ÚVOD DO ZÁKLADŮ KONSTRUOVÁNÍ A TECHNICKÉHO KRESLENÍ Konstruování Cíle přednášky —Seznámení studentů s metodikou konstruování ve strojírenství a základy technického kreslení a tvorby výkresové dokumentace. — Obsah přednášky —1. Metodika konstruování —- konstrukční proces, —- technologičnost, —- technologie výroby. —2. Volba materiálu —- volba polotovaru, —- přídavky na opracování a technologické přídavky, —- TZ a CHTZ (tepelné a chemicko-tepelné zpracování). —3. Základy technického kreslení —- tvorba technické dokumentace a normalizace, Obsah přednášky —- zobrazování na výkresech, —- pravidla pro zobrazování, —- řezy a průřezy, —- kótování, —- tolerování rozměrů a geometrické tolerance, —- struktura povrchu, —- závity. —4. Počítačová podpora konstruování (CAD) —- úvod do 2D a 3D CAD. Metodika konstruování —Konstrukční proces – slouží k dosažení požadovaného cíle. —Podle způsobu myšlení: —- intuitivní (okamžitý nápad), —- systematický (využívá se vědeckých metod a poznatků – analýzy, syntézy a abstrakce), —- normativní (zúročení současného poznání, literatury a norem). —Konstruování – činnost konstruktéra vedoucí k vytvoření technického předmětu (výrobku), který musí splňovat požadované parametry. Metodika konstruování —Řešení konstrukčního procesu – algoritmus spočívající v —analýze parametrů řešení – koncepčním návrhu – výběru varianty návrhu – návrhovém výkresu (projektu) – výrobním výkresu – prototypu –je ukončen výrobou!! —Součástí návrhového výkresu (projektu) je návrhová sestava a technická zpráva, která obsahuje popis řešení, zadání, výpočty, případně zvláštní požadavky (materiálové, provozní) !! —Prototyp – zkušební vzorek (1 nebo více kusů). Metodika konstruování —Technologičnost konstrukce – zajišťuje, že konstrukcí, tvarem, materiálem bude výrobek splňovat požadovanou funkci, životnost a zároveň bude výroba co nejefektivnější! —Technologičnost: —1) Hledisko konstrukce —- optimální dimenzování (z hlediska výpočtů), —- unifikace a typizace, —- tvarová složitost (tvar s ohledem na technologii výroby, volbu nástrojů, tl. stěn), —- volit optimální přesnost, drsnost (vyšší přesnost a nároky na obrábění zvyšují cenu !!) Metodika konstruování —2) Hledisko technologické a materiálové —- volba technologie podle sériovosti (technologie tváření, slévání, obrábění, lisování apod.), —- ekonomické hledisko volby technologie, —- optimální volba materiálu a TZ nebo CHTZ, —- optimální využití polotovarů a přídavků na obrábění. — —Dodržením všech těchto hledisek se dosáhne potřebné funkce výrobku za účelem co nejnižších nákladů (nízké výrobní ceny)! Metodika konstruování —Technologie výroby —Kriteria podle počtu vyráběných kusů: —- kusová výroba (vyžaduje univerzální stroje a kvalifikovanou pracovní sílu), —- sériová a hromadná výroba (vyžaduje vysokou automatizaci, nároky na obsluhu mohou být nízké). —Další hlediska: —- materiálové a pevnostní požadavky, —- rozměry, hmotnost, tvarová složitost. Metodika konstruování —Návrh konstrukčního řešení bývá většinou kompromis. Mohou se totiž objevovat protichůdné požadavky! —Kriteria podle počtu vyráběných kusů: —- kusová výroba (vyžaduje univerzální stroje a kvalifikovanou pracovní sílu), —- sériová a hromadná výroba (vyžaduje vysokou