Střední průmyslová škola Frýdek-Místek, příspěvková organizace NÁVRH A VÝROBA SVÍTIDLA TAŽENÍM ZA STUDENA 2008/2009 Dovolte abychom se představili a v této krátké prezentaci předvedli svou práci na téma návrh a výroba svítidla tažením za studena. Našim úkolem bylo navrhnout moderní, kovové, žárovkové, nástěnné svítidlo, určené pro osvětlení interiéru. Stínítko a podstavec jsme měli zhotovit tažením za studena z hlubokotažné oceli 11 300. Střední průmyslová škola Frýdek-Místek, příspěvková organizace Autoři: Jan Richter, Vojtěch Bojko, Kamil Sikora Vedoucí projektu: Ing. Jana Janálová

POSTUP ŘEŠENÍ - PŘÍPRAVA VÝROBY Navrhneme konstrukci a design svítidla. Nakreslíme výrobní výkresy výtažků (stínítka a podstavce) Určíme průměry přístřihů (polotovarů) výtažků. Určíme počet tahů dle hodnoty součinitele odstupňování tahů. Stanovíme průměry výtažků pro jednotlivé tahy. Rozhodneme o nutnosti využití přidržovače při tažení. Stanovíme rozměry činných částí nástroje pro jednotlivé tahy. Navrhneme stroj pro tažení výtažků dle hodnoty celkové tažné síly. Navrhneme typ a konstrukci nástrojů, pro jednotlivé tahy. Součásti návrhu je potřebná výkresová dokumentace (výkresy sestavení a výrobní výkresy částí nástroje).

NÁVRH DISIGNU A CELKOVÉ KONSTRUKCE SVÍTIDLA Řešíme celkovou konstrukci a design. Navrhujeme rozměry a tvar výtažků s ohledem na správnou funkci, technologii výroby, design výrobku a cenovou dostupnost. Stínítko s podstavcem je spojeno pomocí flexibilního ramene. Připojení je provedeno pomocí závitů. Flexibilním ramenem bude vedena elektroinstalace. Ohebné rameno rovněž umožní polohování stínítka. V podstavci bude umístěn spínač se šňůrou. Ke stínítku bude připojena pomocí šroubu a matice objímka s úspornou žárovkou. Svítidlo bude připevněno ke stěně pomocí dvou vrutů.

NÁVRH VÝTAŽKŮ Podstavec a stínítko svítidla jsou navrženy dle klasických trendů. Podstavec a svítidlo jsou navrženy v klasickém stylu, ale s moderní, efektní povrchovou úpravou. Stínítko i podstavec svítidla budou vyrobeny tažením za studena z hlubokotažné oceli 11 300. Na základě zhotoveného výkresu svítidla jsme nakreslili výrobní výkresy obou výtažků. Ve dně stínítka jsme navrhli otvor pro odvod tepla, který bude vyděrován v poslední operaci, kdy provedeme také rozšíření horní části. Zbývající otvory ve stínítku budou odvrtány po vytažení výtažku. Navrhli jsme povrchovou úpravu výtažku – dekorativní chromování.

POČETNÍ ŘEŠENÍ PRŮMĚRU PŘÍSTŘIHU STÍNÍTKA DLE GULDINOVY VĚTY Stanovení plochy výtažku dle Guldinovy věty : úsek Fi xi li 1.úsek 30,41N 40,5mm 30,41mm 2.úsek 70N 38mm 70mm 3.úsek 12,57N 35,09mm 12,57mm 4.úsek 30N 15mm 30mm Fv = 142,98N L = 142,98mm Plochu rotačního výtažku vypočítáme pomocí Guldinovy věty. Při výpočtu jsme vycházeli z grafického schématu, kde jsme tvořící křivku rozdělili na jednotlivé úseky. V těžišti každého úseku jsme nechali působit sílu. Velikost síly vždy odpovídá velikosti daného úseku. Určili jsme velikost výslednice soustavy vzájemně rovnoběžných sil. Polohu těžišť úseků pomocí x-ových souřadnic. Fi- síla působící v těžišti úseku xi- vzdálenost těžiště od osy rotace li- délka úseku

