KKoonnssttrruuiirraannjjee zzaa pprrooiizzvvooddnnjjoo ggrraaddiivvoo zzaa pprreeddaavvaannjjaa

Dr. Bojan DOLŠAK Izredni profesor na Fakulteti za strojništvo Univerze v Mariboru

Dr. Marina NOVAK Višja predavateljica na Fakulteti za strojništvo Univerze v Mariboru

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Univerzitetna knjižnica Maribor 621-11:004(075.8) DOLŠAK, Bojan

Konstruiranje za proizvodnjo : gradivo za predavanja / Bojan Dolšak, Marina Novak. - Maribor : Fakulteta za strojništvo, 2008 ISBN 978-86-435-0755-1 1. Novak, Marina, 1959- COBISS.SI-ID 61650177

9 7 8 8 6 4 3 5 0 7 5 5 1 Naslov: Konstruiranje za proizvodnjo – gradivo za predavanja Ključne besede: razvoj izdelkov, konstruiranje, proizvodnja, računalniške simulacije,

izdelava prototipov, značilnosti, tolerance, montaža, sestava, recikliranje, umetne mase, smernice

Vrsta publikacije: zapiski predavanj Avtorja: izr. prof. dr. Bojan Dolšak, univ. dipl. inž. str. dr. Marina Novak, univ. dipl. inž. str. Strokovni recenzent: izr. prof. dr. Milenko Obad, dipl. inž. str. Računalniško oblikovanje platnice: Jasmin Kaljun, univ. dipl. inž. str. Računalniško oblikovanje teksta in slik: avtorja Obseg: 146 strani Naklada: 100 izvodov (1. ponatis) Izdala: Fakulteta za strojništvo, Univerza v Mariboru, 2008 Natisnila: Založniška tiskarska dejavnost Tehniških fakultet Maribor Avtorske pravice pridržane! Gradiva iz te publikacije ni dovoljeno kopirati, prevajati ali drugače razmnoževati brez predhodnega pisnega dovoljenja avtorjev.

ii 

PPrreeddggoovvoorr Konstruiranje je zelo zahtevna intelektualna aktivnost, usmerjena v zadovoljevanje človeških potreb po novih proizvodih! Hkrati z naraščajočimi konkurenčnimi zahtevami po vedno boljših in cenovno ugodnejših proizvodih, katerih razvoj mora biti časovno čim krajši, postaja sočasno delo konstrukterjev v projektnih skupinah vse bolj zahtevno in odgovorno, njihova vloga pa vse bolj pomembna. Danes je konstrukter ustvarjalec, katerega ustvarjalni prostor omejujejo tržno-ekonomskimi pogoji in tehnično-tehnološka stopnja. Imeti mora široko strokovno znanje, biti mora kreativen in inovativen, sposoben logičnega razmišljanja in abstrakcije, komunikativen in pripravljen na delo v skupini, vztrajen, preudaren in odločen, ter nenazadnje tudi računalniško pismen na nivoju prostorskega modeliranja izdelkov.

Konstruiranje že dolgo ni več usmerjeno predvsem in zgolj v zagotavljanje funkcije, saj morajo konstrukterji pri razvoju novih izdelkov upoštevati še kopico drugih vplivnih parametrov, kot so stroškovna primernost, proizvodnost, primernost za montažo oz. sestavo, vpliv na okolje, zanesljivost, vzdržljivost, vzdrževalnost, ipd. Pričujoče študijsko gradivo podaja smernice in priporočila, za ustrezno obvladovanje nekaterih najpomembnejših zgoraj naštetih dejavnikov.

Študijsko gradivo “Konstruiranje za proizvodnjo” je namenjeno predvsem študentom višjih letnikov študija strojništva na smeri konstrukterstvo, ki se pri istoimenskem predmetu, pa tudi pri nekaterih drugih strokovnih predmetih, srečujejo z dilemami razvoja novih izdelkov. Gradivo je zasnovano kot dopolnilni pripomoček za spremljanje predavanj, saj študentom omogoča bolj sproščeno, zbrano in aktivno poslušanje predavanj, pri čemer jim ni potrebno tvoriti zapiskov in prerisovati slikovnega gradiva, temveč si lahko obstoječe zapiske v tem gradivu le dopolnjujejo.

