VRTACÍ PŘÍPRAVEK SVOČ – FST 2013 David Maxa, Střední Průmyslová Škola Ostrov, Klínovecká 1197 Ostrov 363 01 ANOTACE Práce popisuje problematiku vrtání tenkostěnných profilů v předepsaných rozestupech 50mm. Popisuje první návrh vrtacího přípravku, výrobu i přípravek samotný, vč. technických parametrů. Práce je rozdělena do 10 kapitol. V první kapitole se dozvíte, jaký byl důvod zhotovení vrtacího přípravku. Druhá kapitola referuje o metodách, které se používaly pro tuto problematiku dříve. Třetí kapitola je o firmě OK-max, která je autorem vrtacího přípravku. Čtvrtá kapitola popisuje konstrukci vrtacího přípravku. V páté kapitole je podrobně popsáno, jak vrtací přípravek funguje. Šestou kapitolou je osvětlen postup, jak se přípravek používá, a v poslední, sedmé kapitole jsou přiblíženy další návrhy tohoto přípravku. Cílem práce je zveřejnění metody vrtání tenkostěnných profilů, jako řešení pro malé firmy s malým obratem a počtem zaměstnanců. Klíčová slova: vrtání, tenkostěnný profil, tyč, stojánky, Lasting, OK-max, stejná vzdálenost děr, vrtání děr, přípravek, jak neorýsovat ANOTACION Diese Arbeit beschreibt die Probleme, Bohren dünner Schnitte in vorgeschriebenen Abständen von 50mm. Beschreibt den ersten Entwurf des Bohr-, Produktions-und Produkt selbst inkl. gesetzl. technischen Parametern. Das Werk ist in 10 Kapitel unterteilt. Im ersten Kapitel erfahren Sie, was war der Grund für jig. Das zweite Kapitel berichtet über die Methoden, die für dieses Thema früher verwendet wurden. Das dritte Kapitel beschäftigt sich mit der Firma OK-max, die der Autor des Bohrers ist. Das vierte Kapitel beschreibt den Aufbau jig. Das fünfte Kapitel beschreibt im Detail, wie langweilig das Produkt funktioniert. Das sechste Kapitel ist, wie das Produkt verwendet wird, und im letzten Kapitel sieben wird weitere Vorschläge für dieses Produkt angenähert leuchtet. Das Ziel der Arbeit ist publizierten Methoden Bohren dünnwandiger Lösung für kleine Unternehmen mit geringem Umsatz und Anzahl der Mitarbeiter. Key words: Bohren, dünnwandige Profile, Rutenhalter, Lasting, OK-max, das gleiche Loch Abstand, Bohrungen ÚVOD Toto téma jsem si zvolil na základě doporučení mého otce Milana Maxy a Ing. Jitky Kaprové. Práci jsem zpracoval proto, že se o strojírenství zajímám 3 roky na střední škole a i dříve mi toto zaměření nebylo cizí, jelikož pocházím ze strojařské rodiny. Rád bych touto prací seznámil i ostatní studenty s touto běžnou problematikou dílenské a malosériové výroby. O tenkostěnných profilech a o vrtacích přípravcích se studenti strojírenství a technického lycea nemají moc šancí dozvědět, a proto díky mým zkušenostem se studenti dozví, jak přípravek funguje, co je to tenkostěnný profil a i jak funguje profesionální malosériová výroba. Jelikož metoda, kdy se jednotlivá čtvercová trubka musela orýsoval, označit důlčíkem a jednotlivě provrtat na stojanové vrtačce, byla zdlouhavá, bylo nutno vymyslet řešení, které by zvýšilo produktivitu práce a zpřesnilo výrobu. Vrtací přípravek poskytuje veškeré výhody, které jsem zmínil.
