kovani običajno zahtevajo naknadno strojno obdelavo (odrezovanje). Zaradi
tega je pomembno, da konstrukterji izdelajo takšno konstrukcijo odkovka, ki zahteva
odstranitev čim manjše količine materiala. Vzdrževati je potrebno tudi pravo razmerje globine
kovanja in debelin sten, ki je seveda odvisno od materiala odkovka. Izjemno pomembna pa je
tudi zagotovitev ustreznih nagibov sten, ki omogočajo izvzem odkovkov iz utopa. Nekaj
glavnih napotkov za oblikovanje kovanih izdelkov prikazuje slika 2.19.
Slika 2.19: Primeri zmanjševanja stroškov kovanih izdelkov [6]
• izogibati se strmim stanskim površinam – zagotoviti nagib
• strojna obdelava naj bo v isti ravnini
• zmanjšanje velikosti obdelovalnih površin
• utopi naj se izdelujejo zgolj z struženjem in rezkanjem Rebra?
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo
Zapolnitev matrice je še ena lastnost, ki jo je potrebno zagot
namen se je potrebno izogibati
reber. Smernice zapolnjevanja matrice prikazuje slika 2.20.
Poleg smernic za kovanje so za nas pomembne tudi smernice za konstruiranje litih
izdelkov. Prednost litja je v tem, da lahko s tem procesom izdelamo zelo
izdelkov, kar pomeni, da lahko v en del integriramo ve
izdelkov je potrebno omogo
(del naj vsebuje ravne ali valjaste površine), predvideti kasnejše obdelave, ipd.
zahtevajo naknadno strojno obdelavo naj štrlijo iznad litih plo
istem nivoju. Strojne obdelave naj bo
matrice je prisotnost nagibnih kotov na stranskih ploskvah, ki se naj za
ravnini. Izdelek z ustreznimi nagibnimi
Dejstvo je, da imamo lahko pri
napetostmi. V izogib nastanku lunkerjev, zaostalih napetosti in še nekaterih drugih težav je
potrebno upoštevati nekatera pravila, ki so prikazana na sliki 2.22.
slabo
ulteta za strojništvo
- 18 -
Zapolnitev matrice je še ena lastnost, ki jo je potrebno zagotoviti pri kovanju. V ta
se je potrebno izogibati ostrim robovom in izdelovati izdelke brez ozkih in dolgih
Smernice zapolnjevanja matrice prikazuje slika 2.20.
Slika 2.20: Zapolnjevanje matrice [2]
Poleg smernic za kovanje so za nas pomembne tudi smernice za konstruiranje litih
izdelkov. Prednost litja je v tem, da lahko s tem procesom izdelamo zelo
izdelkov, kar pomeni, da lahko v en del integriramo več funkcij. Pri konstruiranju
v je potrebno omogoči enostavno odstranitev iz matrice, uporabljati enostavne oblike
(del naj vsebuje ravne ali valjaste površine), predvideti kasnejše obdelave, ipd.
zahtevajo naknadno strojno obdelavo naj štrlijo iznad litih ploskev in naj bodo po možnosti na
Strojne obdelave naj bo čim manj. Pogoj za enostavno odstranitev izdelka iz
matrice je prisotnost nagibnih kotov na stranskih ploskvah, ki se naj za
ravnini. Izdelek z ustreznimi nagibnimi koti stranskih ploskev je prikazan na sliki 2.21.
Slika 2.21: Uporaba nagibnih kotov [2]
Dejstvo je, da imamo lahko pri postopku ulivanja velike težave z lunkerji in zaostalimi
napetostmi. V izogib nastanku lunkerjev, zaostalih napetosti in še nekaterih drugih težav je
potrebno upoštevati nekatera pravila, ki so prikazana na sliki 2.22.
Rebra Zapolnitev
slabo
bolje
slabo dobro
Diplomsko delo
oviti pri kovanju. V ta
izdelovati izdelke brez ozkih in dolgih
Poleg smernic za kovanje so za nas pomembne tudi smernice za konstruiranje litih
izdelkov. Prednost litja je v tem, da lahko s tem procesom izdelamo zelo komplicirane oblike
. Pri konstruiranju litih
matrice, uporabljati enostavne oblike
(del naj vsebuje ravne ali valjaste površine), predvideti kasnejše obdelave, ipd. Ploskve, ki
skev in naj bodo po možnosti na
Pogoj za enostavno odstranitev izdelka iz
matrice je prisotnost nagibnih kotov na stranskih ploskvah, ki se naj začenjajo na delilni
je prikazan na sliki 2.21.
postopku ulivanja velike težave z lunkerji in zaostalimi
napetostmi. V izogib nastanku lunkerjev, zaostalih napetosti in še nekaterih drugih težav je
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 19 -
Slika 2.22: Primeri slabo in dobro oblikovanih litih izdelkov [2]
Po pravilu je strojna obdelava zaključna obdelava proizvoda, ki je predhodno bil narejen
iz surovine z litjem, kovanjem, varjenjem itd. Navsezadnje so tudi orodja, ki se uporabljajo za
kovanje in litje narejena s strojno obdelavo. Strojna obdelava naj bo minimizirana. Potrebno
je uporabljati enostavne oblike in upoštevati oblike orodja. Na sliki 2.23 je ilustriranih nekaj
pravil, ki bi jih morali konstrukterji upoštevati, ko konstruirajo izdelek, ki bo na koncu strojno
obdelan.
• izogibati se konstrukcijam, kjer je možnost nastanka lunkerjev
• debelina sten naj bo po možnosti povsod enaka
• v izogib zaostalim napetostim naj imajo lita kolesa liho število ročic, te pa naj bodo ukrivljene
• polna platišča naj bodo zvrnjena iz glavne ravnine
• notranji žepi morajo imeti luknje za čiščenje in izhod plinov
slabo bolje
lunker
slabo bolje
slabo
bolje
najbolje
slabo
bolje
neustrezno bolje
neustrezno bolje
neustrezno bolje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 20 -
Slika 2.23: Primeri slabo in dobro oblikovanih delov, ki se strojno obdelujejo [2]
• zaprtih in skoraj zaprtih lukenj ni mogoče izdelati
• v luknji ne sme biti spremembe smeri
• omogočiti je potrebno dostop orodja na mesto obdelave
• omogočiti je potrebno iztek orodja
• najmanjši radij zaokrožitve notranjih robov mora biti skladen z radijem orodja
• Pojav vibracij med obdelavo je potrebno preprečiti
• Težiti k neprekinjeni obdelavi enostavnih površin
slabo bolje
neizvedljivo izvedljivo
slabo dobro
slabo dobro
slabo
dobro
vibracije dolge konzole vibracije dolgega orodja
minimaliziranje obdelane površina
razdelitev velike površine na več manjših
uporaba pravokotnih
oblik
uporaba vzporednih površin
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 21 -
V fazi konstruiranja je tudi potrebno predvideti možnost ustreznega vpetja obdelovanca.
Uporabimo lahko ravne površine, podpore pri naleganju neravnih površin, nosilna ušesa pri
težjih izdelkih, nastavke za prijemala itd. Nastavki za prijemala velikokrat nimajo nobene
druge funkcije, kot le zagotovitev ustreznega vpetja (slika 2.24).
Slika 2.24: Sesalni kolektor iz aluminijeve zlitine z nastavki za prijemala [2]
Pri izdelkih, ki so sestavni del nekega sklopa, mora konstrukter predvideti tudi način
montaže oz. sestave, ki naj bo čim bolj enostaven in nedvoumen. Osnovna priporočila za
konstruiranje sklopa so: sestavnih delov naj bo čim manj, uporabljati standardne sestavne
dele, izogibati se majhnim sestavnim delom, težiti k simetričnim oblikam, predvideti dovolj
prostora za montažo, pomembne komponente naj ne bodo skrite itd. Deli škarij za rezanje
navojnih palic so po večini med seboj povezani z vijačnimi zvezami. Na sliki 2.25 so podane
nekatere smernice, ki se jih je priporočljivo držati.