Gradivo obsega devet poglavij. Predstavitvi osnovnih pojmov konstruiranja sledi uvod v konstruiranje za proizvodnjo, katerega namen je predvsem čimbolj argumentirano predstaviti dejstvo, da konstrukter z obliko proizvoda, izbranim materialom, predpisanimi tolerancami mer in kvaliteto površine odločilno vpliva na način in ceno njegove proizvodnje. Tolerance mer, oblike in položaja so v tretjem poglavju še nekoliko podrobneje predstavljene. Četrto poglavje je namenjeno predstavitvi računalniško integrirane proizvodnje, od računalniško krmiljene proizvodnje, do hitrega razvoja prototipov na osnovi računalniških prostorskih modelov. Na uporabo računalniških tehnologij pri konstruiranju se nanaša tudi vsebina petega poglavja, kjer je predstavljeno konstruiranje z značilnostmi, ki v veliki meri izključuje človeško interpretacijo delavniških risb, kot enega največjih izvorov napak v proizvodnji. V šestem in sedmem poglavju so predstavljene povsem konkretne smernice, ki jih velja upoštevati pri konstruiranju izdelkov za dosego čim ugodnejše proizvodnosti in montaže oz. sestave. Sledi poglavje s priporočili za konstruiranje okolju prijaznih izdelkov, saj se varovanje naravnega okolja začne že v fazi konstruiranja, ko moramo predvideti vse faze življenjskega cikla določenega izdelka, od testiranja prototipa do izločitve odsluženega izdelka iz uporabe in njegove razgradnje. Zadnje, deveto poglavje je namenjeno predstavitvi najpomembnejših posebnosti konstruiranja izdelkov iz umetnih mas, ki na mnogih področjih že močno izpodrivajo tradicionalne materiale, kot so jeklo, barvne kovine, les, ipd.

iii 

Obravnava tematskih sklopov je naravnana tako, da lahko snov razumejo študenti, ki so že seznanjeni z osnovami konstruiranja, konstrukcijskimi gradivi, tehnično dokumentacijo in računalniško podprtim konstruiranjem. Namen pričujočega gradiva je predvsem seznanitev z osnovnimi pojmi, medtem ko je za poglobljen študij na koncu gradiva podan obširnejši spisek aktualne strokovne literature s tega področja.

Dragi študenti! Upava, da vam bo to gradivo koristen pripomoček za aktivno spremljanje predavanj in pripravo na izpit. Pridobljeno znanje boste namreč v praksi zagotovo potrebovali, saj so obravnavane teme neizbežna realnost modernega konstruiranja in razvoja novih proizvodov.

Maribor, januar 2006 Avtorja

iv 

KKaazzaalloo 1 Konstruiranje :: predstavitev osnovnih pojmov >>> 1

Konstruiranje je zelo zahtevna intelektualna aktivnost, usmerjena v zadovoljevanje človeških potreb po novih proizvodih!

2 Konstruiranje za proizvodnjo :: uvod >>> 17

Konstrukter z obliko proizvoda, izbranim materialom, predpisanimi tolerancami mer in kvaliteto površine odločilno vpliva na način in ceno njegove proizvodnje!

3 Tolerance :: predstavitev osnovnih pojmov >>> 31

Popolne natančnosti ni mogoče doseči z nobenim obdelovalnim postopkom, zato mora konstrukter predpisati dovoljena odstopanja!

4 Računalniško integrirana proizvodnja :: od ideje – do izdelka >>> 43 Konstruiranje v okolju prostorskega modelirnika omogoča pripravo podatkov za računalniško krmiljeno proizvodnjo (CAD / CAM > CIM)!

5 Konstruiranje z značilnostmi :: proizvodnja temelji na značilnostih >>> 57

Uporaba značilnosti pri konstruiranju v veliki meri izključuje človeško interpretacijo delavniških risb, kot enega največjih izvorov napak v proizvodnji.

