2.2. STANDARDIZACIJA (NORMIZACIJA) I TIPIZACIJA Standardizacija i tipizacija su procesi čiji je osnovni cilj sistematsko nastojanje da se uklone raznolikosti između pojedinih predmeta i pojmova koji su inače predviđeni za istu svrhu. Provodi se na taj način da se između određenog broja proizvoda, dijelova, predmeta i pojmova, odabere jedan ili više njih koji najbolje odgovaraju potrebama te koji ujedno mogu preostale predmete, proizvode, dijelove i pojmove potpuno opisati odnosno nadomjestiti. Ne treba shvatiti da pod pojmom standardizirati treba stvarati neke nove proizvode ili dijelove već prije svega odabrati u prosjeku najbolje ili najprikladnje za neke postavljene zahtijeve. Sam standard međutim je strogo definiran prema određenim pravilima. Standardiziraju se najčešće sirovine, poluproizvodi, proizvodi, mjere, pojmovi, način dimenzioniranja i td. Standardizacija se sprovodi u svim ljudskim djelatnostima. Tehnička standardizacija, kao dio te opće standardizacije ima za cilj da:

smanji zalihe materijala na skladištu, zalihe gotovih proizvoda, rezervnih dijelova i alata, ograniči broj tipova i dimenzija poluproizvoda, alata, gotovih proizvoda, rezervnih dijelova,

omogući velikoserijsku i masovnu proizvodnju kroz smanjenje broja različitih proizvoda. Ovime se smanjuje broj tehnoloških procesa.

poveća kvalitetu proizvodnje općenito olakša i ubrza tijek konstruktivnog procesa olakša radne uvjete omogući smanjenje potroška energije snizi troškove kontrole zaštiti ljudsku okolinu

U području distribucije i prodaje standardizacija omogućuje bržu i točniju isporuku, uklanja mogućnost zabuna, olakšava transport te smanjuje broj sporova odnosno troškova iz toga proizašlih. U područjima koje zahvaća standardizacija postoji potreba da se jedna ili više karakteristika koje se izražavaju brojčanim vrijednostima (dužine, promjeri, tlakovi, naprezanja i td.) poredaju u redove veličina sređene na određeni način. Cilj je da se sa što manjim brojem članova tih brojčanih redova zadovolje sve potrebe Za brojčane vrijednosti gore navedeni veličina (duljina, tlakova, snaga itd.) po određenim pravilima formiraju se s t a n d a r n i b r o j e v i (HRN A.A0.001 - 1983, DIN 323, ISO 3,17,497). Po svim važećim standardima, standardni brojevi su zaokružene vrijednosti članova geometrijskih redova sa stupnjevima 105 , 1010 , 1020 , 1040 ili 1080 . Razvrstani su u o s n o v n e redove , kojih ima četiri: R5, R10, R20 i R40 te jedan i z u z e t n i red : R80 (R- prema predlagaču Renardu). Njihove brojčane vrijednosti za decimalni interval od 1 do 10 vide se u tablici 2.1. Tablica 2.1. Normni brojevi (HRN A.AO.001 – 183) Temeljni redovi Iznimni red R5 R10 R20 R40 R80 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,06 1,06 1,03 1,12 1,12 1,12 1,09 1,18 1,18 1,15

1,25 1,25 1,25 1,25 1,22 1,32 1,32 1,28 1,40 1,40 1,40 1,36 1,50 1,50 1,45 1,60 1,60 1,60 1,60 1,60 1,55 1,70 1,70 1,65 1,80 1,80 1,80 1,75 1,90 1,90 1,85 2,00 2,00 2,00 2,00 1,95 2,12 2,12 2,06 2,24 2,24 2,24 2,18 2,36 2,36 2,30 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,43 2,65 2,65 2,58 2,80 2.80 2,80 2,72 3,00 3,00 2,90 3,15 3,15 3,15 3,15 3,07 3,35 3,35 3,25 3,55 3,55 3,55 3,45 3,75 3,75 3,65 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 3,87 4,25 4,25 4,12 4,50 4,50 4,50 4,37 4,75 4,75 4,62 5,00 5,00 5,00 5,00 4,87 5,30 5,30 5,15 5,60 5,60 5,60 5,45 6,00 6,00 5,80 6,30 6,30 5,30 6,30 6,30 6,15 6,70 6,70 6,50 7,10 7,10 7,10 6,90 7,50 7,50 7,30 8,00 8,00 8,00 8,00 7,75 8,50 8,50 8,25 9,00 9,00 9,00 8,75 9,50 9,50 9,25 10,00 10,00 10,00 10,00 10,00 9,75