DŮVOD NÁVRHU VRTACÍHO PŘÍPRAVKU Roku 2009 firma Lasting, která se zabývá výrobou a distribucí kvalitních sportovních ponožek, mimo jiné i funkčním oblečením a sportovními doplňky, požádala firmu OK-Max, zda by mohla navrhnout a vyrobit 40 stojanů se závěsným systémem určených do prodejen po celém světě k distribuci funkčních ponožek. Stojany by měly být zhruba 1200mm vysoké a 800mm. Do jednoho týdne byl zpracován návrh konstrukce stojanů. Čtvercové tyče o rozměrech 25x25 mm bylo nutno nařezat, navrtat, svařit a nakonec nalakovat práškovým lakem. Následně byl vyhotoven první prototyp stojánku, který byl úspěšně odprezentován firmě. Lasting prototyp schválila a hned vznesla požadavek splnit zakázku do 1 měsíce, což znamenalo zhotovit samotné stojany do 14 dnů, neboť dalších 14 dnů trvá lakování. V tomto časovém presu se již narazilo na technologický problém, a sice, že výroba jednoho stojanu byla až příliš zdlouhavá a nezbýval čas na ostatní zakázky firmy OK-max. Hlavní zdržování zakázky způsobovaly primitivní metody označování středů vrtaných děr. Doba příprav před vrtáním touto metodou byla 4 minuty na jednu tyč. To se v celkové zakázce odrazilo na prodlevě dvou a půl hodin. Díry byly i tak velice nepřesné a často docházelo k chybám vinou dělníka, kdy únavou či nepozorností chybně orýsoval tyč, která se chybně navrtala. Většinou tato chyba byla zjištěna po samotném vrtání, čili se musela vzniklá díra zavařit. Při výrobě jednoho kusu je nejlepším řešením středy každé díry označovat zvlášť důlčíkem, ale při malosériové výrobě bylo toto řešení velice pomalé. Nabízelo se řešení nechat díry lisovat, jenomže v té době firma OK-max ještě nevlastnila excentrický lis a pořízení lisu by se nevyplatilo. Pro tyto případy se často v malosériové výrobě používá vrtacích přípravků. A přesně těch bylo použito i teď. METODY, KTERÉ SE POUŽÍVALY DŘÍVE Do roku 2010 se musela každá profilová trubka vzít do ruky, vyskládat na dílenský ponk a zdlouhavě pomocí metru a rýsovací jehly orýsovat na vzdálenosti 30 mm od konce profilové trubky. Po orýsování se každý střed otvoru označil důlčíkem a kladivem. Dále se musel vzít opět metr a rýsovací jehla a orýsovat bod ve vzdálenosti od konce tyče 80 mm, dále 130 mm, 180 mm a tak dále, vždy v 50 mm intervalech. Orýsování jedné tyče trvalo zhruba 4 minuty. Pro celou zakázku se jednalo o zdržení zhruba 5 hodin a 20 minut. To bylo velice nákladné, a proto se zavedlo malé zlepšení. K orýsování se přestala používat rýsovací jehla a metr (který byl také velmi nepřesný) a zavedlo se rýsovací posuvné měřítko 150 mm v hodnotě 790,- bez DPH, které poskytovalo rychlé orýsování s přesností na 1/10 mm. Zdržení na zakázce se tím snížilo na minimum, a sice na 20 minut. Stále však docházelo k občasným nepřesnostem, chybám a zhoršení na kvalitě výrobku. K samotnému vrtání děr se používal běžný vrták průměru 6 mm, jekly se zakládaly do vrtacího svěráku, z důvodů úspory času se jekly do svěráku neupínaly, ale nechávala se jim vůle zhruba 1 mm. Tím byly jekly stabilní a pohodlně se s nimi manipulovalo. Jelikož na svěráku nebyly zakomponované žádné dojezdy pro tuto operaci, musela se tyč pro každou díru náročně nasměrovat tak, aby se vrták strefil do důlku vytvořeného důlčíkem. Tím, že nebyla tyč pevně uchycena ve svěráku, docházelo k vytvoření trojúhelníkové díry, která byla velice nepřesná a měla velké otřepy z vnitřní strany čtvercové trubky, které se nedaly nijak odstranit. Takto se