automatizaci, nároky na obsluhu mohou být nízké). —Další hlediska: —- materiálové a pevnostní požadavky, —- rozměry, hmotnost, tvarová složitost. Metodika konstruování —Návrh konstrukčního řešení bývá většinou kompromis. Mohou se totiž objevovat protichůdné požadavky! — — — — — — — —A – obrobek (z tvářeného materiálu), B – odlitek, C – výkovek, D – výlisek, E – svarek. — Volba materiálu —Hutní materiál (tvářené polotovary) – tyče, U, I – profily, plechy apod. —Při výrobě součásti je třeba volit přídavky: —- na obrábění (u obrobků nebo u funkčních ploch odlitků, výkovků). —- technologické (úkosy a zaoblení - související s danou technologií). Označování polotovarů — Př. hustoty materiálů: -ocel (7850 kg/m3) -slitiny Al (2700 kg/m3) -slitiny Cu (8900 kg/m3) skenovat0004.jpg Volba materiálu —Označování dle ČSN - oceli ke tváření. — Volba materiálu —Označování dle EN: —- Číselné označování (ČSN EN 10027-2) —- Značky vytvořené na základě použití a mechanických nebo fyzikálních vlastností (ČSN EN 10027-1) — S nnn = oceli pro ocelové konstrukce — (P = pro tlakové nádoby, L = oceli na potrubí, E = oceli pro strojní součásti) —Př. P 355 NH – ocel pro talkové nádoby, normalizačně žíhaná, pro vysoké teploty. - —- Oceli označené podle jejich chemického složení Volba materiálu —TZ a CHTZ: —TZ je proces ovlivňující vlastnosti a strukturu slitin Fe (i některých neželezných kovů). —Nejpoužívanější druhy TZ u ocelí: —- žíhání, —- kalení, —- zušlechťování (kalení+popouštění). —CHTZ je proces využívající určitého chemického prvku vstupujícího do procesu TZ k zlepšení mechanických vlastností povrchu součásti: —- uhlíku (cementace) nebo dusíku (nitridace). Technické kreslení —1. Výkresy ve strojírenství. —2. Tvorba výkresové dokumentace – zásady a pravidla. —3. Počítačová podpora konstruování. — — — — — — — — —http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Architect.png — Soubor:Architect.png Technické kreslení — Strojnické výkresy jsou základním dorozumívacím prostředkem v procesu konstruování. —Druhy strojírenských výkresů: —- náčrt (zhotovený od ruky, bez ohledů na měřítko), —- originál (zhotovený s využitím kreslících pomůcek při dodržení závazných pravidel), —- kopie (zhotovená z originálu rozmnožovacími způsoby). —Podle určení mohou být výkresy: —- výkres součásti, —- výkres sestavení, —- výkres montážní. —Specifické výkresy – diagram, schéma, zvláštní výkres, .. Technické kreslení —Zhotovování technické a výkresové dokumentace podléhá normalizaci. —Platí soubor závazných pravidel – technických norem. — V ČR: —- normy státní – ČSN, —- normy evropské – EN, —- normy mezinárodní – ISO. —Normy převzaté – ČSN ISO, ČSN EN. —Výkon státní správy v oblasti normalizace v ČR zabezpečuje Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví ( ÚNMZ ). Technickou normalizaci po věcné stránce zabezpečuje Český normalizační institut ČSN. Technické kreslení —Formáty výkresů —ČSN ISO 5457 – norma definuje rozměry výkresů. —Formáty ISO-A se používají přednostně. —Prodloužené a zvlášť prodloužené formáty. — 002.jpg 004.jpg Technické kreslení —Náležitosti výkresového listu: 005.jpg Technické kreslení —Výkresový list (oříznutá kopie) se skládá do formátu velikosti A4, popisové pole musí být na vrchní straně. —Originál