URČENÍ PRŮMĚRU PŘÍSTŘIHU PRO VÝROBU STÍNÍTKA – početní řešení Průměr přístřihu [mm] Délka tvořící křivky [mm] Výchozím podkladem pro návrh polotovaru je zhotovený výrobní výkres stínítka. Pro rotační tvar výtažku má přístřih kruhový tvar. Výsledný vztah pro výpočet průměru přístřihu byl odvozen z rovnosti ploch při tažení.( Sp=Svýt) Vzhledem k tvaru stínítka jsme stanovili plochu výtažku dle Guldinovy věty, kdy plochu rotačního výtažku vypočítáme jako součin délky tvořící křivky a dráhy jejího těžiště při její rotaci. Vzdálenost těžiště tvořící křivky od osy rotace rt jsme určili z momentové věty. (Moment výslednice soustavy vzájemně rovnoběžných sil k danému bodu je roven algebraickému součtu momentů sil vzhledem k témuž bodu). Vypočítaný průměr přístřihu jsme zvětšili o 6% (po 1. tahu o3% po každém dalším tahu o 1%) z důvodu anizotropie plechu ( vzhledem k směru válcování – různé mech. vlastnosti plechu v různých- vznik cípatosti okrajů výtažku). Vzdálenost těžiště tvořící křivky od osy rotace [mm]

URČENÍ PRŮMĚRU POLOTOVARU (PŘÍSTŘIHU) Grafické řešení Guldinova věta : „Plocha rotačního tělesa, vytvořeného otáčením rovinné křivky délky L kolem osy rotace, se rovná součinu délky křivky a dráhy jejího těžiště při rotaci „ Zvolíme měřítko délek a sil. Určíme polohu výslednice soustavy rovnoběžných sil (pomocí silového a vláknového obrazce) jako vzdálenost těžiště tvořící křivky od osy rotace Rt a tu vyneseme 2x z počátečního bodu silového obrazce. Najdeme střed kruhového oblouku, nakreslíme kruhový oblouk. Poloměr přístřihu odměříme na kolmici sestrojené v počátečním bodu silového obrazce. Pomocí graf. řešení jsme si ověřili, že výpočet průměru přístřihu jsme provedli správně.

STANOVENÍ SOUČINITELE ODSTUPŇOVÁNÍ TAHŮ A ROZMĚRŮ VÝTAŽKU PO JEDNOTLIVÝCH TAZÍCH Součinitel odstupňování tahů Počet tahů je dán počtem součinitelů v součinu Mn – součinitel odstupňování tahů dn – průměr výtažku n – číslo tahu hn – výška výtažku Součinitel odstupňování tahů Mc<0,55 – výtažek zhotovíme postupným tažením na více tahů. Pro s/Dp určíme z tab. hodnoty součinitelů pro další tahy (M1,M2,M3). Počet tahů stanovíme jako počet součinitelů v součinu – výtažek vyrobíme na 3 tahy. Ve 4. tahu pouze rozšíříme horní část stínítka a vyděrujeme otvor ve dně. Výšky výtažků si vyjádříme z rovnosti ploch při tažení. Budou sloužit pro určení potřebného zdvihu tažníku. 1.tah 2.tah 3.tah dn [mm] 117 92 76 hn [mm] 63,2 94,6 123,3 Mn 0,56 0,78 0,8

URČENÍ NUTNOSTI POUŽITÍ PŘIDRŽOVAČE Přidržovač brání vzniku přeložek a zvrásnění při tažení. V případě vzniku přeložek, neprojde materiál tažnou mezerou a může dojít k přetržení výtažku. Provedeme výpočet dle ČSN 22 7301. Přidržovač je nutno použít v prvním tahu v případě, že platí : Z – materiálová konstanta, která má pro ocelový hlubokotažný plech hodnotu 1,9 s – tloušťka plechu (mm) Dp – průměr přístřihu (mm) Výpočet hodnoty součinitele Na základě provedeného výpočtu jsme zjistili, že při tažení daného výtažku bude nutné použít přidržovače. Nebezpečí vzniku přeložek (vln při tažení)je větší především u tenkých plechů při nižších hodnotách součinitelů odstupňování tahů. Při použití přidržovače je plech přitlačován k vrchní části tažnice. V 1. tahu má přidržovač tvar prstence a styčná plocha je rovinná. V dalších tazích je styčná plocha přidržovače skloněna pod úhlem 45. Volíme tlak přidržovače 1,8MPa. Obr. vlevo tvorba vln. Obr. vpravo trhliny , zvlnění okrajů. Při tažení bude nutno použít přidržovače