vyvrtaly veškeré označené díry. Následně se vyměnil ve sklíčidle nástroj. Místo vrtáku o průměru 6 mm se upevnil do sklíčidla záhlubník pro zahloubení veškerých dříve vyvrtaných děr. SEZNÁMENÍ S FIRMOU OK-MAX Firma OK-Max je malá mladá firma, založená roku 2008. Firma má 2 zaměstnance, přičemž Milan Maxa - zakladatel firmy, pracuje zároveň jako technolog, konstruktér, stará se i o finanční a účetní stránku firmy a pracuje i jako dělník. Druhý zaměstnanec Bohumil Zajíček pracuje ve firmě jako dělník a hlavně jako svářeč. Oba dva se podíleli na návrhu, na výrobě vrtacího přípravku i na konstrukci a výrobě prodejních stojánků pro firmu Lasting. Firma se zabývá zejména kusovou výrobou na zakázku. Vybavení firmy je oproti velkým firmám, jako je například firma Witte Nejdek nebo Swiss-form Nejdek, poněkud zastaralé, ale neustále se firma OK-max snaží o modernizaci vybavení. Strojní vybavení firmy je jeden hrotový soustruh, dvě stojanové vrtačky, tabulové nůžky, pásová pila, dvě svářečky pro sváření metodou
MAG a svářečku pro sváření metodou WIG. OK-max sídlí v Otovicích, Hroznětínská 69, a zabývá se zámečnickou řemeslnou prací, a to jak v interiéru, tak i v exteriérech. Specializuje se na výrobu plotů, bran a ocelových konstrukcí a na běžné zámečnické práce. Firma vyrobila například i sadu laviček, odpadkových košů a květináčů pro Varyádu obchodního řetězce Interspar v Karlových Varech. Vrtacího přípravku však bylo použito pro výrobu prodejních stojanů na sportovní ponožky firmy Lasting. KONSTRUKCE VRTACÍHO PŘÍPRAVKU Jedná se o sestavu několika ocelových dílů, vyrobených z oceli třídy 11 523, které jsou navzájem sešroubovány, nebo svařeny. Díl číslo jedna (hodní díl) je vyhotoven z ploché tyče o rozměrech 50x100x10 mm. Díl se vyráběl na CNC frézce, kdy se nejdříve vyvrtaly díry v každém rohu dílu. Díry byly vrtány pro závit M6. Poté se na frézce vyměnil nástroj a vyvrtaly se dvě díry o průměru 5 mm, do kterých se později zasunou kolíky pro spojení obou dílů. Následně se vyvrtala díra, která sloužila pro uchycení vrtacího pouzdra. Tato díra byla vyvrtána vrtákem o průměru 12 mm. Následně se vyvrtaly díry pro šroub M4 a pro zajišťovací kolík. Díl číslo dva (boční díl) byl vyhotoven z polotovaru o rozměrech 27x100x10 mm. Do tohoto polotovaru se vyvrtaly dvě díry pro závit M10. Následně se vyvrtaly díry pro závit M6 a díry o průměru 5 mm. Z druhé strany pak díra pro závit M4. Díl číslo tři se vyrábí úplně stejně, avšak je zrcadlově obrácený. Díl číslo tři (spodní díl) byl vyhotoven z polotovaru 50x100x3 mm. Do tohoto dílu byla vyfrézována drážka pro odvod špon při vrtání, o délce 70 mm a šířce 12 mm. Dále se do tohoto dílu vyvrtaly díry pro závit M4. Díl číslo pět (zarážka) byl vyroben z polotovaru o rozměrech 30x50x4 mm. Tomuto polotovaru se pouze srazila jedna hrana o rozměrech 3x30°. Všechny díly se do sebe sešroubovaly tak, jak je uvedeno v dokumentaci. Dále byla vyrobena pružinka pro zajišťovací čep, která byla vyrobena z ploché tyče o rozměrech 35x10x0,5mm. Do tohoto plíšku se na každé straně vyfrézovala drážka o rozměrech 10x5 mm, jak je uvedeno v dokumentaci. A v poslední řadě bylo potřeba vyhotovit vrtací pouzdro. To se soustružilo z polotovaru o rozměrech KR ø12x10. Polotovar byl vyhotoven z materiálu třídy 17 kaleného na 60 HRC. Ten se vysoustružil do rozměrů uvedených v dokumentaci a přivařil se do otvoru v přípravku, určenému pro vrtací pouzdro. Bylo nutno také vyrobit zajišťovací