Ovako odabrani geometrijski redovi objedinjuju prednosti dekadskog sustava i geometrijskog reda. Obuhvaćeni su svi temeljni brojevi dekadskog sustava (1, 10, 100, …). U svakoj dekadi imaju jednak broj članova odnosno jednaku gustoću članova reda. Jednako položeni članovi pojedinih dekada razlikuju se samo u položaju decimalnog zareza: 1 1,6 2,5 4 6.3 10 10 16 25 40 63 100 100 160 250 400 630 1000 Svaki gušći red sadrži sve članove prethodnog reda koji ima manji broj članova. Svaki viši red sadrži dvostruki broj članova prethodnog reda. Odnos bilo koga člana unutar reda prema najbližem manjem članu je konstantan i prema zakonu geometrijskog reda iznosi: qr

r= 10 ( 2.1)

gdje je r oznaka reda (5, 10, 20, 40). Za različite redove taj porast iznosi:

R5 1,6 R10 1,25 R20 1,12 R40 1.06 R80 1.03

Pri odabiru standardnih brojeva treba uvijek nastojati upotrebljavati red sa sa najgrubljim skokom (R5). Ako taj ne zadovoljava ide se na finiji red (R10) itd. Izvedeni redovi standardnih brojeva dobiju se tako da se od osnovnog reda uzimaju samo određeni članovi, ali pravilno odabrani naprimjer svaki drugi ili svaki treći itd.Članovi takovog reda se mogu dobiti i direktno preko jednadžbe za razmak članova tako da se potkorjenoj vrijednosti , 10, dodaje potencija 1, 2, 3, 4,……Ako, naprimjer, tvorimo izvedeni red koji ima svaki treći član reda R10 tada će biti qr = 10310 , pa će mu članovi biti za raspon od 1 do 1000 : 1, 2,4,8,16,32,63,125,250,500,1000. Oznake ovakovih izvedenih redova tvore se tako da se uz oznaku osnovnog reda doda koji svaki član osnovnog reda uzimamo za izvedeni. Za gore navedeni primjer oznaka reda bi bila R10/3.Moguće je i točno precizirati da neki član u tako formiranom nizu mora biti sadržan u tome nizu. Naprimjer red 10/3(...80...) sadrži svaki treći član reda R10, ali mora sadržavati i standardni broj 80. Ponekad redovi ne moraju biti iste gustoće u cijelom opsegu, pa se opseg reda dijeli u nekoliko intervala standardnih brojeva. Mogu se kombinirati i osnovni i izvedeni redovi.Naprimjer red R20(14…25) + R40/3(25….50) + R10(50….100) sadrži članove 14,16,18,20,22.4, 25, 30, 35.5, 42.5, 50, 63, 80, 100. Redovi su u pravilu rastući, a ako su padajući onda se uz oznaku reda to naznači. Naprimjer ako želimo da red bude padajući onda uz oznaku reda to naznačimo: R40(300….75). To znači da je prvi član reda 300 a zadnji 75. Isto tako npr.:R10/3(...80...) je red koji sadrži svaki treći član iz osnovnog reda R10, ali mora sadržavati standardni broj 80. Na sličan način se tvore i ograničeni redovi koje označujemo graničnim članom u zagradi, npr. R5(16...) R10(...400) R20(2,5...5). Produkti i kvocjenti normnih brojeva su opet normni brojevi dok zbrojevi i razlike u pravilu to nisu ( izuzetci postoje). Osnovni redovi imaju prednost pred izuzetnim ili izvedenim redovima.Ako je upotreba standardnih brojeva potpuno isključena, upotrebljavaju se takozvani prilagođeni brojevi : 1,05 2,1 2,4 3,5 4,8 1,1 2,2 2,6 3,6 5,5 1,2 2,25 3,2 3,8 7,0 1,3 2,35 3,4 4,2 2.2.1. Uporaba standardnih brojeva U inženjerskoj praksi se često proizvode konstruktivni nizovi odnosno serije proizvoda koje su gemetrijski slični to jest različitih veličina (tipizacja). Zahvaljujući zakonitostima standardnih brojeva moguće je za samo jedan primjer ( original ) u tom nizu proizvoda

