VJEŽBA V9 · MODUL 2 · MODELIRANJE DIJELOVA I SKLOPOVA
Vježba V9 · 2 sata
Zavarena konstrukcija i cjevovod
Izrada zavarene podnožne konstrukcije hvatača MPH-1 od čeličnih profila i cjevovoda za dovod zraka do pneumatskog cilindra.
- izraditi model zavarene konstrukcije od profila s kutnim zavarima
- postaviti simbol zavara i provjeriti masu gotove konstrukcije
- izraditi cjevovod s krutim i savitljivim segmentom te spojnicama
- izračunati silu na klipu cilindra iz tlaka i površine
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.7 Modeliranje zavarenih konstrukcija i izrada cjevovoda.
Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.
Zadatak
Izradite model zavarene podnožne konstrukcije hvatača MPH-1 i cjevovod koji dovodi zrak do pogonskog cilindra. Podnožje je sastavljeno od čeličnog kvadratnog profila 20 × 20 × 2 mm: dvije uzdužne grede duljine 120 mm i dvije poprečne grede duljine 80 mm, spojene u pravokutni okvir s četiri kutna zavara u uglovima. Na sredini jedne uzdužne grede predviđen je uspravni stupić od istog profila, visine 60 mm, na koji se kasnije oslanja tijelo hvatača. Ciljana masa gotove zavarene konstrukcije je 2,4 kg.
Na podnožju je konzolno pričvršćen dvoradni pneumatski cilindar (klip Ø20 mm, hod 20 mm, radni tlak 6 bar) koji preko poluga pokreće prste hvatača. Od razvodnika do oba priključka cilindra treba modelirati cjevovod od poliuretanske cijevi vanjskog promjera 6 mm i unutarnjeg promjera 4 mm, ukupne duljine 1,5 m, s dva brza spojnika (push-in) na krajevima. Jedan ogranak cjevovoda neka prati kruti dio (uz rub podnožja, ravan segment) i savitljivi dio (do priključka na pomičnom dijelu cilindra), kako je uobičajeno u stvarnoj montaži.
Oprema i pribor
- Računalo s instaliranim parametarskim CAD sustavom (npr. SolidWorks) s modulom za zavarene konstrukcije i modulom za cjevovod (routing)
- Gotovi part-dokumenti tijela hvatača i cilindra iz prethodnih vježbi (ili predložak izveden iz zajedničkog primjera MPH-1)
- Knjižnica standardnih profila (kvadratni profil 20 × 20 × 2 mm) i knjižnica pneumatskih spojnica (push-in, Ø6 mm)
- Kalkulator ili tablični proračun za provjeru sile na klipu
- Bilježnica za skiciranje raspona i redoslijeda zavara prije modeliranja
Pravila koja se primjenjuju
Zavarena konstrukcija se u parametarskom CAD sustavu gradi kao poseban tip dokumenta dijela: prvo se 3D skicom (ili nizom 2D skica) definira osna geometrija okvira, zatim se na svaki segment primjenjuje strukturni profil iz knjižnice (structural member), s automatskim ili ručnim rješavanjem sučeljavanja u uglovima (trim/extend). Kutni zavar se dodaje kao zasebna značajka koja u modelu ostaje vizualno prepoznatljiva, ali se na proizvodnom nacrtu prikazuje standardnim simbolom zavara s pripadajućim podacima (vrsta, debljina, duljina), a ne modeliranim tijelom zavara u punom presjeku. Redoslijed je uvijek: prvo geometrija okvira (potpuno određena skica s namjerom dizajna — dimenzije koje se smiju mijenjati bez rušenja modela), zatim profili, pa tek onda zavari i obrada rubova.
Cjevovod se modelira kao zaseban tip geometrije (routing): počinje se od priključnih točaka na cilindru i razvodniku (kontrolne točke, po mogućnosti povezane s referentnom geometrijom susjednih dijelova), a zatim se povlači ravna ili savitljiva cijev zadanog vanjskog i unutarnjeg promjera. Spojnici se umeću iz knjižnice standardnih dijelova i automatski određuju krajnju geometriju cijevi (uvučenu duljinu, radijus savijanja). Za savitljivu cijev vrijedi minimalni dopušteni radijus savijanja proizvođača — u modelu se ne smije postaviti oštriji zavoj nego što materijal cijevi stvarno dopušta, jer bi to bila neizvediva geometrija.