POSTUP VÝROBY STÍNÍTKA Stínítko bude zhotoveno tažením na čtyři tahy. Ve čtvrtém tahu provedeme pouze rozšíření horní části stínítka a vyděrování otvoru. Při tažení bude nutné použít přidržovače. Tažení budeme provádět na tažném dvojčinném klikovém lise. Na tažném vnitřním beranu je upevněn tažník, na vnějším beranu je upnut přidržovač. Nejprve dosedne přidržovač a potom se pohybuje směrem dolů tažník. Ustředění výtažku provedeme pomocí středících kroužků. Při pohybu tažníku směrem nahoru dojde k setření výtažku z tažníku. Výtažek propadá spodní částí nástroje. 1.tah 2.tah 3.tah Rozšiřování a děrování 4.tah

VÝPOČET ROZMĚRŮ ČINNÝCH ČÁSTÍ TAŽIDLA 1.TAHU s (t)- tloušťka plechu (mm) Průměr tažníku Průměr tažnice Tažná mezera Poloměr zaoblení tažníku Poloměr zaoblení tažnice Rozměry činných částí v mm Provedli jsme výpočet činných částí nástroje pro 1.tah. Průměr tažníku bude odpovídat průměru výtažku po prvním tahu. Průměr otvoru v tažnici vypočítáme tak, že k průměru tažníku přičteme 2 krát tažnou mezeru. Mezi tažníkem a tažnicí musí být tažná mezer, aby se měl materiál kde přemísťovat. Tažnou mezeru vypočítáme z tloušťky plechu. U prvního tahu volíme větší. Musíme rovněž navrhnout zaoblení hran činných částí nástroje (tažníku a tažnice). dt1 dce1 tm1 rt1 rce1 117 119,4 1,2 4 8

1.TAH KONSTRUKCE NÁSTROJE 1-zákl. těleso 2-tažnice 3-těleso přidržovače 4-tažník 5-přidržovač 6-upínací kroužek 7-zakládací kroužek 8-šroub 9-šroub Přístřih vložíme do otvoru v zakládacím kroužku, kde bude ustředěn pro tažení . Přidržovač dosedne na přístřih. Po jeho dosednutí se pohybuje tažník směrem dolů.Ve spodní poloze nástroje se výtažek nachází pod dolní hranou tažnice, tak aby při zpětném pohybu tažníku byl setřen o ostrou hranu tažnice a propadl otvorem ve spodní částí nástroje.U tažidla pro 1.tah bude mít přidržovač tvar prstence. Zákl. těleso – k upevnění spodní části k stolu lisu, tažník- odvrtán pro odvod vzduchu mezi plechem a tažníkem, zakládací kroužek pro ustředění přístřihu při tažení, těleso přidržovače – odlitek z šedé litiny.

VÝPOČET ROZMĚRŮ ČINNÝCH ČÁSTÍ TAŽIDLA 2.TAHU s (t)- tloušťka plechu (mm) Průměr tažníku Průměr tažnice Tažná mezera Poloměr zaoblení tažníku Poloměr zaoblení tažnice Rozměry činných částí v mm Rozměry činných částí nástroje vypočítáme obdobným způsobem. dt2 dce2 tm2 Rt2 Rce2 92 94,4 1,2 4 6

2.TAH KONSTRUKCE NÁSTROJE 1-zákl. těleso 2-tažnice 3-zakládací kroužek 4-přidržovač 5-tažník 6-těleso přidržovače 7-šroub 8-šroub U tažidla pro 2. tah jsme zvolili jiný tvar přidržovače. Styčná plocha přidržovače s plechem bude skloněna pod úhlem 45°. U dalších tahů pro snížení odporu plechu proti vtahování je přidržovací plocha kuželová. Základové těleso bude zhotoveno z šedé litiny odléváním. Výtažek zhotovený v prvém tahu vložíme do zakládacího kroužku. Po dosednutí přidržovače se bude pohybovat tažník směrem dolů. Při zpětném pohybu tažníku setřeme výtažek z tažníku o spodní ostrou hranu tažnice. Výtažek propadne otvorem ve spodní částí nástroje.