izvršiti detaljno dimenzioniranje i oblikovanje, koje će onda vrijediti za čitav niz. Naravno ovo vrijedi uz ispunjenje određenih uvjeta vezanih uz fizikalne veličine općenito, odnosno zakonitosti njihovih sličnosti koje proizlaze iz geometrijskih sličnosti. Najjednostavnije je definirati omjer duljina (standardne duljinske mjere za područje od 1 do 1000 mm vide se u tablici 2.2.). Tablica 2.2. Standardne duljinske mjere u mm ( HRN A.A0.010 - 1959) 1 ... 10 mm 10 ... 100 mm 100 ... 1000 mm R5 R10 R40* i.v. R5 R10 R40* I.v. R5 R10 R40* 1,00 1,00 1,00 · · 10 10 10 · · 100 100 100 · · · 1,06 1,05 · · · 10,6 10,5 · · · 106 105 · · 1,12 1,1 · · · 11,2 11 · · · 112 110 · · 1,18 1,15 · · · 11,8 11,5 · · · 118 115 · 1,25 1,25 1,2 · · 12,5 12,5 12 · · 125 125 120 · · 1,32 1,3 · · · 13,2 13 · · · 132 130 · · 1,40 · · · · 14 · · · · 140 · · · 1,50 · · · · 15 · · · · 150 · 1,60 1,60 1,60 · · 16 16 16 · · 160 160 160 · · · 1,70 · · · · 17 · · · · 170 · · · 1,80 · · · · 18 · · · · 180 · · · 1,90 · · · · 19 · · · · 190 · · 2,00 2,00 · · · 20 20 · · · 200 200 · · · 2,12 2,1 · · · 21,2 21 · · · 212 210 · · 2,24 2,2 · · · 22,4 22 · · · 224 220 · · 2,36 2,35 2,4 · · 23,6 23,5 24 · · 236 235 2,50 2,50 2,50 · · 25 25 25 · · 250 250 250 · · · 2,65 · 2,6 · · 26,5 · 26 · · 265 · · · 2,80 · · · · 28 · · · · 280 · · · 3,00 · · · · 30 · · · · 300 · · 3,15 3,15 3,2 · · 31,5 31,5 32 · · 315 315 320 · · 3,35 3,4 · · · 33,5 34 · · · 335 340 · · 3,55 3,6 3,5 · · 35,5 36 35 · · 355 360 · · 3,75 3,8 · · · 37,5 38 · · · 375 380 4,00 4,00 4,00 · · 40 40 40 · · 400 400 400 · · · 4,25 4,2 · · · 42,5 42 · · · 425 420 . . 4,50 · · · · 45 · · · · 450 · · · 4,75 4,8 · · · 47,5 48 · · · 475 480 · 5,00 5,00 · · · 50 50 · · · 500 500 · · · 5,30 · · · · 53 · · · · 530 · · · 5,60 · 5,5 · · 56 · 55 · · 560 · · · 6,00 · · · · 60 · · · · 600 · 6,30 6,30 6,30 · 6,0 63 63 63 · · 630 630 630 · · · 6,70 · 6,5 · · 67 · 65 · · 670 · · · 7,10 · 7,0 · · 71 · 70 · · 710 · · · 7,50 · · · · 75 · · · · 750 · · 8,00 8,00 · · · 80 80 · · · 800 800 · · · 8,50 · · · · 85 · · · · 850 · · · 9,00 · · · · 90 · · · · 900 · · · 9,50 · · · · 95 · · · · 950 · 10,00 10,00 10,00 · · 100 100 100 100 · 1000 1000 1000 · ∗desno su prilagođeni brojevi; i.v. – izuzetne vrijednosti