se neskládá! — — — — — — — Technické kreslení —Tloušťky čar na výkresech v mm: —0,13 0,18 0,25 0,35 0,5 0,7 1,0 1,4 2 —Př: tenká:tlustá:velmi tlustá=1:2:4 (0,25:0,5:1,0) —Výška písma v mm: —1,8 2,5 3,5 5 7 10 14 20 —Typ měřítka: —Skutečná velikost 1:1 —Měřítko zvětšení 2:1 5:1 10:1 20:1 50:1 —Měřítko zmenšení 1:2 1:5 1:10 .. — — — — — — — Typy čar — — — — — — — 007.jpg Technické kreslení —Technické písmo může —být vytvořeno: —psaním od ruky, —pomocí šablony, —kreslícím zařízením. — 001.jpg 002.jpg 003.jpg Technické kreslení — Zobrazování na technických výkresech —K tomu, aby bylo možné zobrazit 3D tělesa pomocí 2D se využívá různých zobrazovacích metod. —Existují dva typy zobrazení: —- 3D prostorové zobrazení (axonometrické promítání) —- 2D plošné zobrazení (kosoúhlé, pravoúhlé, středové promítání) — K zobrazování předmětů na strojírenských výkresech se používá pravoúhlé promítání: —- Promítání v 1. kvadrantu (ISO – E, promítání „evropské“), —- Promítání v 3. kvadrantu (ISO – A, promítání „americké“). — Technické kreslení — — — — — — — — 011.jpg Technické kreslení — — — — — — — — 012.jpg Technické kreslení —Pravidla pro zobrazování na výkresech: —- Počet obrazů volíme co nejmenší (ale takový aby bylo těleso úplně zobrazeno. —- Pro umisťování a zobrazování pohledů platí pravidla pravoúhlého promítání. —- Hlavní pohled (zepředu) by měl co nejvíce vystihovat tvar předmětu. —- Předmět by měl být zobrazen ve funkční poloze nebo v poloze vhodné pro výrobu. — Technické kreslení — Pohledy nakreslené dle zvolené metody promítání se neoznačují - sdružené pohledy. — Pohledy neodpovídající metodě promítání se musí označit - nesdružené pohledy (na obr. pohled A). — 013.jpg Technické kreslení —Částečný pohled (obr. a) a pootočené pohledy (b, c). — — — — — — —Rozvinutý pohled. 001.jpg skenovat0001.jpg Technické kreslení —Další přípustné možnosti zobrazení součástí na výkresech. 004.jpg 006.jpg 007.jpg 005.jpg Technické kreslení —Řez nebo průřez má usnadnit vytvoření představy o tvaru součásti. Řez se kreslí především u dutých součástí pro zobrazení vnitřních neviditelných tvarů. —Řez – zobrazení částí tělesa, které leží v rovině řezu a za ní. —Průřez – zobrazení částí tělesa přímo v řezné rovině. — 001.jpg Technické kreslení —Kreslení řezů a šrafování. 002.jpg 003.jpg 004.jpg Technické kreslení —Označování řezů, lomené řezy. skenovat0003.jpg 006.jpg 011.jpg Technické kreslení —Poloviční řez (a) a místní řez (b). —a) b) — — — — —Tvarové podrobnosti. 007.jpg 008.jpg 003.jpg Technické kreslení —Průřez další možnosti kreslení. — — — — —Obrysy výchozího a konečného tvaru (polotovary). — 004.jpg 010.jpg 009.jpg Technické kreslení —Kótování – zásady a pravidla 1.Kóta je číslo určující velikost rozměrů nebo polohu předmětu bez ohledu na měřítko. 2.Délkové rozměry na výkrese se kótují v milimetrech. 3.Rovinné úhly se kótují v úhlových stupních a značky jednotek se uvádí vždy. 4.Každý prvek na výkrese se kótuje pouze jednou. 5.Kóty se umisťují do pohledu nebo řezu, v němž je jasný vztah ke kótovanému prvku. 6.Všechny informace o rozměrech potřebné k úplnému popsání předmětu musí být uvedeny na výkrese. 7.Kótovací čáry se nemají protínat, nesmí splývat s jinou čarou (osou, hranou)!! — Technické kreslení —Provedení kót, hraničící šipky. 