Slika 2.25: Primeri slabo in dobro izvedenih spojev z vijačnimi zvezami [2]
• omogočiti ravne naležne površine in uporabljati vijake enakih dimenzij in z enako obliko glave
• vijaki naj bodo oddaljeni od zakritih in težko dostopnih mest
• med šestrobnimi vijaki in maticami mora biti dovolj prostora za ključ
Nastavka
za prijemala
Nastavka za prijemala
Prijemalna ročica
Naslon
Centrirna prizma
Vpenjalna priprava
slabo bolje
slabo bolje
slabo
bolje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 22 -
3 RAZVOJ ŠKARIJ
Projekt razvoja škarij za rezanje navojnih palic so vodilni v podjetju torej sprožili na osnovi
povpraševanja kupca - podjetja RIDGID. Po tržni analizi so se postavile funkcijske1 in
ekonomske zahteve, katerih se je bilo potrebno med razvojno fazo tudi držati. Izbral oz.
izdelal se je koncept izdelka, ki se nam je v tistem trenutku glede na postavljene pogoje zdel
najprimernejši in najboljši. V fazi t. i. snovanja in razdelave smo nato uporabili vse potrebne
prijeme in opravili vse potrebne postopke (določitev vrste materiala, natančne oblike in
geometrije – modeliranje, izbira proizvodnega postopka, izdelava načrtov, itd.), ki so nas na
koncu privedli do uspešne izdelave funkcionalnega izdelka.
Ker so bile torej škarje nov izdelek takšnega tipa v podjetju, nismo imeli nobenih
informacij glede obremenitev, ki se pojavijo znotraj konstrukcije, zato je jasno obstajalo
zanimanje za njihovo določitev. Še bolj pa nas je v bistvu zanimala sila oz. napor, ki ga bo
moral uporabnik med rezanjem navojnih palic vložiti, da bo le-to uspešno. Na podlagi tega
smo izvedli izračun, ki nam je te informacije tudi podal.
V nadaljevanju se bomo bolj posvetili metrični izvedbi škarij. Konstrukcijsko sta obe
izvedbi enaki, saj se v glavnem razlikujeta le v geometriji rezil.
3.1 Koncept
V konceptu so običajno posamezni deli ali celotni sklopi predstavljeni v obliki skice iz katere
so razvidne zgolj najbolj pomembne funkcije. Kljub vsemu pa ima koncept ključno vlogo pri
določevanju končne oblike izdelka.
Kupec je želel njegov obstoječi model škarij, katerega smo med drugim tudi dobili v
vpogled, izboljšati in nadgraditi. Zaradi tega je bilo potrebno oz. želeno pri razvoju novega
dizajna škarij obdržati grobo obliko starega. Pri oblikovanju novega dizajna smo upoštevali
dobre zamisli na starih škarjah, poleg tega pa smo težili k oblikovanju konstrukcije, ki bi te
zamisli ob dovolj dobri funkcionalnosti tudi poenostavila.
Odločili smo se, da bomo podobno staremu tudi novi dizajn sestavili iz naslona, dveh
čeljusti in dveh ročajev, pri čemer bosta naslon in spodnji ročaj prav tako trdno speta. V
1 Funkcijske zahteve so že opisane v uvodnem poglavju.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 23 -
popolnosti smo zadržali tudi obliko ustja škarij in posledično obliko rezil ter njihovih ležišč.
Problem kako izdelati škarje, s katerimi je mogoče rezati navojne palice treh različnih
premerov, smo rešili na enostaven način. Tri enako oblikovana ustja smo enostavno
razporedili po obodu čeljusti in tako določili mesta rezanja posameznih navojnih palic.
Funkcijo naslona smo obdržali in jo celo nadgradili. Zamislili smo si naslon, ki bi bil izdelan s
temeljno ploščo. Zaradi tega je naležna površina naslona večja, kar poveča stabilnost škarij.
Popolnoma pa smo spremenili obliko gibalnega mehanizma. Nekoliko bolj
komplicirano obliko na starih škarjah (slika 2.3) smo na novem dizajnu nadomestili z
enostavnim konceptom enokončnega vzvoda (slika 3.1). Funkcijo enokončnega vzvoda na
novem dizajnu opravlja zglob, ki zagotavlja prenos sile in gibanja iz zgornjega ročaja na
dolgo čeljust. Naj še omenim, da je zgornji ročaj nataknjen na zglob.
Slika 3.1: Koncept enokončnega vzvoda
Koncept novega dizajna ne opisuje gibanja obeh čeljusti, ampak le ene. Dolga je
gibljivo povezana z zglobom, kratka pa je fiksno pritrjena na naslon škarij. Izdelali in izbrali
smo torej enostavnejši in funkcionalnejši koncept novih škarij za rezanje navojnih palic.
3.2 Določitev sil v členkih - vijakih
V fazi razvoja je bil ta izračun narejen glede na obliko koncepta in njegove okvirne dimenzije,
ki pa se v nadaljevanju razvoja niti niso bistveno spremenile (razen dolžine ročajev). Izračun,
ki sledi v nadaljevanju, se nanaša na končno obliko škarij.
Obremenitve v konstrukciji se pri rezanju večajo s premerom in trdnostnim razredom
navojne palice. Največje sile se bodo torej pojavile pri rezanju navojnih palic M12
trdnostnega razreda 8.8. Če želimo škarjasto odrezati navojno palico2, moramo v njej ustvariti
2 Navojne palice so skoraj izključno izdelane iz jekla različnih kvalitet.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 24 -
strižno napetost, ki bo presegla strižno trdnost materiala navojne palice. Pri določitvi potrebne
strižne sile izhajamo iz enačbe za izračun strižne napetosti v materialu.
�� � ��+ · ��
, �� (3.1)
�� [N/mm2] - strižna napetost
�� [N] - strižna sila
�� [mm2] - prerez oz. površina striženja
+ [/] - število strižnih ploskev (v našem primeru je + � 1)
�� [N/mm2] - strižna trdnost materiala
Iz enačbe (3.1) izpeljemo enačbo za izračun potrebne strižne sile, ki je identična enačbi (2.1):
�� . �� · �� � �� · / · 012
4 � 640 · / · 10,1062
4 � 51336,76 6 (3.2)
S tem načinom striženja oz. rezanja v bistvu prerežemo jedro navojne palice, ne pa prereza
imenskega premera navojne palice. Navojna palica ima profil normalnega metrskega navoja,
katerega mere so standardizirane po SIST ISO 724 oz. DIN 13 T1. Imenski premer navojne
palice M12 znaša 0 � 12++, ki pa ga torej v našem primeru izračuna strižne sile ne
upoštevamo. V enačbo (3.2) tako vključimo premer jedra navoja oz. navojne palice M12, ki
znaša 01 � 10,106++ [4]. Strižno trdnost �� izračunamo po enačbi (3.3)3:
�� � 0,8 · �� � 0,8 · 800 � 640 6 ++2⁄ (3.3)
�� � 800 6 ++2⁄ - natezna trdnost navojne palice trdnostnega razreda 8.8 [8]
Sila �� je torej sila, ki jo moramo ustvariti na rezilu, da lahko prerežemo navojno palico
M12. Imamo torej izhodiščni podatek za nadaljnji izračun. Pri izračunu velja predpostavka,
da dosežemo strižno silo �� takoj na začetku rezanja, čeprav temu ni tako. Strižno silo ��
3 Princip določitve strižne trdnosti materiala je opisan v poglavju 2.2 (Tabela 2.1).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 25 -
namreč dosežemo, ko se med rezanjem oz. striženjem nahajamo v plastičnem področju, kar pa
se zgodi, ko ročaj škarij premaknemo že za par stopinj. Na sliki 3.1 so prikazane škarje oz.
njihov položaj v začetnem položaju rezanja.
Slika 3.2: Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 – začetek rezanja
Sile v členkih bomo določili s pomočjo ravnotežnih enačb za posamezen del (čeljust -
dolga, čeljust – kratka, zglob z ročajem). Nadaljnji izračun ni pretirano zahteven, saj zahteva
le osnovno znanje s področja statike. Sile, ki jih bomo uporabili v nadaljevanju (merimo jih v
N), se nanašajo na spodnje slike.