Pažnja
Najčešća pogreška je miješanje uloga: modeliranje cijelog zavarenog spoja kao punog tijela umjesto profila plus simbola zavara, čime se gubi asocijativnost s promjenom dimenzije profila, i postavljanje cjevovoda s radijusom savijanja manjim od dopuštenog za odabrani promjer cijevi, što na stvarnom dijelu ne bi bilo moguće izvesti bez oštećenja cijevi.
Crtež
Postupak
- Otvorite novi part-dokument i 3D skicom definirajte osnu geometriju okvira podnožja: pravokutnik 120 × 80 mm u ravnini tla, s dodatnom osi za uspravni stupić visine 60 mm na sredini jedne duže stranice.
- Uključite modul za zavarene konstrukcije (npr. naredba Weldment) i skici dodijelite kvadratni profil 20 × 20 × 2 mm iz standardne knjižnice profila (Structural Member ili odgovarajuća naredba).
- Riješite sučeljavanje profila u uglovima pomoću naredbe za obrezivanje/produljenje (Trim/Extend), tako da svaka dva susjedna profila u uglu čine čist spoj bez preklapanja materijala.
- Dodajte simbol kutnog zavara (Fillet Weld ili odgovarajuća naredba) na sve četiri spojnice okvira te na spoj stupića s okvirom; upišite debljinu zavara prema uobičajenoj praksi za debljinu profila 2 mm.
- Provjerite masena svojstva modela (gustoća čelika iz materijala dodijeljenog dijelu) i usporedite dobivenu masu s ciljanom vrijednosti 2,4 kg; po potrebi prilagodite duljinu profila ili debljinu stijenke.
- U sklopu hvatača umetnite razvodnik i cilindar na njihova mjesta te aktivirajte modul za cjevovod (Routing ili odgovarajuća naredba).
- Definirajte priključne točke na razvodniku i na oba priključka cilindra, zatim povucite prvi segment cijevi kao kruti ravni dio uz rub podnožja.
- Nastavite drugi segment kao savitljivu cijev do pomičnog priključka cilindra, pazeći da minimalni radijus savijanja ne bude manji od preporučenog za odabrani vanjski promjer 6 mm.
- Na oba kraja cjevovoda umetnite brze spojnike iz knjižnice standardnih dijelova i provjerite je li geometrija spojnica ispravno poravnata s priključcima.
- Izračunajte silu na klipu cilindra iz tlaka i površine te rezultat upišite u bilješku uz model.
Pitanja i zadaci
1. Izračunajte silu kojom cilindar djeluje na klip pri radnom tlaku 6 bar, ako je promjer klipa 20 mm. Prikažite postupak.
Prikaži rješenje
Površina klipa: A = π·D²/4 = π·20²/4 ≈ 314,16 mm². Sila: F = p·A, uz p = 6 bar = 0,6 N/mm², slijedi F ≈ 0,6 · 314,16 ≈ 188,5 N.
2. Zašto se zavareni spoj u modelu prikazuje simbolom zavara na nacrtu, a ne punim modeliranim tijelom zavara u presjeku?
Prikaži rješenje
Standardizirani simbol zavara na nacrtu jednoznačno i sažeto prenosi proizvodne podatke (vrstu, debljinu, duljinu, mjesto zavarivanja) izvođaču, dok bi puno modelirano tijelo zavara nepotrebno opteretilo model i otežalo kasnije promjene profila bez stvarne proizvodne koristi.
3. Kolika je ukupna masa čelika u okviru podnožja ako je gustoća čelika 7850 kg/m³, a volumen svih segmenata profila procijenjen na 3,06 × 10⁻⁴ m³? Usporedite s ciljanom masom iz zadatka.
Prikaži rješenje
m = ρ·V = 7850 · 3,06 × 10⁻⁴ ≈ 2,40 kg, što odgovara ciljanoj masi zavarene konstrukcije (2,4 kg) iz zadatka.
4. Koja je razlika između krutog i savitljivog segmenta cjevovoda u modulu za routing i kada se koji primjenjuje?
Prikaži rješenje
Kruti segment prati ravnu ili lomljenu putanju fiksne geometrije i koristi se gdje cijev leži uz nepomičnu konstrukciju (npr. uz rub podnožja); savitljivi segment dopušta zaobljene, promjenjive putanje i koristi se tamo gdje cijev mora pratiti pomični dio ili prostorno zaobići prepreke, uz poštovanje minimalnog radijusa savijanja materijala.
