NÁVRH VRTACÍCH PŘÍPRAVKŮ SVOČ – FST 2014 Lukáš Vítek, Karel Aron, Střední Průmyslová Škola Ostrov, Klínovecká 1197 Ostrov 363 01
ANOTACE Tato práce zpočátku pojednává o součásti jménem přepínač a zabývá se jeho výrobou. V další části práce je popsána konstrukce 3 vrtacích přípravků, které budou sloužit k vyvrtání 3 děr v uvedeném přepínači. Klíčová slova: Vrtací přípravek, přepínač, RENATECHNIK s. r. o. ANNOTATION To start with, this work focuses on a component called “the switch” and its production. Further on, it deals with the construction of three drilling tools that will be used for drilling three holes in the switch. Key words: Drilling tool, switch, RENATECHNIK s. r. o.
Úvod Firmou RENATECHNIK s. r. o. nám bylo zadáno, abychom navrhli vrtací přípravky pro přepínač. Tato firma se zabývá výrobou součástek pro automobilový průmysl a obráběním kovů. V naší Středoškolské Odborné Činnosti se zabýváme návrhem 3 přípravků pro 3 různé vrtané díry v součásti přepínače. Naše přípravky jsou konstruovány pro menší sérii, čím větší je série vyráběných součástí, tím složitější může být přípravek. Cílem práce bylo vyrobit rychle a levně přípravky. Snažili jsme se přemýšlet při konstrukci přípravků hospodárně, což se projevilo výběrem materiálu, a jednoduše, např. při používání rychloupínek.
Obr. 2 - Přepínač
Obr. 1 - Vrtané díry na přepínači
1 Zadání Firmou RENATECHNIK s. r. o., která sídlí v Ostrově, nám bylo zadáno, abychom navrhli 3 vrtací přípravky, které poslouží při výrobě přepínače. Ten by měl být vyroben stojanovými vrtačkami a celková výše zakázky tohoto konkrétního přepínače je 5000 ks. K upnutí vrtacích přípravků poslouží strojní svěrák, popř. matice pro T drážky. Vrtací přípravky jsou potřebné pro dodržení daných tolerancí. K vrtacím přípravkům jsme měli dodat výkresovou dokumentaci a zdůvodnit případné varianty.
2 Přepínač Jde o jednoduchou součást, využitelnou ve více odvětvích. Manuálně se s ním přepínají a uzamykají pozice různého charakteru. Výrobek je vykovaný z materiálu AL MG Si 1- Tato slitina je dobře tvárná, relativně měkká a odolná proti korozi. Má pevnost v měkkém stavu 110 N/ mm², po vytvrzení 300 N/mm². Při tváření se pevnost zvýší až na 420 N/mm². Přepínač je výsledkem zápustkového kování-výkovek, do něhož se vyvrtají 3 díry. Konkrétní výkresová dokumentace je doložena v příloze.
Obr. 3 - Výkovek přepínače
Obr. 2 - Výkovek přepínače
Obr. 5 - Vyvrtaný přepínač
Obr. 6 - Vyvrtaný přepínač
2.1 Výroba přepínače Výkovek přepínače se vyrábí v Německu. Kruhový polotovar daného průměru se nařeže na části, ohřejí se na teplotu zápustkového kování v kontinuálních pecích, na konci pece se obsluhou odeberou a vkládají se do zápustky. Tyto zápustky jsou 2 . Jedná se tedy o postupové zápustkové kování, druhou zápustkou se výkovek-přepínač kalibruje. Vyndá se pomocí vyhazovačů. Výkovek je stále při určité teplotě, dopravuje se krátkým dopravníkem do bedny, kde vychladne na manipulovatelnou teplotu. Zabalí se a dopraví do firmy RENATECHNIK s. r. o., kde se na střižném nástroji vystřihne. Takto zpracovaný výkovek je již připravený na vrtání. Vrtání se provádí ve třech fázích, každá z nich potřebuje vrtací přípravek, který je popsán v práci níže. V této fázi putuje výkovek na eloxování, jedná se o druh chemicko-tepelné povrchové úpravy hliníku, spočívá v tom, že se nanáší vrstva oxidu hliníku na povrch výkovku, která již dále neoxiduje a tím chrání před oxidací i samostatný hliník.
Při montáži se do díry Ø 5,1mm vkládá čep, na který se navleče pružina a podložka. Podložka se zalisuje, to docílíme tím, že použijeme montážní přípravek, který stlačí plochu okolo Ø 6 mm ve tvaru 4 půlměsíců, montážní přípravek máme v úvahu navrhovat příští rok.