014.jpg 016.jpg Technické kreslení — Zásady kótování a kótování zkosení. 017.jpg 021.jpg Technické kreslení — Kótování průměrů. 018.jpg Technické kreslení — Kótování poloměrů. 019.jpg Technické kreslení —- řetězcové kótování, —- kótování od společné základny, —- smíšené kótování (kombinace předchozích dvou). 022.jpg 024.jpg Technické kreslení — Kótování děr a sklonů. 026.jpg 027.jpg 028.jpg Technické kreslení —Další možnosti kótování – kuželů a hranolů. 030.jpg 032.jpg Technické kreslení —Další možnosti kótování – přechodů a opakujících se prvků. 031.jpg 034.jpg Technické kreslení —Tolerování délkových rozměrů —Předepsané rozměry jsou pouze teoretické! —Výrobou vznikají nepřesnosti způsobené: -technologií výroby, -vlastní výrobou (otupený nástroj, apod.), -lidským faktorem. —Tolerování – předepisování rozměrů v mezích. Netolerované rozměry dle ISO 2768-f až v. 002.jpg Technické kreslení — U funkčních rozměrů je nutné předepsat tolerance pomocí: —- mezních úchylek, —- tolerančních značek. 003.jpg 004.jpg Technické kreslení — Toleranční značky - tolerovaný rozměr se skládá z jmenovitého rozměru a toleranční značky (Př. 100H7). 20 tolerančních stupňů: IT 0-5 měřidla, IT 6-11 běžná výroba. —Grafické znázornění tolerančních polí: 006.jpg Technické kreslení — Jmenovitý rozměr (JR, nulová čára) – základní rozměr vůči, kterému jsou vztaženy tolerance. — Horní mezní rozměr (HMR, hmr) a dolní mezní rozměr (DMR, dmr) – hraniční rozměry, skutečný rozměr musí ležet mezi těmito rozměry jinak se jedná o zmetek. — Horní mezní úchylka (ES, es) vyjadřuje rozdíl mezi HMR (hmr) a JR. — Dolní mezní úchylka (EI, ei) vyjadřuje rozdíl mezi DMR (dmr) a JR. — Tolerance je rozdíl mezi HMR (hmr) a DMR (dmr), udává se jako kladné číslo a vyjadřuje dovolenou nepřesnost výroby. Technické kreslení —Toleranční značka = —toleranční pole —A-ZC (díry) —a-zc (hřídele) —+ toleranční stupeň —IT 0-18 — 005.jpg Technické kreslení — Uložení je vzájemný stav dvou strojních součástí (hřídel zasunutý do díry) : —- uložení s vůlí – umožňuje vzájemný pohyb součástí, —- uložení s přesahem – zaručuje vzájemnou nepohyblivost, —- uložení přechodné – v závislosti na rozměrech se může vyskytovat vůle nebo přesah. 007.jpg Technické kreslení — V praxi existují dvě základní toleranční soustavy: -soustava jednotné díry (tol. vztaženy k tol. poli díry - H), -soustava jednotného hřídele (k tol. poli hřídele - h). - 008.jpg Technické kreslení —Geometrické tolerance —K správné funkci součásti je třeba kromě tolerance rozměrů uvažovat i geometricky správný tvar funkčních ploch. —Na výkrese se obecně předepisují: —ISO 2768 – mK, —kde poslední písmeno značí přesnost M – nejvyšší, K – střední, L – nejnižší přesnost. — Geometrické tolerance se mohou vztahovat k jednomu prvku (rovinnost, kruhovitost ..) nebo k více prvkům (kolmost rovnoběžnost, házení ..) Technické kreslení — 009.jpg Technické kreslení —Geometrické tolerance přímosti a rovinnosti. 010.jpg 011.jpg Technické kreslení —Geometrické tolerance kruhovitosti a válcovitosti. 012.jpg 013.jpg Technické kreslení —Geometrické tolerance rovnoběžnosti a kolmosti. 014.jpg 015.jpg Technické kreslení — Zásady kreslení značek na výkrese. 