5. Zašto redoslijed izrade zavarene konstrukcije mora biti: geometrija okvira → profili → obrezivanje uglova → zavari, a ne obrnuto?
Prikaži rješenje
Svaka sljedeća značajka ovisi o prethodnoj (profili se oslanjaju na skiciranu osnu geometriju, obrezivanje ovisi o postavljenim profilima, a zavari se postavljaju tek na gotove, obrezane spojeve); obrnuti redoslijed bi značio da značajka nema na što se osloniti, pa bi se model srušio ili obrezivanje i zavari ne bi imali smisla.
6. Cijev ima vanjski promjer 6 mm i unutarnji promjer 4 mm. Izračunajte površinu poprečnog presjeka protočnog kanala kroz koji struji zrak.
Prikaži rješenje
A = π·d²/4 = π·4²/4 ≈ 12,57 mm² — to je površina unutarnjeg (protočnog) presjeka, dok vanjski promjer 6 mm određuje samo debljinu stijenke cijevi i mjesto na koje pristaje spojnik.
7. Što se dogodi ako u modelu postavite radijus savijanja savitljivog segmenta cjevovoda manji od proizvođačke minimalne vrijednosti za odabrani promjer cijevi?
Prikaži rješenje
Geometrija u modelu bi bila neizvediva na stvarnom dijelu — cijev bi se na tako oštrom zavoju presavila, suzila protočni presjek ili napukla; ispravan pristup je provjeriti proizvođačku tablicu minimalnih radijusa i po potrebi izmijeniti putanju ili dodati kruti koljenasti element.
8. Objasnite ulogu brzih spojnika (push-in) u ovom cjevovodu i navedite gdje se u modelu postavljaju.
Prikaži rješenje
Brzi spojnici omogućuju jednostavno, bezalatno spajanje i odspajanje cijevi na priključcima razvodnika i cilindra; u modelu se postavljaju na krajevima svakog segmenta cjevovoda, na točnim priključnim točkama definiranim na razvodniku i cilindru, i automatski određuju potrebnu uvučenu duljinu cijevi.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Pripremiti gotove part-dokumente tijela hvatača i cilindra iz prethodnih vježbi kao polazište, te provjeriti da knjižnica standardnih profila i pneumatskih spojnica postoji u instalaciji korištenog CAD sustava. Unaprijed pripremiti tablicu s ciljanim vrijednostima (masa 2,4 kg, sila 188,5 N) za brzu provjeru rezultata polaznika.
Tijek sata
- Kratko ponoviti razliku između sketch značajke i primijenjene značajke te uvesti pojam zavarene konstrukcije kao posebnog tipa dokumenta (10 min).
- Zajednička izrada 3D skice okvira podnožja i dodjela profila uz projektor (15 min).
- Samostalna izrada obrezivanja uglova i postavljanja zavara po uputama vježbe (25 min).
- Uvod u modul za cjevovod, zajednička izrada prvog krutog segmenta (15 min).
- Samostalno dovršavanje savitljivog segmenta i spojnica, izračun sile na klipu (25 min).
- Zajednička provjera masenih svojstava i kratka rasprava o pitanjima iz vježbe (10 min).
Očekivani rezultati
Polaznik predaje datoteku dijela sa zavarenom konstrukcijom podnožja (masa unutar ±5% ciljane vrijednosti) i sklop s postavljenim cjevovodom bez upozorenja o preklapanju geometrije ili prekoračenju minimalnog radijusa savijanja, uz ispravno izračunatu silu na klipu (≈188,5 N).
Česte pogreške
- Modeliranje zavara kao punog tijela umjesto simbola zavara
- Zaboravljeno obrezivanje profila u uglovima (vidljivo preklapanje materijala)
- Radijus savijanja savitljivog segmenta manji od dopuštenog
- Zamjena vanjskog i unutarnjeg promjera cijevi pri računanju protočnog presjeka
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Geometrija okvira i ispravno obrezani uglovi | 25 |
| Postavljeni simboli zavara i masa unutar tolerancije | 20 |
| Cjevovod: kruti i savitljivi segment, ispravan radijus | 25 |
| Spojnici na ispravnim priključnim točkama | 15 |
| Točan izračun sile na klipu i pisano obrazloženje | 15 |