3 Vrtací přípravky Používají se pro vrtání jedné nebo více děr v obrobku, kde je potřeba zajistit správnou vzájemnou polohu, kdy odpadá zdlouhavé a nepřesné orýsování obrobku. Použití přípravku a konvenčního stroje lze nahradit vrtáním na obráběcích centrech nebo souřadnicových vrtačkách. Při obrábění bez vrtacího přípravku hrozí větší zmetkovitost způsobená především lidským faktorem a to špatným nebo méně přesným označením místa vrtání. [1] 3.1 Základní desky Slouží k umístění vrtacích pouzder pevných nebo vodících, do kterých jsou vložena pouzdra nástrčná. Dle konstrukce přípravků jsou rozdělovány na přípravky s vrtacími deskami pevnými, sklopnými, snímatelnými, závěsnými nebo zdvihacími. Nejpřesnější jsou desky pevné, ale ne vždy jsou vhodné pro použití s ohledem na vyjímání a vkládání obrobku do přípravku. Z tohoto hlediska jsou více výhodné vrtací desky přišroubované, kde je zajištěný snadný přístup a při opotřebení lze tuto desku lehce vyměnit. [1] 3.2 Vodicí a vrtací pouzdra Vodicí a vrtací pouzdra jsou součástí každého přípravku. Mají za úkol vedení nástroje, tím dodržují požadované přesnosti jednotlivých děr a jejich rozteč. [1]
4 Vrtací přípravek v praxi- Přepínač Technologický postup vrtání přepínače: Nejdříve vyvrtáme průchozí díru o průměru Ø 4,2 mm (červeně označená), která leží v ose vykované díry Ø 10,5 mm, přípravek nazveme vrtací přípravek č. 1. Jako další, průchozí díru Ø 4,5 mm- přípravek nazveme vrtací přípravek č. 2 . Poslední díra je vyvrtána do hloubky daná technickým výkresem – Ø 6,1 a Ø 5,1 mm, tento přípravek nazveme vrtací přípravek č. 3. 4.1 Vrtací přípravek č. 1 Pro tento přípravek, jak již bylo zmíněno, budeme vycházet z technologické základny přepínače, která je vykovaná, a z vykované díry Ø 10,5 mm. Tímto přípravkem budeme vrtat průchozí díru Ø 4,2 mm. Výkresová dokumentace je doložena v příloze.
Obr. 7 - Označení díry Ø 4,2 mm
Vrtací přípravek se skládá z těchto částí: a) Vrtacího pouzdra b) Základní desky c) Šroubu s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem
Obr. 8 - Sestava přípravku č. 1
a) Vrtací pouzdro Vrtací pouzdro je vyrobeno z kruhového polotovaru z oceli 19 312.4. Pouzdro je zakaleno na HRC 58±2. Pozn. : Materiál 19 312 je nejpoužívanější univerzální nástrojová ocel. Vyznačuje se rozměrovou stálostí při tepelném zpracování, odolností vůči opotřebení a pevností 740 MPa. Dosažitelná tvrdost po kalení činí 63 HRC.
Obr. 9 - Vrtací pouzdro
b) Základní deska Základní deska je vyrobena z kruhového mosazného polotovaru. Mosaz se požila především z toho důvodu, že se ve firmě vyskytuje jako zbytkový materiál. Navrhli jsme několik variant řešení této části a nakonec jsme se rozhodli zvolit níže popsanou. Princip se neliší, jediné rozdíly jsou ty tvarové. Tyto různé tvary jsme se pokusili zkombinovat a vyšlo to. Navržené varianty:
Obr. 10 - Varianta č. 2
Obr. 11 - Varianta č. 2
Konečná varianta základní desky: Deska je přizpůsobena k tomu, aby se dala upnout buď do svěráku, a nebo pomocí upínek. Na upínací ploše je vysoustružen zakládací čep. Dále jsme se rozhodovali, jestli na upínací ploše vyvrtáme závit pro šroub nebo díru pro pružný kolík. Zvolili jsme díru pro pružný kolík, protože je jednodušší na výrobu a tudíž levnější. Pozn.: V technické praxi se používají mosazi s obsahem 58 % mědi. Při menším obsahu mědi jsou nepoužitelné pro svou křehkost a tvrdost.
Obr. 12- Konečná varianta základní desky
c) Šroub s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem Šroub s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem použijeme pro ustanovení polohy přepínače, pokud by materiál přepínače kladl odpor proti vrtání, mohl by se přepínač roztočit. Jelikož bude inbus v základní desce, bude sloužit jako zarážka. Předejdeme tak případnému zranění obsluhy stroje. Inbus je normalizovaný a popsaný v kusovníku. Princip přípravku: Přepínač vložíme vykovanou dírou Ø 10,5 mm na vysoustružený výstupek, který je na základní desce vrtacího přípravku. Vrtací pouzdro zasadíme do přepínače a může se vrtat.