Čeljust – dolga:
Slika 3.3: Čeljust dolga – geometrija in obremenitve
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 26 -
�9� : � ;0 < : � �9�=> ;
0 � �9�=> 1,725,5 � 3,81° (3.4)
;@A B � �� < � � � · ;@A B � 105 · ;@A 28° � 92,71 ++ (3.5)
AC� B � 9� < 9 � � · AC� B � 105 · AC� 28° � 49,29 ++ (3.6)
�D� � �D · ;@A E (3.7)
�D� � �D · AC� E (3.8)
�F� � �F · ;@A : (3.9)
�F� � �F · AC� : (3.10)
S pomočjo slike 3.2 zapišemo ravnotežne enačbe:
G ��H � I; �K>� L �F� L �D� � I (3.11)
G ��H � I; �F� M �K>� L �D� � I (3.12)
G NK> � I; �D� · 9 M �D� · � L �F� · 0 L �F� · ; � I (3.13)
Izraz (3.13) kombiniramo z enačbami (3.7) do (3.10) in izračunamo velikost sile �D:
�D � �F · O0 · cos : M ; · AC� :S� · AC� B · ;@A E M � · ;@A B · AC� E
�D � 51336,76 · O25,5 · ;@A 3.81° M 1,7 · AC� 3,81°S105 · AC� 28° · ;@A 36° M 105 · ;@A 28° · AC� 36° � 13902,15 6
(3.14)
Iz enačb (3.11) oz. (3.12) izrazimo sili �K>� oz. �K>� in ju izračunamo:
�K>� � �F · ;@A : M �D · ;@A E
�K>� � 51336,76 · ;@A 3,81° M 13902,15 · ;@A 36° � 62470,38 6 (3.15)
�K>� � �D · AC� E L �F · AC� :
�K>� � 13902,15 · AC� 36° L 51336,76 · AC� 3,81° � 4760,25 6 (3.16)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 27 -
Čeljust – kratka:
Slika 3.4: Čeljust kratka – geometrija in obremenitve
�9� U � VW < U � �9�=> V
W � �9�=> 560 � 4,76° (3.17)
�X� � �X · AC� U (3.18)
�X� � �X · ;@A U (3.19)
�F� � �F · ;@A : (3.20)
�F� � �F · AC� : (3.21)
S pomočjo slike 3.3 zapišemo ravnotežne enačbe:
G ��H � I; �F L �X� L �K2� � I (3.22)
G ��H � I; �X� L �K2� L �F� � I (3.23)
G NK2 � I; �F� · Y M �F� · Z L �X� · V L �X� · W � I (3.24)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 28 -
Izraz (3.24) kombiniramo z enačbami (3.18) do (3.21) in izračunamo velikost sile �X:
�X � �F · OY · cos : M Z · AC� :SW · ;@A U M V · AC� U
�X � 51336,76 · O25,5 · cos 3,81° M 1,7 · sin 3,81°S60 · cos 4,76° M 5 · sin 4,76° � 21791,02 6
(3.25)
Iz enačb (3.22) oz. (3.23) izrazimo sili �K2� oz. �K2� in ju izračunamo:
�K2� � �F · ;@A : L �X · sin U
�K2� � 51336,76 · ;@A 3,81° L 21791,02 · sin 4,76° � 49415,03 6 (3.26)
�K2� � �X · cos U L �F · ;@A :
�K2� � 21791,02 · cos 4,76° L 51336,76 · AC� 3,81° � 18304,64 6 (3.27)
Zglob z ročajem:
Slika 3.5: Zglob z ročajem – geometrija in obremenitve
Za vrednosti 9 in � glej sliko 3.3.
C � � L 73,5 � 92,71 L 73,5 � 19,21 ++ (3.28)
] � 9 L 22,5 � 49,29 L 22,5 � 26,79 ++ (3.29)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 29 -
;@A ^ � �_ < � � _ · ;@A ^ � 800 · ;@A 1° � 799,89 ++ (3.30)
AC� ^ � +_ < + � _ · AC� ^ � 800 · AC� 1° � 13,96 ++ (3.31)
�D� � �D · ;@A E (3.32)
�D� � �D · AC� E (3.33)
��� � �� · ;@A ^ (3.34)
��� � �� · AC� ^ (3.35)
S pomočjo slike 3.4 zapišemo ravnotežne enačbe:
G ��H � I; �D� L ��� L �̀ � � I (3.36)
G ��H � I; �D� L ��� L �̀ � � I (3.37)
G NK2 � I; ��� · � M ��� · + L �D� · ] L �D� · C � I (3.38)
Sila �� je tista sila, ki jo mora uporabnik ustvariti na ročaju, da lahko prereže navojno palico,
pri čemer predpostavljamo, da deluje pravokotno na ročaj. Enačbo (3.38) kombiniramo z
enačbami (3.32) do (3.35) in izračunamo velikost sile ��:
�� � �D · O] · cos E M C · AC� ES� · ;@A ^ M + · AC� ^
�� � 13902,15 · O26,79 · cos 36° M 19,21 · sin 36°S799,89 · cos 1° M 13,96 · sin 1° � 572.84 6
(3.39)
Če želimo prerezati navojno palico M12, moramo torej na ročaj škarij delovati s silo �� �572,84 6. Iz enačb (3.36) oz. (3.37) še nato izrazimo in izračunamo sili �̀ � oz. �̀ �:
�̀ � � �D · ;@A E L �� · ;@A ^
�̀ � � 13902,15 · ;@A 36° L 572,84 · ;@A 1° � 10674,32 6 (3.40)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 30 -
�̀ � � �D · AC� B L �� · AC� ^
�̀ � � 13902,15 · AC� 36° L 572,84 · AC� 1° � 8161,48 6 (3.41)
Z vidika vijakov je najbolj obremenjen centrični vijak, ki edini med seboj spaja tri dele
oz. komponente škarij (dolgo in kratko čeljust ter naslon). Dolga čeljust deluje na vijak s silo
�K>, kratka čeljust s silo �K2, naslo pa s silo �K1, ki jo bomo določili v nadaljevanju.
Slika 3.6: Obremenitve centričnega vijaka
S pomočjo ravnotežnih enačb na podlagi slike 3.5 izračunamo sili �K1� in�K1�:
�K1� � �K>� L �K2� � 62470,38 L 49415,03 � 13055,35 6 (3.42)
�K1� � �K2� L �K>� � 18304,64 L 4760,25 � 13544,39 6 (3.43)
S tem izračunom smo tako dobili vrednosti sil, ki se pojavijo znotraj konstrukcije škarij.
Ugotovili pa smo tudi kolikšna bo maksimalna potrebna sila ��, ki jo bo potrebno ustvariti na
ročaju škarij. Izračunane vrednosti so bile dobra osnova za podrobnejše analize z MKE
metodo.
Maksimalne sile, ki se pojavijo pri rezanju s colsko izvedbo, so skoraj identične kot pri
metrični izvedbi. Razlika med dimenzijo navoja M12 in 1/2˝ je namreč zanemarljivo majhna.
3.3 Geometrija in tehnologija izdelave rezil
Pri razvoju škarij je poglavje zase predstavljalo konstruiranje oz. izdelava rezil. Rezila imajo
odločilno vlogo v smislu preprečevanja poškodb navojev navojnih palic. S pravilno
kombinacijo materiala, geometrije in proizvodnih postopkov smo izdelali rezila, ki odlično
funkcionirajo.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 31 -
Rezila so izdelana iz specialnega nizko legiranega orodnega jekla4 60WCrV7, ki je primerno
za delo v hladnem. Ima visoko površinsko trdoto, dobro žilavost in zelo dobro obstojnost proti
obrabi. Uporablja se za različna orodja kot so povrtala, navojni svedri, sekači, različna rezilna
orodja, matrice za vlečenje itd. Lastnosti materiala 60WCrV7 so priložene v prilogi 2.
Slika 3.7: Rezilo (M8) škarij za rezanje navojnih palic
Škarje za rezanje navojnih palic 586/6 so opremljene s po tremi pari rezil (M8, M10 in
M12), ki se med seboj razlikujejo le po geometriji. Rezilo ima na notranji strani vrezan
notranji navoj5 (slika 3.6), ki je sovpadajoč z zunanjim navojem navojne palice. Zaradi tega
vsak par rezil ustreza le premeru posamezne navojne palice, kar pomeni, da lahko npr. z
rezilom M8 režemo le navojne palice M8. Enako velja tudi za ostali dve rezili.
Za zagotovitev natančnega reza znotraj tolerančnih mej, je bistvena geometrija in
natančna izdelava rezil. Rezila se izdelujejo s postopki odrezovanja. Iz jekleno valjane palice
se najprej na predpisane dimenzije postružijo prvi polizdelki. Sledi žigosanje oz. označevanje
polizdelkov z ustreznimi oznakami - M8, M10 ali M12 (slika 3.6). Žigi so potrebni zaradi
samih oznak rezervnih delov in preprečitve pomešanja komadov ter pravilne lege pri montaži.