6 Konstruiranje za proizvodnjo :: smernice >>> 69

Izdelek mora biti konstruiran v skladu s smernicami za predviden proizvodni postopek! 7 Konstruiranje za montažo oz. sestavo :: smernice >>> 85

Konstrukter mora predvideti način montaže oz. sestave izdelka, ki naj bo čim bolj enostaven, hiter in nedvoumen!

8 Konstruiranje okolju prijaznih izdelkov :: priporočila >>> 103

Varovanje naravnega okolja se začne že v fazi konstruiranja, ko moramo predvideti vse faze življenjskega cikla izdelkov!

9 Konstruiranje izdelkov iz umetnih mas :: osnovne smernice >>> 117

Okoli 15.000 različnih umetnih mas razvrščenih v nekaj deset družin s specifičnimi lastnostmi nudi konstrukterjem več možnosti, kot vsi ostali materiali skupaj!

Viri >>> 139

v 

Univerza v MariboruFakulteta za strojništvo

Laboratorij za inteligentne CAD sisteme

KonstruiranjeKonstruiranjeza proizvodnjoza proizvodnjo

Smernice

Izdelek mora biti konstruiranv skladu s smernicami

za predviden proizvodni postopek!

VsebinaVsebina

Umestitev konstruiranja za montažo v proces konstruiranja in življenjski cikel izdelka

Proizvodni vidiki konstruiranja

Odrezovanje – smernice za konstruiranje

Ulivanje / brizganje – smernice za konstruiranje

Kovanje / stiskanje – smernice za konstruiranje

Sintranje – smernice za konstruiranje

Upogibanje profilov – smernice za konstruiranje

Upogibanje pločevine – smernice za konstruiranje

Izrezovanje / izsekovanje – smernice za konstruiranje

Varjenje – smernice za konstruiranje

Povzetek

Vprašanja za utrjevanje snovi

69

Konstruiranje za proizvodnjo

UmestitevUmestitevDfMDfM –– Design Design forfor ManufactureManufacture / Konstruiranje za proizvodnjo/ Konstruiranje za proizvodnjo

Konstruiranje za okolje

Konstruiranje za vzdržljivost

Izdelava fizičnih

prototipov

Konstruiranje za servis

Analiza možnih napak

in odpovedi

Konstruiranje za proizvodnjo

Konstruiranje za montažo

Analiza možnih napak

in odpovedi

Matematično in empirično modeliranje

Izločitev iz uporabe

Vzdrževanje in servis

Izdelava in montaža

Nabava komponent

Funkcijska analiza

Osnutki modulov

Zasnova izdelka

Konstruiranje orodja

Proces razvoja izdelka (čas)

Živl

jenj

ska

doba

izde

lka

(čas

)

Proizvodni vidiki konstruiranjaProizvodni vidiki konstruiranjaVsak proizvodni postopek ima določene zakonitosti

Če jih konstrukter ne upošteva, se lahko zgodi, daizdelka ni mogoče izdelati, ali paje njegova proizvodnja predraga!

Sledijo konstrukcijske smernice za nekaj najpomembnejših proizvodnih postopkov:

odrezovanjeulivanje / brizganjekovanje / stiskanjesintranjeupogibanje profilov in pločevineizrezovanjevarjenje

Neupoštevanje Neupoštevanje smernicsmernic

kasnejšekasnejšepopravljanjepopravljanjekonstrukcije!konstrukcije!

71

Konstruiranje za proizvodnjo

OdrezovanjeOdrezovanjeSmernice za konstruiranje Smernice za konstruiranje –– nadaljevanjenadaljevanje

Nastavki za prijemala velikokrat nimajo nobene druge funkcije, kot le zagotovitev ustreznega vpetja!

Sesalni kolektor iz aluminijeve zlitine pododatni obdelavi z odrezovanjem.