4.2 Vrtací přípravek č. 2 Tímto přípravkem vrtáme průchozí díru Ø 4,5 mm (červeně označená) . U tohoto přípravku jsme navrhli rovněž několik variant. První zcela jednoduchá varianta byla navrhnuta jako protiprofil přepínače, ale s tímto návrhem jsme neuspěli. Náš konzultant nám popsal zásadní nevýhody námi vytvořeného návrhu – cena, náročnost výroby. Poradil nám, abychom se zamysleli nad použitím rychloupínek. Nad takovou variantou jsme se
dlouze zamýšleli a nakonec jsme navrhli možnost, o které jsme si mysleli, že by mohla být realizovatelná a to se vyplatilo. Konzultant nám potvrdil naší variantu a my jsme mohli začít vytvářet výrobní dokumentaci. Tolerance jsou určeny normou ISO 2768 m, která je používána u firmy RENATECHNIK s. r. o. Výkresová dokumentace je doložena v příloze.
Obr. 13 - Označení díry Ø 4,5 mm
Vrtací přípravek se skládá z těchto částí:
1) Vrtacího pouzdra- nástrčného 2) Stavěcího šroubu 3) Základní desky 4) Dorazu 5) Kolíků 6) Šestihranné matice 7) Vodorovné rychloupínky 8) Šroubu se šestihrannou hlavou
Obr. 14 - Sestava vrtací přípravku č. 2
1) Vrtací pouzdro: Vrtací pouzdro je zasazeno s minimální vůlí a zajištěno stavěcím šroubem s vnitřním šestihranem M5, kvůli možnosti rychlé a jednoduché výměny při opotřebení. Je vyrobeno z materiálu 19 312. 4 (číslem 4 se podle ČSN značí povrchová úprava-kalení) a zakalené na HRC 58±2
Obr. 15 - Vrtací pouzdro
2) Stavěcí šroub Stavěcí šroub slouží k ustavení polohy vrtacího pouzdra v základní desce. Je normalizovaný- DIN 913/A4.
Obr. 16 - Stavěcí šroub
3) Základní deska Základní deska je vyrobena pro upnutí do svěráku z materiálu 11 373, materiál pro naše účely svou charakteristikou postačí, pro větší série bychom volili materiál s vyšší mezí pevnosti.
Obr. 17- Základní deska
4) Doraz Doraz je vyrobený z materiálu 11 373, je vysoustružený a frézovaný. Nachází se v něm vyvrtaný závit M4. Doraz se tvarově usadí podle výkresu do vyfrézované drážky.
Obr. 18- Doraz
5) Kolíky Kolíky jsou nalisovány v základní desce podle výkresové dokumentace. 6) Šestihranná matice Matice je normalizována podle ČSN 02 1401. 7) Rychloupínka V porovnání s ostatními rychloupínkami jsme dospěli k rychloupínce od německého výrobce NORELEM, která je vodorovná a oproti jiným rychloupínkám nemá tak širokou základnu a má regulovatelný doraz. K základní desce se přišroubuje dvěma šrouby M5 (pevnostní šrouby) s podložkami.
Obr. 19- Rychloupínka
8) Šroub se šestihrannou hlavou Je normalizováný podle ČSN 02 1102. Použit je šroub M4. Princip přípravku: Přepínač nasadíme dírou Ø 4,2 mm na kolík umístěný na základní desce, opře se svou technologickou základnou o základní desku. Budeme vrtat průchozí díru Ø 4,5 mm, která je kolmá na osu přepínače, kolmost dosáhneme tím, že nastavíme doraz, který se bude opírat o bok přepínače. Zajistíme přípravek rychloupínkou a již můžeme vrtat. 4.3 Vrtací přípravek č. 3 Tímto přípravkem vrtáme díru Ø 5,1 a 6,1 mm (červeně označené) tvarovým vrtákem. Po předchozím přípravku nás napadlo použít rychloupínku i zde, přičemž s mírnou obměnou. Tento přípravek jsme navrhli ve dvou variantách. U jedné by se základní deska skládala ze dvou částí a u druhé z jedné části. Rozhodli jsme zvolit dvoudílnou variantu, jelikož u jednodílné bychom museli obrábět více materiálu. S tímto návrhem jsme přišli k našemu konzultantovi a on nám naší úvahu jen potvrdil. Poté jsme sestavili dokumentaci s ostatními detaily – materiál, tolerance. Výkresová dokumentace je doložena v příloze.