Žigosanju sledi rezkanje in rezanje navojev, ki se izvaja v parih. Da zagotovimo ustrezne
rezalne lastnosti rezil, je na koncu potrebna še termična obdelava, v našem primeru
poboljšanje na 54 – 58 HRc.
Da se na mestu rezanja navojnih palic ne pojavijo brazde, morajo biti rezila izdelana
tako, da je prehod vijačnice iz prvega rezila na drugega zvezen (slika 3.7) oz. je njena
nezveznost (prekinitev) izdelana v območju, ki še zagotavlja rezanje brez nastanka brazd.
Velikost tega območja sicer nismo ugotavljali, ker nas v bistvu ni zanimalo. Za nas je bilo
pomembno, da izdelamo rezilo znotraj tega območja. Ko smo ga, nas je to zadovoljilo. Če bi
4 Orodna jekla so jekla, ki se v industriji primarno uporabljajo za izdelavo orodij za obdelavo kovin, lesa in
plastike. 5 Normalni metrski navoj standardiziran po SIST ISO 724 (DIN 13 T1)
Navojna luknja za pritrditev rezila Žig
Notranji navoj M8
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 32 -
bil konec vijačnice prvega rezila napram začetku vijačnice drugega rezila zamaknjen za kot
npr. 90º, bi bil nastanek brazd zagotovo neizogiben.
Slika 3.8: Zvezni prehod vijačnice med rezili
Zvezen prehod vijačnice je mogoče zagotoviti s pravilno geometrijo rezil. Rezila smo
geometrijsko oblikovali tako, da lahko z zgoraj opisanim postopkom izdelave zveznost tudi
zagotovimo. Širina rezila, ki je odvisna od geometrijskih lastnosti navoja, odločilno vpliva na
zveznost vijačnice. Enačbo (3.44) opisujejo parametri, ki vplivajo na širino rezila:
�� � � · � (3.44)
�� [mm] - širina rezila
� [mm] - korak metrskega normalnega navoja [4]
� [/] - število ovojev navoja
Pri določevanju širine rezil �� smo težili k temu, da bi bile le-te čim bolj enotne pri vseh
treh tipih rezil. Temu primerna je bila tudi izbira števila ovojev �. V tabeli 3.1 so podane
vrednosti širine rezil �� za vse tri tipe.
Tabela 3.1: Širine rezil M8, M10 in M12
Tip rezila Označba navoja Korak navoja � [mm]; [4]
Število ovojev � [/]
Širina rezila ab [mm]
Rezilo M8 M8 1,25 6 7,5
Rezilo M10 M10 1,5 5 7,5
Rezilo M12 M12 1,75 4 7
Točka zveznosti
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 33 -
Za izdelavo para rezil z zvezno vijačnico navoja, bi morala biti širina obeh rezil
izdelana popolnoma natančno. Ker pa je to praktično nemogoče, mora biti širina rezil
tolerirana (v našem primeru je ±0,01 mm) oz. izdelana s takšno natančnostjo, da nezveznost
vijačnice še zagotavlja dovolj natančen rez navojne palice. Rezili, ki sta v paru sta
funkcionalni le v primeru, če hkrati sodelujeta v procesu izdelave. To pomeni, da so
funkcionalni pari rezil vedno točno določeni. V primeru poškodb enega od rezil je torej
potrebno zamenjati celoten par rezil.
3.4 Izdelava in testiranje prototipa
Prototip je z vidika tehnike pred serijsko izdelan poenostavljen model, podoben načrtovanemu
izdelku ali sestavnemu delu. V prvi vrsti je prototip izdelan za testiranje izdelka in
odpravljanje morebitnih pomanjkljivosti pred serijsko proizvodnjo. Pogosto so izdelani tudi z
namenom ilustracije oz. predstavitve koncepta bodočega izdelka. Glede na namen uporabe
prototipov ločimo [7]:
• prototipe, ki so izdelani za preučevanje estetske in ergonomske funkcije,
• prototipe, ki so namenjeni preizkusu namestitve in uporabe ter
• prototipe, ki že imajo večino lastnosti izdelka izdelanega s serijsko proizvodnjo in
služijo za ugotavljanje proizvodnih pomanjkljivosti.
Zaradi zahtevne konstrukcije škarij smo se odločili za izdelavo prototipa, s čimer bi
ugotovili potrebno funkcijo škarij – predvsem vzdržljivost in samo natančnost rezanja.
Slika 3.9: Prototip škarij za rezanje navojnih palic
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 34 -
Prototip škarij (slika 3.8) oz. njegove elemente (zglob, naslon in obe čeljusti) smo izdelali s
tehnologijo laserskega rezanja. Lasersko rezanje je uveljavljen postopek namenjen
natančnemu rezanju po konturni ravnini, poznamo pa tudi 3D-rezanje ter rezanje cevi in
profilov. Z laserjem lahko poleg kovin učinkovito režemo polimere, keramiko, les, usnje,
tekstil in druge materiale primernih debelin.
Za to tehnologijo smo se odločili, zaradi relativno visoke hitrosti izdelave, optimalne
izkoriščenosti materiala, možnosti izdelave izdelkov zahtevnejših oblik, natančnosti izdelave
(do 0,1 mm), ker ni potrebnih nobenih investicij v posebna orodja in predvsem zaradi
možnosti izdelave prototipa v lastnem podjetju, kar lahko močno zniža stroške izdelave le-
tega. Poleg tega, pa smo lahko razrez izdelali na osnovi elektronske dokumentacije, ki je že
bila predhodno izdelana. Slaba stran laserskega rezanja so edino visoki investicijski in
obratovalni stroški, zato lasersko rezanje vedno ne prekaša konkurence in je tudi nebi pri
serijski proizvodnji škarij za rezanje navojnih palic.
Naslon je izdelan iz treh lasersko izrezanih delov, ki so z varjenjem spojeni v celoto.
Naknadne obdelave so bile deležne tudi čeljusti. Ležišča za rezila in luknje smo izdelali s
postopki vrtanja in rezkanja. Za material zgloba, naslona in obeh čeljusti smo izbrali krom-
vanadijevo jeklo 31CrV3. Zaradi boljših trdnostnih lastnosti so ti deli na koncu tudi termično
obdelani. Ročaji so izdelani iz jeklene cevi Ø25 mm (material St 35-4). Prototip škarij smo
sestavili s pomočjo standardnih vijačnih zvez. Da smo lahko preverili natančnost rezanja, je
bilo nujno potrebno prototip natančno izdelati.
Po testiranju prototipa so bile ugotovljene potrebne korekcije. Zaradi manjšega zvijanja
je bilo potrebno nekoliko ojačati čeljusti oz. povečati njihovo debelino, s čimer smo pridobili
tudi na prostoru za lažje skrivanje glav vijakov M5, s katerimi so razila pritrjena na čeljusti.
Razmisliti je bilo potrebno o povečanju naležne površine za rezila M10, še posebej pa za
rezilo M12. Naležna površina rezila M8 je bila ustrezna. Konstrukcijsko in trdnostno je bilo
potrebno izboljšati tudi vijačne zveze.
Po uspešnem testiranju smo ugotovili, da lahko na osnovi izvedenih korekcij preidemo
na izdelavo odkovkov in odlitkov. Vse je bilo torej pripravljeno na naročilo potrebnih orodij
(kovaško orodje in orodje za odlitke ter vpenjalne priprave za obdelavo).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 35 -
3.5 Določitev geometrije (modeliranje) in izbira materiala
Geometrijo škarij za rezanje navojnih palic smo določili s pomočjo 3D modeliranja. 3D
modeliranje je proces kreiranja trodimenzionalnega objekta. Produkt tega procesa imenujemo
3D model. Ta model se lahko izkoristi kot vir pri grafični simulaciji, skozi proces 3D
renderiranja pa ga je mogoče prikazati v obliki dvodimenzionalne slike (slika 1.2, slika 3.8). Z
uporabo 3D printerjev ga je mogoče tudi fizično izdelati. 3D model je sestavljen iz zbirke
točk, ki so v trodimenzionalnem prostoru med seboj povezane z geometrijskimi elementi kot
so črte, trikotniki, ukrivljene ploskve itd. 3D modeli se lahko kreirajo ročno oz. algoritmično,
lahko pa se jih izdela s postopkom, ki je v modernem svetu vedno popularnejši, s skeniranjem
resničnega objekta. Za kreiranje 3D modelov je na voljo mnogo računalniških programskih
paketov. Mi smo za izdelavo modela škarij uporabili programski paket SolidWorks (v
nadaljevanju SW). S kreirali smo modele vseh sestavnih delov in jih nato sestavili v sklop ter
tako dobili 3D model škarij za rezanje navojnih palic. Glede na kategorije 3D modelov naj
omenim, da smo izdelali solid modele, ki predstavljajo volumen objekta, ki ga opisujejo. Ti
modeli so realnejši, vendar jih je v primerjavi s površinskimi modeli težje izdelati. S solid
modeli je mogoče izdelati razne računalniške simulacije, ki lahko odlično predstavijo situacijo
iz resničnega sveta [15].