kolík, který není normalizovaný. Výroba byla velice jednoduchá. Z ocelové kulatiny o průměru 10mm se uříznul kolík o délce 40mm. Bylo nutno jej vysoustružit do rozměrů, uvedených v dokumentaci, zaoblit dolní hranu a vyříznout kotoučovou bruskou drážky pro pružinku. A nakonec z těchto předem připravených dílů uděláme sestavu do konečné podoby. Celkové náklady na zhotovení činily cca 7.900,-, což v poměru k ušetřenému času znamená obrovské zlepšení. Navržení vrtacího přípravku trvalo zhruba jeden týden, včetně dokumentace pro výrobu přípravku. Zakázka byla předána profesionálnímu frézaři, Ing. Josefu Zákouckému v Nejdku. Ten do jednoho týdne zhotovil veškeré díly, potřebné pro sestavu vrtacího přípravku. Již po prvním použití přípravku bylo zřejmé, o jak obrovské zlepšení se jedná. Celková úspora času činí až 70%.
JAK VRTACÍ PŘÍPRAVEK FUNGUJE Vrtací přípravek usnadňuje vrtání děr v předepsaných roztečích 50mm, kdy je nutno předvrtat pouze první díru, a následné díry se vyvrtávají pomocí přípravku. K samotnému použití je nutno nejprve předvrtat první díru v tyči. Díra se musí nejprve orýsovat klasickým, již zmíněným zastaralým způsobem. Každá čtvercová tyč ze zakázky se musí vzít do ruky a orýsovat posuvným rýsovacím měřítkem v obou osách. Následně se musí vzít důlčík a označit střed díry. Tato operace při zakázce na 40 stojanů, což je 80 tyčí, trvá zhruba hodinu. Trubky se vyskládají na paletu a přesunou se k vrtacímu oddělení. Zde vezme dělník každou trubku a předvrtá označenou díru vrtákem o průměru 6mm. Pokud se na vrtacím svěráku nastaví doraz, úkon se sníží časově na minimum a výrazně se zvýší produktivita. Tato práce při zakázce 40 stojanů trvá zhruba 2,5 hodiny. Následně je nutno takto vyvrtané díry zahloubit, aby se odstranily otřepy, které by mohly překážet v přípravku a způsobovaly by zasekávání se tyče v přípravku. Následně se ze svěráku pro vrtání odstraní dojezd pro předvrtávání děr a připevní se do něj vrtací přípravek tak, aby otvor vrtacího pouzdra byl v jedné ve stejné ose s osou vrtáku. Dělník zasune tenkostěnný profil do otvoru v přípravku na straně, která je blíže vrtacímu pouzdru. Trubku je nutno zasunout do přípravku tak hluboko, aby se zajišťovací kolík dostal do předem předvrtané díry. Dělník poté trubku zasune zpět tak, aby se kolík pevně zasekl do předvrtané díry a tím zajistil polohu tenkostěnného profilu v přípravku. Následuje operace vrtání díry. Hlavní kouzlo přípravku je v rychlosti. Po vyvrtání jedné díry dělník pouze posune čtvercovou tyč hlouběji do přípravku. Opět se zarazí a dělník může pohodlně vrtat další díru. Pomocí přípravku dokáže dělník vyvrtat 10 děr za minutu a půl. Což bez použití vrtacího přípravku trvá 7 minut. Po dokončení operace vrtání jedné tyče doporučuji vzít kompresor a profouknout otvory vrtacího přípravku, aby se odstranily veškeré otřepy a tím se zabránilo zasekávání trubky v přípravku. Díky drážce vespod vrtacího přípravku otřepy lépe odpadávají a méně se zdržují v přípravku. Přípravkem je možno vrtat tenkostěnné profily jakýchkoli délek. Jak jsem již zmínil, cena vrtacího přípravku činí cca 7.900,-. Když vezmeme cenu 1 hodiny práce dělníka, která činí 350,- a úsporu času použitím vrtacího přípravku 5 hodin, na jedné zakázce ušetříme přibližně 1.750,-. Tato úspora zaplatí vrtací přípravek pouze z 23%. Když ale vezmeme, že fa OK-max takovýchto zakázek měla kolem 30, použitím vrtacího přípravku si fa OK-max vydělala kolem 45.000,-.