Vpenjalna priprava

Nastavka za prijemala

Nastavka za prijemala

Prijemalna ročica

Naslon Centrirnaprizma

Ulivanje / brizganjeUlivanje / brizganjeSmernice za konstruiranjeSmernice za konstruiranje

Izogibanje lunkerjem in zaostalim napetostimenakomerna debelina sten postopne spremembe debeline, kjer je to potrebno

slabo boljeslabo

bolje

najbolje

dobro

slabo

Potencialnakritična mesta

Lunker

3t min

t

75

Konstruiranje za proizvodnjo

VVpprraaššaannjjaa zzaa uuttrrjjeevvaannjjee ssnnoovvii

Navedite obe možni posledici neupoštevanja konstrukcijskih smernic za izbrani proizvodni postopek!

Navedite različne smernice za konstruiranje izdelkov, ki bodo izdelani z odrezovanjem!

Na sliki je prikazana konstrukcija, ki jo je zelo težko izdelati z odrezovanjem! Narišite izboljšano konstrukcijo za izbran proizvodni postopek - odrezovanje!

Navedite različne smernice za konstruiranje ulitkov!

Na sliki je prikazana neustrezna konstrukcija ulitka, katere posledica so lunkerji! Narišite izboljšano konstrukcijo!

Kako je potrebno oblikovati lita kolesa, da minimiziramo zaostale napetosti, ki so posledica ohlajevanja po litju?

Navedite različne smernice za konstruiranje izdelkov, ki bodo izdelani s kovanjem!

Navedite mejna razmerja mer, ki jih moramo upoštevati pri konstruiranju sintranih izdelkov!

Kakšne tolerančne stopnje lahko dosežemo pri sintranju?

Na sliki je prikazana neustrezna konstrukcija zavihka pločevine, katere posledica je razpoka na mestu pregiba! Narišite izboljšano konstrukcijo!

Na sliki je prikazan izdelek, ki bo izsekan iz pločevinastega traku. Pomembni sta poziciji obeh lukenj, tudi pri obremenitvi (razpiranje ali stiskanje). Narišite izboljšano konstrukcijo, ki bo omogočala boljšo izrabo materiala!

Navedite različne smernice za konstruiranje izdelkov, ki bodo varjeni!

Kaj je glavna prednost in kaj glavna slabost dekompozicije izdelka na manjše module oz. dele?

83

VViirrii Anderson D.M. Design for Manufacturability & Concurrent Engineering. CIM press, 2004. Ashby M., Johnson K. Materials and Design. Butterworth Heinemann, 2002. Baxter M. Product Design. Chapman & Hall, 1998. Baxter M. Product Design. Nelson Thornes, 2002. Bralla J.G. (Ed.). Design for Manufacturability Handbook. McGraw-Hill, Second Edition, 1999. Burghardt D.M. Introduction to Engineering Design and Problem Solving. McGraw-Hill, 1999. Cather H., Morris R., Philip M., Rose C. Design Engineering. Butterworth Heinemann, 2001. Chakrabarti A. (Ed.). Engineering Design Synthesis. Springer-Verlag, 2002. Chua C.K., Leong K.F. Rapid Prototyping: Principles and Applications in Manufacturing. John

Wiley & Sons, 1997. Cooper K.G. Rapid Prototyping Technology: Selection and Application. Marcel Dekker, 2001. Corbett J., Dooner M., Meleka J., Pym C. Design for Manufacture. Addison-Wesley, 1991. Cross N. Engineering Design Methods: Strategies for Product Design. John Wiley & Sons,

Third Edition, 2001. Dhillon B.S. Advanced Design Concepts for Engineers. Technomic Publishing, 1998. Dieter G.E. Engineering Design: A Material and Processing Approach. McGraw Hill, Third

Edition, 2000. Dimarogonas A.D. Machine Design - A CAD Approach. John Wiley & Sons, 2001. Dorf R. (Editor-in-Chief). The Engineering Handbook. CRC Press, 1996. Dym C.L., Little P. Engineering Design: A Project-Based Introduction. John Wiley & Sons,

2000. Erhatič Širnik R. Bionika. Tehniški muzej Slovenije, 1999. Ertas A., Jones J.C. The Engineering Design Process. John Wiley & Sons, 1993. Frankenberger E., Badke-Schaub P., Birkhofer H. (Eds.). Designers: The Key to Successful

Product Development. Springer-Verlag, 1998. French M. Invention and Evolution: Design in Nature and Engineering. Cambridge University