Kot je v enem izmed prejšnjih poglavij že navedeno, je potrebno obliko izdelka
prilagoditi tudi materialu oz. proizvodnemu postopku in obratno. Posamezni deli škarij so
izdelani s postopki kovanja, litja in odrezovanja. Temu primerno so 3D modeli in s tem fizični
izdelki tudi oblikovani oz. geometrijsko določeni.
Odkovki:
Posamezni deli škarij, kot so čeljusti in zglob ročaja, so zaradi visokih obremenitev, ki se
pojavijo v konstrukciji med rezanjem navojnih palic, izdelani s kovanjem6. Izdelki, ki so
narejeni s kovanjem, imajo visoko trdnost in žilavost, oboje pa je še posebej izrazito v smeri
toka materiala. Kovanje je za mnoge kritične aplikacije, kot so orodja, ojnice, kolesa
železniških vozil, gredi, deli letal itd., prioritetna metoda preoblikovanja.
Najlažje je kovati neželezne materiale, kot so Al, Cu in Mg ter njihove zlitine, kot sta
medenina in bron. Tem kovinam sledijo glede težavnosti kovanja ogljikova jekla,
6 Natančnej gre za utopno kovanje v vročem, kjer kujemo jekla v področju avstenita pri temp. 800-1150°C.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 36 -
nerjavna jekla in Ti-zlitine. Zlitine na osnovi Fe, Co, Mo in Ni pa se kujejo najtežje. Materiali
so kovni če se pri segrevanju povečuje njihova gnetljivost oz. razteznost, trdnost pa se manjša.
Najbolj pogosto kovani material je ogljikovo jeklo. Kujemo lahko jekla z vsebnostjo ogljika
od 0,1% do 1,5%. Pri tem je potrebno poudariti, da z vsebnostjo ogljika pada kovnost
materiala, zato so najbolj kovni materiali z nizko vsebnostjo ogljika. Jekla, ki vsebujejo
žveplo (S) so krhka, zato se pri kovanju teh jekel v rdeče razžarjenem stanju pojavijo
rjavkaste razpoke. Na drugi strani pa se pri jeklih, ki se kujejo v hladnem, krhkost povečuje z
vsebnostjo fosforja (P). Tako fosfor kot žveplo sta zato škodljivi primesi, ki jih v jeklu ne sme
biti več kot 0,1%. Mangan (Mn) in silicij (Si) ne vplivata na kovnost jekla. Mangan, ki
nevtralizira škodljiv vpliv žvepla, povečuje trdnost jekla, kar pomeni, da so z večanjem
vsebnosti mangana potrebne večje sile kovanja [6].
Zglob ročaja in čeljusti so izdelane iz legiranega konstrukcijskega jekla 42CrMo4, ki je
primerno za kovanje. Njegove najpomembnejše lastnosti so visoka napetost tečenja, natezna
trdnost, razteznost duktilnost in udarna žilavost. Uporablja se tako v strojni kot v
avtomobilski industriji. Materialne lastnosti jekla 42CrMo4 so priložene v prilogi 3.
Zaradi slabšega stanja površin in geometrijske stabilnosti zahtevajo vroče kovani
odkovki več naknadne strojne obdelave. Naj omenim, da je potrebno v našem primeru vse
odkovke pred strojno obdelavo termično obdelati oz. normalizirati, z namenom izboljšanja
obdelovalnosti in povečanja žilavosti materiala. Pri kreiranju 3D modelov čeljusti in zgloba
ročaja je bilo torej potrebno upoštevati smernice konstruiranja za proizvodnjo za kovanje in
odrezovanje.
V programu SW smo najprej izdelali 3D modele odkovkov (slika 3.9, slika 3.10, slika
3.11) na katerih je temeljila izdelava matric oz. utopov. Potrebno pa je bilo jasno izdelati tudi
3D model končnega izdelka. Le-tega smo z uporabo modela odkovka v nekaj korakih tudi
dokaj hitro naredili. Modele odkovkov smo opremili z 8°-skimi nagibnimi koti (glede na
delilno ravnino)7, ki zagotavljajo enostavno odstranitev odkovkov iz utopov. Utopi morajo
biti izdelani tako, da je njihova zapolnitev z materialom popolna. V ta namen smo na modele
odkovkov dodali zaokrožitve, saj v primeru ostrih robov in vogalov utope težko zapolnimo.
Strmeli smo tudi k minimaliziranju strojne obdelave. Poskušali smo zmanjšati velikost
površin, ki bodo obdelane in jih čim več postaviti na čim manj različnih ravnin. Na odkovkih
je še bilo potrebno nakazati luknje in utore za lažjo naknadno strojno obdelavo.
7 V nasprotju z vročim pri hladnem kovanju naklonski koti niso potrebni.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 37 -
Slika 3.10: 3D model odkovka dolge čeljusti
Slika 3.11: 3D model odkovka kratke čeljusti
Slika 3.12: 3D model odkovka zgloba ročaja
Pri strojni obdelavi z odrezovanjem smo uporabili postopek vrtanja in rezkanja. Strojno
so obdelane vse površine, ki so na sliki 3.12, sliki 3.13 in sliki 3.14 obarvane z rumeno barvo.
Obdelava ostalih površin ni potrebna in bi bila nesmiselna, saj te ne vplivajo na
funkcionalnost izdelka. Pri kreiranju strojno obdelanih 3D modelov smo upoštevali oblike in
dimenzije orodja ter le temu omogočili dostop do mesta obdelave in mu pustili prostor za
iztek. Izdelali smo ravna posnetja, ker so enostavnejša in cenejša od zaokrožitev.
Pomembna je natančna izdelava predvsem centrične luknje in ležišč rezil, pa tudi luknje
na repu čeljusti, ki pa je tolerirana z večjo toleranco. Na drugi strani pa kakovost površine ni
bistvenega pomena. Zaradi boljše prepoznavnosti so na zunanji strani dolge čeljusti z
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 38 -
oznakami M8, M10 in M12 označena mesta rezanja posameznih navojnih palic. Oznake so
izdelane z laserskim označevanjem.
V uvodu sem omenil, da je razvoj škarij temeljil na povpraševanju podjetja RIDGID.
Metrična izvedba se prodaja pod znamko UNIOR, colska pa pod znamko RIDGID. Izvedbi se
razlikujeta le po označbah in geometriji rezil (posledično tudi po geometriji ležišč) ter po
logotipu, ki je na zunanji strani dolge čeljusti izdelan pri postopku kovanja (slika 3.9 in slika
3.12).
Slika 3.13: 3D model dolge čeljusti obdelane z odrezovanjem
Slika 3.14: 3D model kratke čeljusti obdelane z odrezovanjem
Slika 3.15: 3D model zgloba ročaja obdelanega z odrezovanjem
ležišče rezila
stična ploskev
centrična luknja
utor za mazivo
rep čeljusti
rep zgloba
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 39 -
Na sliki 3.13 in 3.14 lahko vidimo, da so na vsaki glavi čeljusti izdelana po tri ležišča za
rezila. Geometrija in oblika teh ležišč je prilagojena geometriji in obliki rezil. Opazimo lahko,
da je glava čeljusti precej širša v primerjavi z repom čeljusti. Debelina glave čeljusti je večja
zaradi obremenitve, ki se prenese iz rezila na čeljust, saj so na pozicijah rezanja glave
oslabljene. Ob pretanki glavi bi namreč lahko prišlo do zvijanja oz. upogibanja ležišč, kar bi
imelo za posledico odmikanje rezil drug od drugega in s tem neuspešen rez. Tanek del repa
dolge čeljusti je pomaknjen na zunanjo (čelno) stran iz preprostega razloga, da se le-ta lahko
giblje mimo glave vijaka, ki pritrjuje rep kratke čeljusti na naslon. Konec repa te čeljusti je
zopet širši, saj se tako rešimo uporabe distančnika, ki ga bi bilo v nasprotnem primeru
potrebno vgraditi na drsni vijak med zglob in čeljust. Rep kratke čeljusti je tanjši izključno
zaradi skladnosti in zmanjšanja teže.