VÝPOČET ROZMĚRŮ ČINNÝCH ČÁSTÍ TAŽIDLA 3.TAHU Průměr tažníku Průměr tažnice Tažná mezera Poloměr zaoblení tažníku (odpovídá zaoblení dna nádoby) Poloměr zaoblení tažnice Následně vypočítáme rozměry činných částí nástroje pro třetí tah. Rozměry činných částí v mm dt3 dce3 tm2 Rt3 Rce3 76 78,2 1,1 8 6

3.TAH KONSTRUKCE NÁSTROJE 1-zákl. těleso 2-tažnice 3-zakládací kroužek 4-přidržovač 5-těleso přidržovače 6-tažník 7-šroub 8-upínací kroužek 9-šroub 10- šroub Tažidlo pro třetí tah má stejnou konstrukci přidržovače jako v druhém tahu. Postup tažení volíme stejný. Výtažek se při tažení dostane pod ostrou hranu tažnice, o kterou bude při zpětném pohybu tažníku setřen. Z výkresů určíme vždy potřebný zdvih tažného beranu, na kterém je upnut tažník.

VÝPOČET ROZMĚRŮ ČINNÝCH ČÁSTÍ TAŽIDLA 4.TAHU- ROZŠIŘOVÁNÍ Větší průměr tažníku Menší průměr tažníku Tažná mezera Větší průměr tažnice Menší průměr tažnice Rozměry činných částí v mm dt4 dt4´ tm4 dce4 dce4´ 86 76 1,1 88,2 78,2

VÝPOČET ROZMĚRŮ ČINNÝCH ČÁSTÍ NÁSTROJE 4.TAHU- STŘÍHÁNÍ Tolerance rozměrů Průměr vyděrovaného otvoru Průměr děrovacího střižníku Průměr otvoru ve střižnici (tažníku) Střižná vůle Pevnost ve střihu Pevnost v tahu Střižná plocha Střižná síla 30 30,1 0,1 36 267,4

4.TAH ROZŠIŘOVÁNÍ DĚROVÁNÍ 1-zákl. těleso 2-tažnice 3-tažník 4-střižník 5-vyhazovač 6-šroub Pro 4.tah jsme navrhli sdružený nástroj, kde nejprve rozšíříme horní část stínítka a následně vyděruje otvor ve dně stínítka pro odvod tepla. Po vyděrování otvoru se vyhazovač, který je součástí střižníku pohybuje směrem nahoru a umožní tak vyjmutí výtažku z otvoru v tažnici.

KINEMATIKA TAŽENÍ PLECHŮ

VÝROBA PODSTAVCE TAŽENÍM 1. Určení průměru přístřihu. Průměr zvětšíme vzhledem k anizotropii plechu o 3%. 2. Vypočítáme součinitel odstupňování tahů Dle hodnoty součinitele jsme zjistili, že výtažek zhotovíme v jednom tahu 3. Určíme nutnost použití přidržovače Bude nutno použít přidržovače. 4. Stanovíme rozměry činných částí nástroje 5. Vypočítáme velikost celkové tažné síly

VÝPOČET ROZMĚRŮ ČINNÝCH ČÁSTÍ TAŽIDLA PRO VÝROBU PODSTAVCE Průměr tažníku Průměr tažnice Tažná mezera Poloměr zaoblení tažnice Poloměr zaoblení tažníku Rozměry činných částí v mm dt dce tm Rce 108 111,6 1,8 9

VÝPOČET TAŽNÝCH SIL DLE VELIKOSTI NEJVĚTŠÍ TAŽNÉ SÍLY MŮŽEME STANOVIT PARAMETRY TAŽNÉHO DVOUČINNÉHO KLIKOVÉHO LISU n Ftn Sn Fpn Fcn 1.Tah 131 240N 19 581,6mm² 35 245N 166 485N 2.Tah 89 829N 1 859,9mm² 3 348N 93 177N 3.Tah 70 673N 1 079,4mm² 1 943N 72 616N 4.Tah 94 154N - Tah podstavce 99 803N 3 780mm² 6 804N 106 607N Ftn - tažná síla Sn - styčná plocha přidržovače Fpn - síla přidržovače Fcn - celková tažná síla p - tlak přidržovače

VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE 1.TAH

VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE 2.TAH

VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE 3.TAH

VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE 4.TAH

Autoři: Jan Richter, Vojtěch Bojko, Kamil Sikora DĚKUJEME ZA POZORNOST Autoři: Jan Richter, Vojtěch Bojko, Kamil Sikora