Press, Second Edition - reprinted, 1996. Gebhardt A. Rapid Prototyping. Hanser, 2003. Gordon M.J.Jr. Industrial Design of Plastics Products. John Wiley & Sons, 2003. Graedel T.E., Allenby B.R. Design for Environment. Prentice Hall, 1998. Horenstein M.N. Design Concepts for Engineers. Prentice Hall, 1999. Huang G.Q. (Ed.). Desing for X - concurrent engineering imperatives. Chapman & Hall, 1996. Hurst K. Engineering Design Principles. Arnold, 1999. Hyman B. Fundamentals of Engineering Design. Prentice Hall, 1998. Kastrup N. Synthese von Prinziplösungen mit Hilfe eines Katalogsystems. Fakulät für

Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälis, 1992. Koller R. Konstruktionslehre für den Machinenbau. Springer-Verlag, 4. Auflage, 1998. Koller R., Kastrup N. Prinziplösungen zur Konstruktion technischer Produkte. Springer Verlag,

2. neubearbeitete Auflage, 1998.

139

Kraut B. Strojniški priročnik. Strojniški vestnik, Ljubljana, šesta slovenska izdaja, 1981. Kroll E., Condoor S.S., Jansson D.G. Innovative Conceptual Design. Cambridge University

Press, 2001. Mattheck C. Design in Nature. Springer-Verlag, 1998. Matthews C. Case Studies in Engineering Design. Arnold, 1998. McDonald J.A., Ryall C.J., Wimpenny D.I. (Eds.). Rapid Prototyping Casebook. Professional

Engineering Publishing, 2001. McMahon C., Browne J. CADCAM. Addison-Wesley, 1996. Obad M. Dizajn proizvoda uz podršku računala. Sveučilište u Mostaru, 2004. Otto K.N., Wood K.L. Product Design. Prentice Hall, 2001. Otto K.N., Wood K.L. Product Design: Techniques in Reverse Engineering and New Product

Development. Prentice Hall, 2001. Pham D.T., Dimov S.S. Rapid Manufacturing. Springer-Verlag, 2001. Prašnički M. Osnove konstruiranja. Univerza v Mariboru, Tehniška fakulteta, Strojništvo, 1991. Rembold U., Nnaji B.O., Storr A. Computer Integrated Manufacturing and Engineering.

Addison-Wesley, 1994. Roozenburg N.F.M., Eekels J. Product Design: Fundamentals and Methods. John Wiley & Sons,

1995. Rosato D.V., DiMattia D.P., Rosato D.V. Designing with Plastics and Composites. Van Nostrand

Reinhold, 1991. Roth K. Konstruieren mit Konstruktionskatalogen, Band I: Konstruktionslehre. Springer Verlag,

2. Auflage, 1994. Roth K. Konstruieren mit Konstruktionskatalogen, Band II: Konstruktionskataloge. Springer

Verlag, 2. Auflage, 1994. Roth K. Konstruiren mit Konstruktionskatalogen, Band III: Verbindungen und Verschlüsse

Lösungsfindungen. Springer-Verlag, 1996. Samuel A., Weir J. Introduction to Engineering Design. Butterworth-Heinemann, 1999. Shaw M.C. Engineering Problem Solving. William Andrew Publishing, 2001. Tres P.A. Designing Plastic Parts for Assembly. Hanser, Fifth Edition, 2003. Ullman D.G. The Mechanical Design Process. McGraw-Hill, Second Edition, 1997. Ulrich K.T., Eppinger S.D. Product Design and Development. McGraw-Hill, Third Edition, 2004. Voland G. Engineering by Design. Addison-Wesley, 1999. Waldron M.B., Waldron K.J. (Eds.). Mechanical Design. Springer-Verlag, 1996. Wright I.C. Design Methods in Engineering and Product Design. McGraw-Hill, 1998. Wright P.H. Introduction to Engineering. John Wiley & Sons, Third Edition, 2002. Yan H.-S. Creative Design of Mechanical Devices. Springer-Verlag, 1998. Engineering Design – The Review of DuPont Engineering Polymers in Action. DuPont, Years

2002 – 2005.

140