016.jpg 017.jpg Technické kreslení —Vztah mezi geometrickou tolerancí a tolerancí rozměru. —Tímto pravidlem se stanovují vztahy mezi tolerancemi rozměrů (délek a úhlů) a tolerancemi geometrickými. — Výkresy, na které je vztaženo pravidlo nezávislosti se označují v popisovém poli nebo jeho blízkosti. —TOLEROVÁNÍ ISO 8015 — se doplňuje ISO 2768 – mK —m - třída přesnosti délkových a úhlových rozměrů. —K - třída přesnosti geometrických tolerancí. — — Technické kreslení —Struktura povrchu —Funkce součásti závisí, kromě délkových a geometrických tolerancí, i na nerovnostech, které na výrobku zůstávají po příslušné technologii výroby. Jde o nerovnosti, které na povrchu součásti zanechává např. řezný nástroj, brusivo, jiskrový výboj, otisky forem apod. —- Nedokonalosti povrchu – rýhy, trhliny, póry, staženiny, koroze; způsobené náhodně výrobou a skladováním: nezahrnují se do hodnocení struktury povrchu!! —- Struktura povrchu – opakované i náhodné úchylky geometrického tvaru. Člení se na: Drsnost povrchu (složku s nejmenší roztečí nerovností), vlnitost povrchu a základní profil (složku s největší roztečí nerovností). — Technické kreslení — Speciálními přístroji se měří profil drsnosti (R-profil). — 001.jpg 002.jpg Technické kreslení — — 005.jpg Technické kreslení — — 006.jpg Technické kreslení — Zásady pro kreslení značky na výkrese: — 003.jpg 009.jpg Technické kreslení — Varianty značek struktury povrchu: —- značka označující povrch obrobený i neobrobený (a), —- značka označující povrch obrobený (b), —- značka označující povrch neobrobený (c). — — — — —Varianty značek: —(a-f) — — 004.jpg 008.jpg Technické kreslení —Orientace značek —a jejich umisťování. 007.jpg 011.jpg Technické kreslení — Pokud se na výkrese vyskytuje více požadavků na strukturu povrchu, předepíše se převládající značka před závorku a ostatní požadavky se zapíší v oblých závorkách nad popisové pole. — — 012.jpg Technické kreslení —Předepisování úpravy povrchu. —Pokud se u součásti požadují specifické vlastnosti (např. tepelné zpracování, nátěr apod.) je třeba tuto okolnost uvést slovně nad popisové pole. — — — — — — — 013.jpg Technické kreslení —Závity —Závit je základním tvarovým prvkem šroubového spoje (šroubu a matice). Závity jsou vnější (šrouby) nebo vnitřní (matice). —Závity podle vinutí: —- Pravé nebo levé. —Některé závity jsou vyráběny jako vícechodé (několik šroubovic ve vzdálenosti rozteče od sebe). —Přehled nejpoužívanějších závitů a jejich profilů je uveden v normách (strojnických tabulkách) —Nejběžnější typy závitů: metrický, Whitworthův, trubkový, oblý, lichoběžníkový. — — — Technické kreslení —Vytvoření šroubovice. — — Technické kreslení —Kreslení závitů. —Všechny normalizované závity se zobrazují zjednodušeně (nakreslením průmětů válců odpovídajících velkému a malému průmětu závitu) !! -u vnějšího závitu se velký průměr zobrazuje tlustou čarou a malý průměr souvislou tenkou čarou (a). -u vnitřního závitu se kreslí velký průměr = souvislou tenkou, malý průměr = souvislou tlustou čarou(b). skenovat0016.jpg Technické kreslení —Neviditelné závity se kreslí čárkovanou tenkou čarou nebo tlustou čárkovanou (a, b dole). — — — — — — — — —Nenormalizované závity je třeba plně zobrazit a zakótovat. — skenovat0018.jpg skenovat0017.jpg Technické