BUDOUCÍ ŘEŠENÍ VRTACÍHO PŘÍPRAVKU Před nedávnem mě napadlo inovativní řešení. Nynější řešení považuji za dokonalé pro malosériovou výrobu, ale má jednu nevýhodu. A sice, že se vrtací přípravek dá použít pouze pro vrtání roztečí 50 mm. To je velice nepraktické, protože když by se náhodou objevila jiná zakázka, kde by se musely vrtat díry v jiné rozteči, než je 50 mm, musel by se zhotovovat nový přípravek, což by se odrazilo na konečné ceně výrobku. Proto jsem navrhl řešení, kdy by se pomocí přípravku daly vrtat vždy jen díry o průměru 6 mm, ale přípravek by byl například o 100 mm delší a měl by více vrtacích pouzder v různých roztečích, například 15 mm navzájem vzdálených. Díky tomuto inovativnímu řešení by bylo možno vrtat různé předepsané rozteče. Například 60, 70, 80, 85mm a nebo kombinované rozteče. Jednou 30 mm a podruhé 50 mm. Inovace by se ovšem odrazila i na konečné ceně vrtacího přípravku, neboť je potřeba více materiálu na konstrukci přípravku, ale hlavně více velice kvalitního materiálu na množství vrtacích pouzder.
ZÁVĚR Toto téma pro mě bylo velice atraktivní, neboť se o strojírenství už třetím rokem zajímám a vidím v tomto oboru velikou budoucnost. Návrh vrtacího přípravku jsem si vybral proto, že jsem měl možnost jej vidět v praxi, a dokonce jsem měl možnost s ním osobně pracovat. Podílel jsem se totiž na výrobě stojánků pro firmu Lasting a nedávno jsem jeden ze svých výrobků viděl v prodejně v Brně, v Karlových Varech a v Bratislavě. Ale tyto stojánky se vyváží do celého světa, takže je velice pravděpodobné, že jste se s nimi setkali i vy. Abych mohl napsat tuto práci, musel jsem zdokonalit svůj um modelování v programu Solid Works, neboť jsem musel zhotovit veškerou výkresovou dokumentaci k vrtacímu přípravku, dále jsem se musel naučit, jak se v tomto programu dělají sestavy modelů a výkresy, daleko dříve, než ostatní mí spolužáci. A hlavně bych se v žádném případě neobešel bez znalostí nabytých za tři roky studia na Střední průmyslové škole v Ostrově. Před samotnou prezentací jsem si ovšem z vlastního zájmu přečetl knihu „Tajemství skvělých prezentací Steva Jobse“ od Carmine Galloa. V této knize jsem si nastudoval umění skvělých prezentací, jaké měj Steve Jobs.
Tento příspěvek byl podpořen formou odborné konzultace Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.3.00/35.0048 „Popularizace výzkumu a vývoje ve strojním inženýrství a jeho výsledků (POPULÁR)“.