Obr. 20- Označení děr Ø 5,1 a 6,1 mm
Přípravek se skládá z těchto částí: 1) Vrtacího pouzdra pevného 2) Základní desky č. 1 a 2 3) Kolíků 4) Šroubu s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem 5) Přímé rychloupínky
1) Vrtacího pouzdra Vrtací pouzdro je navrženo přímo na náš přípravek. Je z materiálu 19 312.4 a zakalené na HRC 58±2. Vrtací pouzdro je nalisováno do základní desky
Obr. 22- Vrtací pouzdro Obr. 21- Sestava vrtacího přípravku č. 3
2) Základní deska 1 a 2 Základní deska je také vyrobena pro upnutí do svěráku. Části základní desky jsou k sobě tvarově zasazeny, a zároveň k sobě přišroubovány dvěma šrouby s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem M6. Oba díly jsou vyrobeny z materiálu 11373. Tolerance jsou určeny normou ISO 2768 m, která je používána u firmy RENATECHNIK s. r. o., a výkresem.
Obr. 23- Zákl. deska 1
Obr. 24 - Zákl. deska 2
3) Kolíky U kolíku není tak důležitá pevnost jako spíš přesnost. Tyto kolíky nám slouží k ustavení přepínače. Na jeden kolík je přepínač nasazený, druhý slouží jako doraz technologické základny. Kolík je z materiálu 11 500. 4)a) Šroub s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem M6 (2x) Třída pevnosti je zvolena 8,8, a to kvůli vybranému materiálu a váze druhé části základní desky (část s vrtacím pouzdrem) . Pevnost v tahu je 800 MPa. b) Šroub s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem M4 (3x) Zvolená třída pevnosti je 5,6 s pevností 500 MPa. Tato třída pevnosti nám stačí, protože šroub pouze upevňuje polohu přepínače v přípravku. 5) Přímá rychloupínka Jako první varianta by mohla být rychloupínka, která je zmíněna výše ve vrtacím přípravku č. 2, tato upínka by nebyla dostatečně tuhá, vrtali bychom do hloubky mimo toleranci a tak bychom tvořili zmetky. Druhá varianta rychloupínky má upínací sílu 250 N, hmotnost 40 g a zdvih 14 mm. Tuto přímou upínku jsme zvolili vzhledem k tomu, že potřebujeme vyšší upínací sílu a poslouží pro kvalitní upnutí polohy přepínače v přípravku. Navíc má upínka doraz, který lze jednoduše nastavit podle potřeby.
Obr. 25- Přímá rychloupínka
Princip Přepínač se dírou Ø 4,2 zasune na kolík, opře se o šroub s maticí- kontramatka, abychom zajistili rovinu, opře se svou technologickou základnou o druhý kolík a rychloupínkou se zajistí. Dále se již může vrtat.
Závěr Naší prací jsme si dokázali, že navrhnout vrtací přípravky není konstrukčně vůbec jednoduché, jelikož jsme museli nastudovat mnoho odborné literatury. My se touto problematikou budeme zabývat až ve 4. ročníku, přesto jsme zvolené téma brali jako obrovskou výzvu dozvědět se již nyní, o dva roky dříve, podrobnosti o této problematice a proniknout do tajů, které nás zajímají. Navrhli jsme 3 vrtací přípravky, které jsou určeny pro menší sérii, pro kterou plně postačí. Snažili jsme se používat normalizované části, abychom vytvořili levné přípravky. Na přípravcích jsme si práci vyzkoušeli, abychom zjistili, že opravdu fungují. Firma s nimi vyrobila zadaných 5000 kusů přepínačů a zákazník byl s produkty spokojen. Firmě RENATECHNIK s. r. o. poté přišla zakázka na 100 000 kusů přepínačů, tato série se již bude vyrábět na třívřetenovém poloautomatizovaném CNC stroji.
Dodatky Seznam použitých zdrojů - Text
Strojnické tabulky pro SPŠ strojnické, Pavel Vávra a Kol.
[1] ADAM, Jan. TECHNOLOGIE VRTÁNÍ A VRTACÍ PŘÍPRAVKY. Brno, 2013. Dostupné z: https://dspace.vutbr.cz/bitstream/handle/11012/20226/BP_JanAdam_2013.pdf?sequence=1. Bakalářská práce.
Seznam použitých zdrojů - Obrázky Obrázek 25: JCMETAL [online]. [cit. 2014-03-07]. Dostupné z: http://jcmetal.cz/2-produkty/1-rychloupinkyry-up/4-prime-upinky.html Obrázek 19: NORELEM. [online]. [cit. 2014-03-07]. Dostupné z: http://www.norelem.de/App/WebObjects/XSeMIPSNORELEMDE.woa/cms/page/locale.deAI/pid.7.11.1034.2 12/agid.3167.12898.3192/ecm.ag/Schnellspanner-horizontal-%07mit-waagrechtem-Fu%C3%9F.html Obrázky 1-18 a 20-24: CAD Solid Works; autor: Lukáš Vítek, Karel Aron Výkresy součástí:
Výkovek přepínače