kreslení — Závity vnější i vnitřní se kótují udáním značky druhu závitu a funkční délkou. — U závitů s krátkým nebo dlouhým výběhem (závitu) je nutno tento zakótovat. — — — skenovat0020.jpg Technické kreslení — — — —Závity s jiným než hrubým stoupáním se musí označit např. M12x1, Levý závit se označí LH, např. M12 LH. — — — skenovat0021.jpg skenovat0001.jpg Technické kreslení — Drážky za závitem jsou normalizovány dle ČSN 02 1036 a ČSN 02 1037. — — — — — —Závity lze tolerovat pro jednotlivá uložení např. — M16-7H/6e. — Tolerování závitu šroubu: př. M16-6e. — Tolerování závitu matice: př. M16-7H. — skenovat0002.jpg CAD —Počítačová podpora konstruování —CAD – Computer Aided Design (počítačová podpora konstruování). —Počítačová podpora konstruování v oblastech: -Strojírenství, -Stavebnictví, -Elektrotechnice, -Vzdělávání. — CAD —2D CAD —Tradiční způsob 2D zobrazování je nejstarším způsobem zobrazování strojních součástí. — —Nevýhodou jsou vyšší nároky na představivost. Pro optimální využití, je třeba zvládnout zásady technického kreslení a normalizace. —Výhodou je snadno dostupné programové vybavení a často bezplatná licence pro nekomerční účely. — CAD —3D CAD —Člověk vnímá objekty prostorově a proto je mu mnohem bližší modelování v 3D. — Tento moderní způsob konstruování vychází z tzv. parametrického modelování založeného na předpokladu, že model je matematicky popsán pomocí parametrů. — —Výhodou je, že vygenerování výkresu podle zásad technické normalizace zajišťuje samo jádro programu. Tím se omezuje riziko chyb a navrhování výrobků se stává tvůrčí činností . —Nevýhodou jsou vyšší nároky na HW. — CAD — Systémy CAD rozdělujeme do tří generací podle jejich komplexnosti: —I. generace CAD programů – je vhodná jen pro konstruování v 2D. Neobsahuje nástroje pro tvorbu prostorových modelů. Nejznámějším představitelem je AutoCAD LT. Patří sem však i řada volně šířených a bezplatných programů jako např. Double CAD XT, Blue CAD, Ally CAD Freeware apod. —II. generace CAD programů – jejich předností je univerzálnost. Jsou primárně vhodné pro tvorbu výkresové dokumentace, ale obsahují i 3D modeláře a vývojové nástroje pro práci s objekty. Programy jako AutoCAD nebo ProgeCAD jsou snadno dostupné, s optimální užitnou hodnotou cena/výkon. —III. generace CAD programů – je založena na parametrickém modelování (3D CAD) s návazností na CAM, CAE. K nejznámějším patří SolidEdge, SolidWorks, Inventor nebo Catia, Pro/Engineer. CAD — 3D CAD technologie (Autodesk Inventor). — — — — — — — — — — —http://www.cadstudio.cz/ CAD — Využití CA (computer aided) technologie : —- návrh, —- výroba, —- kontrola, —- distribuce. —Kromě CAD se uplatňují i další technologie: —CAM - Computer Aided Manufacturing (počítačová podpora výroby). —CAE - Computer Aided Engineering (počítačová podpora inženýrských analýz). CAD — — skenovat0008.jpg Literatura — Doporučená literatura: —[1] Svoboda, P. a kol. Základy konstruování. Brno: Cerm, 2008, 234 s. —[2] Sobek, E. a kol. Základy konstruování návody pro konstrukční cvičení. Brno: Cerm, 2004, 111+53 s. —[3] Kletečka, J., Fořt, P. Technické kreslení. Brno: Computer Press, 2007, 252 s. —[4] Drastík, F. Technické kreslení podle mezinárodních norem I. Ostrava: Montanex, 1994, 228 s.