Utor za mazivo je namenjen shranjevanju maziva s katerim se mažeta stični ploskvi
obeh čeljusti, ker prihaja pri medsebojnem gibanju čeljusti do relativno visokega trenja.
Odlitki:
Naslon je edini sestavni del škarij, ki je izdelan s postopkom ulivanja. Razlog se skriva v
nekoliko bolj zapleteni obliki, obremenitvah, ki so na naslonu manjše v primerjavi s čeljustmi
in nenazadnje v ceni, saj je litje v velikih serijah cenovno relativno ugodno. Ker želimo, da je
naslon izdelan v enem kosu, pa izdelava le-tega s postopki odrezovanja tako ali tako odpade.
Litje je proizvodni proces, kjer se surov material lije v obliko izdelka, ki ima bolj ali
manj končno obliko končnega proizvoda. Uporablja se za izdelke, kjer natančnost ni tako
pomembna, se pa zato lahko izdelajo bolj zapletene oblike. Vzrok temu je, da se snov pri
ohlajanju krči in povzroči spremembo prostornine odlitka glede na formo. Odlitke lahko
naredimo iz različnih kovinskih materialov kot so neželezne kovine (Cu, Pb, Zn, Sn, Ni in
njihove zlitine), železne kovine (siva litina, temprana litina, nodularna litina itd.) in lahke
kovine (Al, Mg, Ti in njihove zlitine) [6].
Naslon je izdelan iz nodularne litine EN-GJS-450-10 (priloga 4). Nodularna litina je
vrsta sive litine in jo imenujemo tudi duktilna siva litina. Ima izredno dobre mehanske
lastnosti, po svojih statičnih in dinamičnih lastnostih pa ustreza jeklu, obenem pa ima v
primerjavi s sivo litino boljšo žilavost in duktilnost.
Ker je naslon izdelan tudi s postopki odrezovanja, je potrebno pri konstruiranju oz.
modeliranju upoštevati poleg smernic za proces litja, še smernice za postopke odrezovanja.
Podobno kot pri kovanju, smo tudi tu izdelali 3D model polizdelka – odlitka (slika 3.15), ki je
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 40 -
predstavljal osnovo za izdelavo matrice. Za enostavno odstranjevanje odlitkov iz matrice smo
na modelih izdelali 6°-ske nagibne kote v odnosu na delilno ravnino, na kateri se po možnosti
tudi začnejo. Na mestih ostrih robov in vogalov smo izdelali še ustrezne zaokrožitve.
Skreirali smo 3D model odlitka, ki je iz enega kosa. Površine, ki se strojno obdelujejo so
ravne z zagotovljenim lahkim dostopom orodij. Slepih lukenj ni. Z nekaj enostavnimi koraki
(izdelava lukenj in posnetij) smo iz 3D modela odkovka, izdelali 3D model z obliko končnega
izdelka (slika 3.16). Dimenzije površin, ki se bodo obdelovale s postopkom odrezovanja
materiala (vrtanje lukenj in rezkanje blokirne stopničke), so tolerirane, vendar z relativno
širokim tolerančnim območjem. Strojno so obdelane samo površine, ki vplivajo na
izpolnjevanje funkcije škarij (na sliki 3.16 so obarvane z rumeno barvo).
Koncept škarij zahteva, da se na naslonu izdela luknja, skozi katero pri nameščanju na
pozicijo M12 potisnemo navojno palico (slika 3.16). Ta luknja, ki torej omogoča uporabnost
pozicije rezanja M12, se izdeluje že v fazi litja. Blokirna stopnička je namenjena blokiranju
zgornjega ročaja. Namreč, ko se zglob ročaja nasloni na to stopničko, se škarje nahajajo v
zaprtem položaju. Naslon škarij ima izdelana še dva stranska utora, s katerima ponujamo
možnost fiksiranja škarij v tla ali kakršnokoli drugo osnovo.
Slika 3.16: 3D model odlitka naslona
Slika 3.17: 3D model naslona obdelanega z odrezovanjem
blokirna stopnička
utor za fiksiranje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 41 -
Sestavni deli izdelani s postopkom odrezovanja:
Očitno je, da so vsi sestavni deli bolj ali manj obdelani s postopkom odrezovanja oz.
odvzemanja materiala. Kot je navedeno, so kovani in liti deli škarij le delno obdelani tam kjer
je to potrebno. V celoti so z odrezovanjem izdelani le vijačni elementi (struženje in rezkanje).
Odrezovanje je postopek, s katerim osnovni material (surovec) z odstranitvijo nepotrebnega
materiala spremenimo v uporaben izdelek. Odrezujemo lahko materiale z dobrimi
odrezovalnimi karakteristikami (čim boljša kvaliteta površine, čim manjše rezalne sile,
ugodne oblike odrezkov itd).
Testiranje prototipa je pokazalo, da so standardni vijaki določenih premerov trdnostno
neustrezni, saj niso bili zmožni prenašati tako velikih obremenitev, katerim so bili
izpostavljeni (npr.: prišlo je do loma centričnega vijaka). Potrebno je bilo torej izdelati vijake
z ustrezno konstrukcijo in trdnostjo. Vijaki (M5) za pritrditev rezil na čeljusti so standardni.
Centrična matica (slika 3.17e), ki se prav tako izdeluje, je varovana proti odvitju z
standardnim navojnim zatičem.Vse ostale matice in podložke so standardne.
Za izdelavo vijakov smo izbrali avtomatno jeklo za poboljšanje 46S20 (priloga 5).
Material centrične matice pa je hladno vlečeno nelegirano jeklo C45, prav tako primerno za
poboljšanje. Za zagotovitev ustreznih trdnostnih lastnosti se ti elementi termično obdelajo.
Pri konstruiranju omenjenih elementov oz. njihovih 3D modelov smo uporabljali
preproste ravne in valjaste površine, poskrbeli smo za potreben prostor za iztek orodja,
količino materiala, ki se odstranjuje smo poskušali minimalizirati (zaradi tega imajo vijaki
namesto šestrobih glav okrogle glave za vilični ključ) itd. Vijaki s opremljeni z ustreznimi
navoji, vendar je potrebno poudariti, da se le-ti na 3D modelih običajno ne prikažejo, ker ni
potrebe. Na sliki 3.17 so prikazani 3D modeli vseh vijačnih elementov, ki jih za sestavo
sklopa ne uporabljamo v standardnih oblikah.
Slika 3.18: a) drsni vijak M12, b) centrični vijak M14, c) vijak M12 za pritrditev sp. čeljusti na naslon, d) vijak M12 za pritrditev zgloba na naslon, e) centrična matica
a) b) c) d)
e)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 42 -
Ročaji so deli, ki ne zahtevajo pretirano zahtevnih obdelovalnih postopkov – vsaj ne z
naše strani. V bistvu gre za izdelke, ki so iz daljše kupljene jeklene cevi Ø25mm (material St
35-4) preprosto narezani na krajše konce. Spodnji ročaj (slika 3.18b) je s postopkom
zatiskovanja trdno vpet v naslon škarij. Zgornji ročaj (slika 3.18a) pa je nataknjen na rep
zgloba (slika 3.14). Spodnji konec zgornjega ročaja je nekoliko preoblikovan oz. stisnjen
tako, da se dobro prilaga na rep zgloba. Za prijetnejše delo je ročaj izoliran s plastičnim
tulcem. Kreiranje 3D modelov ročajev je v primerjavi z ostalimi sestavnimi deli škarij dokaj
enostavno.
Slika 3.19: a) ročaj škarij – zgornji, b) ročaj škarij – spodnji
Za boljše in prijetnejše rokovanje z orodjem je na zgornji ročaj nasajen ergonomsko
oblikovan plastični tulec. Ta je izdelan s postopkom plastičnega brizganja s strani zunanjega
proizvajalca. Oblikovan je jasno glede na premer ročaja (zunanji premer cevi) in glede na
antropometrijske dimenzije zapestja.
