RAZVOJ ŠKARIJ ZA REZANJE NAVOJNIH PALIC · brez poškodb navoja in omogo ča takojšne privijanje navojnih matic na navojne palice. V prvem delu je najprej na kratko predstavljen

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.


- 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.


- 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


- 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


- 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.


- 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]


- 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.


- 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]


- 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.


- 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


- 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]


- 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]


- 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.


- 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


- 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


- 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)


- 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]


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


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


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



- 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


- 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


- 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


- 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.


- 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.


- 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).


- 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


- 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)


- 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)


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)


- 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)


- 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)


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)


- 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.


- 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


- 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


- 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


- 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).


- 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.


- 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.


- 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


- 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


- 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


- 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


- 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)


- 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


- 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


- 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.


- 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


- 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:


- 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.


- 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.

.


- 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].


- 50 -

[15] 3D modeling [svetovni splet]. Wikipedia. Dostopno na WWW:

http://en.wikipedia.org/wiki/3D_modeling [6.8.2010].


- 51 -

PRILOGE


- 52 -

Priloga 1: Trdnostne lastnosti navojnih palic oz. vijakov in matic pri sobni

temperaturi po SIST EN 20898-1


- 53 -


- 54 -

Priloga 2: Lastnosti materiala 60WCrV7


- 55 -


- 56 -

Priloga 3: Lastnosti materiala 42CrMo4


- 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


- 58 -

Priloga 4: Mehanske lastnosti železovih litin


- 59 -


- 60 -

Priloga 5: Lastnosti materiala 46S20


- 61 -


- 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.

Documents

RAZVOJ ŠKARIJ ZA REZANJE NAVOJNIH PALIC · brez poškodb navoja in omogo ča takojšne privijanje navojnih matic na navojne palice. V prvem delu je najprej na kratko predstavljen