Slika 3.20: Tulec
Škarje, ki so namenjene predvsem uporabi na terenu, morajo biti med rezanjem pritrjene
na neko osnovo, saj jih v nasprotnem primeru dvigne v zrak. Če tega ne storimo preko
naslona, lahko uporabimo naslonsko pločevino, ki se pritrdi na spodnji ročaj. Ta je namenjen
izključno temu, da uporabnik z eno nogo stopi nanjo in pričvrsti škarje ob tla.
Slika 3.21:Škarje z naslonsko pločevino
Naslonska pločevina
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 43 -
3.5.1 3D model škarij za rezanje navojnih palic - sklop
Iz predhodno izdelanih posameznih 3D modelov lahko sestavimo sklop nekega izdelka, ki je
poleg dobre vizualne predstavitve lahko uporaben tudi za razne simulacije gibanja in analize
po MKE metodi. Spodnji sliki 3.19 in 3.20 sta izdelani s procesom 3D renderiranja sklopa
škarij za rezanje navojnih palic.
Slika 3.22: 3D model škarij za rezanje navojnih palic – zaprto stanje
Slika 3.23: 3D model škarij za rezanje navojnih palic – delno odprto stanje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 44 -
3.6 Površinska zaščita
Izdelke oz. materiale je potrebno z raznimi prevlekami zaščititi pred razdiralnim napadom,
kot je korozija. Korozija je problem s katerim se srečuje celotna kovinska industrija po vsem
svetu. Različne oblike korozijskega procesa imajo to skupno lastnost, da povzročijo
nestabilnost materiala v določenem okolju.
Osnovna značilnost korozije kovin je njeno začetno delovanje na površini, od koder z
različno intenziteto napreduje v globino materiala. Posledica tega je lokalna sprememba
sestave kovine, njenih mehansko - fizikalnih lastnosti, integriteta površine in nenazadnje
omejena življenjska doba različnih kovinskih materialov. Najznačilnejši korozijski procesi s
katerimi se srečujemo na kovinskih materialih so [5]:
• enakomerna oz. splošna korozija
• galvanska korozija
• jamičasta korozija
• interkristalna korozija
• selektivno raztapljanje
• napetostna korozija
• vodikova krhkost
• erozivna korozija
Cilj zaščite proti koroziji je podaljšanje življenjske dobe konstrukcij in naprav, prihranek
stroškov vgradenj, predelav in popravil ter preprečevanje izpadov proizvodnje. Površine
materialov lahko zaščitimo z različnimi prevlekami. Najbolj preprosti so premazi z laki in
barvami, pa tudi z mastmi in olji. Bolj zahtevni so postopki nanašanja zaščitnih plasti iz
kovinskih spojin (npr. kromiranje), postopki, ki temeljijo na kemijski spremembi površine
(npr. bruniranje) in drugi galvanski postopki.
Pri izbiri postopka za zaščito proti koroziji ni odločilen le tehnični dejavnik, temveč tudi
gospodarski. Aktivni ukrepi neposredno vplivajo na sam postopek korozije in preprečujejo oz.
zmanjšujejo korozijo že od vsega začetka.
Pri zaščiti škarij za rezanje navojnih palic smo uporabili postopke bruniranja,
naoljevanja in lakiranja. Naslon, zglob in oba ročaja smo zaščitili s postopkom
elektrostatičnega prašnega lakiranja, čeljusti so premazane s posebnim oljem, vijačni elementi
in rezila pa so zaščiteni s kombinacijo bruniranja in naoljevanja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 45 -
4 REZULTATI IN DISKUSIJA S PREDLOGI ZA
SPREMEMBE
Kupec je želel njegov obstoječi model škarij (slika 2.1) izboljšati in nadgraditi. Z realizacijo
zahtev kupca smo razvili izdelek (slika 3.19), ki smo ga skupaj z njim pozitivno ocenili.
Hkrati smo ugotovili, da so bili vsi zastavljeni cilji projekta doseženi, zato lahko projekt
ocenimo za pozitivnega.
Rez, ki ga s temi škarjami opravimo, je natančen in ne pušča nobenih drobnih
odpadkov, zaradi česar ni negativnih vplivov na okolje, tako kot na primer pri žaganju in
rezanju s kotnimi brusilkami. Po opravljenem rezu navoj ni poškodovan oz. ni sledi o
nastanku srhov, tako da takojšnje privijanje navojne matice na oba konca odrezane navojne
palice ni oteženo. Popravljanje navoja torej ni potrebno. Na sliki 4.1a je prikazana značilna
površina odrezanega konca navojne palice. Kvaliteta reza je v primerjavi z rezom opravljenim
s kotno brusilko očitna (slika 4.1b).
a) b)
Slika 4.1: Konec navojne palice odrezan s škarjami a) in s kotno brusilko b)
Na odrezani ploskvi (slika 4.1a) lahko opazimo dve večji površini. Gladka (svetlejša)
površina predstavlja področje plastične deformacije oz. tečenja materiala navojne palice. Ko
je med rezanjem dosežena strižna trdnost materiala, pride do loma navoje palice. Lom se
odraža na odrezani ploskvi v obliki nekoliko bolj grobe (temnejše) površine. Velikost gladke
in grobe površine je odvisna od trdnosti materiala oz. trdnostnega razreda navojne palice.
Višji kot je trdnostni razred, večja je groba površina in obratno. Iz tega sledi, da pri rezanju
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 46 -
navojnih palic višjega trdnostnega razreda prihaja hitreje do loma. Posledično je kvaliteta
površine odrezane ploskve slabša.
Testiranje škarij je pokazalo, da je konstrukcija trdnostno ustrezna. To pomeni, da so
materiali in geometrija pravilno določeni. Razlike, ki se pojavijo znotraj konstrukcije pri
rezanju navojnih palic M8, M10 in M12 so velike. Škarje so dimenzioniranje glede na
navojno palico M12 trdnostnega razreda 8.8. Preračuni so pokazali, da bi bilo mogoče s temi
škarjami rezati tudi navojne palice M8 in M10 trdnostnega razreda 10.9, saj so sile pri rezanju
navojnih palic M12 trdnostnega razreda 8.8 še vedno večje. Testi so to kasneje tudi potrdili.
Ker pa je kvaliteta reza omenjenih navojnih palic trdnostnega razreda 10.9 vprašljiva in ker
pri tem obstaja velika možnost poškodb rezil, navodila predpisujejo rezanje navojnih palic
trdnostnega razreda največ 8.8. V tabeli 4.1 so podane vrednosti meritev sile na ročaju ��, ki
jih je potrebno ustvariti za uspešno rezanje navojnih palic različnih premerov in trdnostnih
razredov. Meritve smo opravili s pomočjo senzorja za merjenje sile TENSO 3500.
Tabela 4.1: Vrednosti izmerjenih sil na ročaju cd
Trdnostni razred Navojna palica Izmerjena vrednost [N]
8.8
M8 225,3
M10 364,5
M12 535,4
10.9
M8 310,1
M10 492,2
M12 konstrukcija ni vzdržala
Izmerjena sila �� za navojno palico M12 trdnostnega razreda 8.8 se za malenkost
razlikuje od izračunane vrednosti sile �� v poglavju 3.1, ki znaša 544,5N. Do razlike prihaja
zaradi poenostavljenosti preračuna, nehomogenosti materialov navojnih palic, nenatančnosti
meritve ipd.
Ob primerjavi starega dizajna škarij RIDGID in novega dizajna škarij UNIOR lahko
opazimo naslednje glavne razlike:
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 47 -
• nova izvedba omogoča rezanje treh različnih premerov v nasprotju s staro, ki omogoča
rezanje le enega premera,
• gibalni mehanizem nove izvedbe je enostavnejši,
• naslon nove izvedbe ima večjo naležno ploskev,
• razlika v teži se giblje okrog 1,5 kg v prid izvedbe UNIOR.
Kot sem že navedel, rezila škarij med rezanjem prodirajo skozi material palic. Proces
prodiranja rezil oz. rezanja je prikazan na sliki 4.2.
Slika 4.2: Proces prodiranja rezil skozi material navojne palice
Vsak izdelek običajno skriva konstrukcijske rešitve, ki bi ga ob podobni ceni izboljšale
ali pa ob enaki funkcionalnosti vsaj pocenile. Z določenimi konstrukcijskimi spremembami bi
bilo po mojem mnenju mogoče združiti funkcijo naslona in kratke čeljusti. S tem bi združili
lastnosti dveh sestavnih delov v enega in tako zmanjšali število sestavnih delov škarij, kar bi
ob enaki funkcionalnosti izdelek zagotovo pocenilo. Prihranili bi na količini proizvodnih
procesov, pa tudi na materialu, kar bi se lahko odražalo na teži.
Drugače bi lahko izdelali tudi rezila. Če bi izdelali rezilo, ki bi bilo sestavljeno iz npr.
dveh različnih navojnih rezil (dveh različnih notranjih navojev), bi z enim parom rezil lahko
rezali dva različna premera navojnih palic. Rezila bi jasno bila nekoliko večja, zato bi bila
potrebna tudi korekcija čeljusti oz. drugih sestavnih delo. S to spremembo bi izdelek sicer
podražili, vendar bi bil lahko mnogo bolj funkcionalen.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 48 -
5 SKLEP
S tehnološkega vidika gre pri razvoju škarij za rezanje navojnih palic za srednje zahteven
projekt, ki zahteva tehnologijo preoblikovanja kovin. Projekt je mnogo bolj zahteven, kot
izgleda na prvi pogled. Potrebno je poznavanje širšega področja preoblikovanja kovin, saj so
škarje izdelane z različnimi preoblikovalnimi oz. obdelovalnimi postopki. Priporočljivo je
tesno sodelovanje razvojnega in tehnološkega kadra. Tehnologi lahko namreč s svojimi
izkušnjami mnogo hitreje in učinkoviteje utemeljijo smiselnost uporabe posameznega
proizvodnega postopka.
Z razvojem in izdelavo orodja takšnega tipa se ne srečujemo prav pogosto, zato je
razumljivo, da prihaja do številnih problemov. Največji izziv in hkrati skupek težav je
predstavljal razvoj oz. izdelava rezil. Natančna izdelava rezil pa je bistvena, saj zagotavlja pri
uporabi škarij natančen rez znotraj tolerančnih mej.
Škarje za rezanje navojnih palic spadajo med zelo redko obliko ročnega orodja, ki z
svojo uporabo ne povzroči nobenih nezaželenih učinkov, kot so poškodbe in deformiranje
obdelanega mesta, hkrati pa ne proizvaja nobenih odrezkov oz odpadkov. Škarje so zasnovane
tako, da omogočajo enostavno rokovanje in hiter rez.
Dandanes si je težko predstavljati razvoj novih izdelkov brez uporabe sodobne
programske opreme, ki je namenjena 3D modeliranju in izvajanju raznih računalniških
simulacij. Konstruiranje z uporabo enostavnih 2D programskih paketov ali celo risalnih desk,
je pri današnjem tempu popolnoma nekonkurenčno.
S sodelovanjem na tem projektu sem pridobil mnogo praktičnega znanja s področja
konstruiranja in preoblikovanja materiala. Teoretično znanje, pridobljeno med študijem, je
bilo pri tem dobra osnova.
.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 49 -
SEZNAM UPORABLJENIH VIROV
[1] Balič Jože, Pahole Ivo. Proizvodne tehnologije: učbenik, Maribor: Fakulteta za
strojništvo, 2003.
[2] Dolšak Bojan, Novak Marina. Konstruiranje za proizvodnjo: gradivo za predavanja.
Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2008.
[3] GREENLEE 36587 Threaded Rod Cutter [svetovni splet]. Dostopno na WWW:
http://stores.affordabletool.com/Items/gl-36587?sck=8510&caSKU=gl-
36587&caTitle=GREENLEE%2036587%20Threaded%20Rod%20Cutter [1.8.2010].
[4] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila Jože
Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana : Littera picta, 2003.
[5] Korozija [svetovni splet]. Wikipedija. Dostopno na WWW:
http://sl.wikipedia.org/wiki/Korozija [7.8.2010]
[6] Pehan Stanislav. Metodika konstruiranja: učbenik, Maribor: Fakulteta za strojništvo,
2005.
[7] Prototyp (Technik) [svetovni splet]. Wikipedia. Dostopno na WWW:
http://de.wikipedia.org/wiki/Prototyp_%28Technik%29 [6.8.2010].
[8] Ren Zoran, Glodež Srečko. Strojni elementi I. del: univerzitetni učbenik, Maribor:
Fakulteta za strojništvo, 2003.
[9] Rod Cut Threaded Rod Cutter[svetovni splet]. Toolbank. Dostopno na WWW:
http://www.toolbank.com/p/D9667/EDM0659 [1.8.2010].
[10] Shear Strength of Metals [svetovni splet]. ROYMECH. Dostopno na WWW:
http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Matter/shear_tensile.htm [2.8.2010].
[11] Sheet Metal Cutting (Shearing) [svetovni splet]. CUSTOMPARTNET. Dostopno na
WWW: http://www.custompartnet.com/wu/sheet-metal-shearing [2.8.2010].
[12] Steel dragon tools [svetovni splet]. Dostopno na WWW:
http://www.steeldragontools.com/item-detail.php?pid=98 [1.8.2010].
[13] Threaded Rod Cutter [svetovni splet]. MCC USA INC. Dostopno na WWW:
http://www.mccusainc.com/Tools/Threaded-Rod-Cutter.htm [1.8.2010].
[14] Unior ročno orodje [svetovni splet]. Unior. Dostopno na WWW:
http://www.unior.si/izdelek/skarje-za-rezanje-navojnih-palic-586-6 [1.8.2010].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 50 -
[15] 3D modeling [svetovni splet]. Wikipedia. Dostopno na WWW:
http://en.wikipedia.org/wiki/3D_modeling [6.8.2010].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 51 -
PRILOGE
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 52 -
Priloga 1: Trdnostne lastnosti navojnih palic oz. vijakov in matic pri sobni
temperaturi po SIST EN 20898-1
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 53 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 54 -
Priloga 2: Lastnosti materiala 60WCrV7
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 55 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 56 -
Priloga 3: Lastnosti materiala 42CrMo4
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 57 -
Data Table for: Ferrous Metals: High Grade Steel: 42CrMo4
Mechanical Properties
Quantity Value Unit Young's modulus210000 - 210000MPa Tensile strength 1000 - 1200 MPa Elongation 11 - 11 % Yield strength 550 - 800 MPa
Physical Properties
Quantity Value Unit Thermal expansion 12.3 - 12.3 e-6/K Thermal conductivity 46 - 46 W/m.K Specific heat 500 - 500 J/kg.K Melting temperature 1540 - 1540 °C Density 7830 - 7830 kg/m3 Resistivity 0.25 - 0.25 Ohm.mm2/mElectrochemical potential -0.45 - -0.45V
Environmental Data
Quantity Value Unit Eco indicator 95 4.4 mPt EPS 1340 mELU Ex (in) / Ex (out)
3.63505747126437 MJ/MJ
GER 23.3 MJ Raw materials input
3.16740534771064 kg
Solid 0.0122832 kg Eco indicator 99 0.0874 Pt
Environmental remarks
Environmental data for the production of 1 kg crude steel from SPIN. Transport is added. The coal comes for 65% from Canada, 23% Australia, 12% from the EEC. Iron ore comes for 37% from Brasil, 21% Australia, 31% Europe and the remaining 11% from elsewhere. Lime is imported from Belgium. Metallic alloy elements are assumed to be added in the required percetages. For details on the winning and refining of the elements see [Metallic Elements]. The production and emission data are for 1989.
General
Remarks (Fe rest, C 0.38-0.45, Cr 0.90-1.20, Mo 0.15-0.25, Si 0.17-0.37, Mn 0.50-0.80, S <0.040, P <0.040 (wt.%))
Sample: High Grade Steel
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 58 -
Priloga 4: Mehanske lastnosti železovih litin
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 59 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 60 -
Priloga 5: Lastnosti materiala 46S20
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 61 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 62 -
ŽIVLJENJEPIS
OSEBNI PODATKI
Ime in priimek: Andrej Celcer
Naslov: Markečica 7, 2317 Oplotnica
Rojen: 30.12.1985 v Celju
Državljanstvo: Slovensko
Izobrazba: Strojni tehnik
ŠOLANJE
1992 – 2000 Osnovna šola Pohorskega bataljona Oplotnica
2000 – 2004 Srednja strojna šola Maribor
2004 – 2010 Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo,
Univerzitetni študijski program Strojništvo,
smer: Konstrukterstvo in gradnja strojev.
DELOVNE IZKUŠNJE
Do danes: Sodelovanje na raznih projektih v podjetju
UNIOR d.d. in COMET d.d.