Ako postoji geometrijska sličnost onada omjer doljina mora biti jednak faktoru porasta duljina odnosno

qqqln

n= +1 (2.2)

Omjer površina bit će tada:

qq

qqA

n

nl= =+( )1

2

22 (2.3)

Omjer volumena bit će:

qq

qqV

n

nl= =+( )1

3

33 (2.4)

Na isti je način definiran i omjer masa ( q qm l= 3 ). Omjer vremena: q qt l= (2.5) Omjer ubrzanja:

qaa

qq qa

n

n

l

t l= = =+1

2

1 (2.6)

Omjer sila će biti:

qm a

m aq

qqF

n n

n nl

ll= = =+ +1 1 3 21

(2.7)

Omjer naprezanja:

qqq

qq

F

A

l

lσ = = =

2

2 1 (2.8)

Omjer momenata (fleksionih i torzionih): q q q q qM T F l l= = = 3 (2.9) Omjer brzina:

qqqv

l

t= = 1 (2.10)

Omjer snaga: q q q qP F v l= = 2 (2.11)

Vidi se da su omjeri brzine i naprezanja jednaki jedinici. To znači da će svi proizvodi jedne familije imati približno ista naprezanja i brzine. U ovim se razmatranjima zanemaruju vlastite težine . Ako se želi projektirati konstruktivni niz (familija) proizvoda sa nekom radnom karakteristikom X sa x članova, omjer porasta te karakteristike će biti:

qXXX x= −

max

min

1 ( 2.12.)

Primjer 1 Potrebno je razviti konstruktivni niz zavojnih torzijskih zavojnih opruga izrađenih od jednakog materijala a koje se mogu opteretiti silama od 10 do 1000 N . Potrebni broj opruga u nizu je 11. Materijal opruga je čelik koji ima τdop N mm= 260 2/ .

U ovom primjeru je zadana karakteristika niza ( X ) sila koja djeluje na oprugu. Prema ( 2.7.) je

qF = = =−1000

10100 158511 1 10 .

Ovaj se rezultat može zaokružiti na qF =1.6 pa veličine sila raspoređujemo po pravilu reda R5. Naprezanje materijala opruge u cijelom konstruktivnom nizu mora mora biti približno jednako pa će porast dužinskih veličina biti: q ql F= = =16 125. . Iz ovog proizlazi da će vrijednosti polumjera opruge R i promjera žice d od koje se namata opruga biti članovi niza R10. Proračunom “originala” po jednadžbi

dFR

dop=

163πτ

uz Rmin=5 i Fmin=10 N (zadano), dobije se konačni izgled konstruktivnog niza koji se vidi u donjoj tablici.

d

R

Veličina Red Izvedba F (N) R5 10 16 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 d (mm) R10 1 1.25 1.6 2 2.5 3.15 4 5 6.3 8 10 R (mm) R10 5 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50

Primjer 2 Treba projektirati konstruktivni niz jednostupanjskih prijenosnika-reduktora za snage od P=1 kW do P= 30 kW sa 11 članova niza. Materijali u cijelom nizu su jednaki,kao i ulazne brzine vrtnje. Na temelju proračuna jednog od prijenosnika iz niza dobivene su vrijednosti svih parametara.Jednostavno je provjeriti da čvrstoće boka i korjena u cijelom nizu ostaju skoro konstantne.

(kote!)

q P = = =−301

30 140511 1 10 .

Na temelju proračuna jednog od prijenosnika iz niza su dobivene vrijednosti svih parametara. Također su i čvrstoće zuba u cijelom nizu približno jednake. Niti jedan od dobivenih omjera nije faktor porasta niti jednog osnovnog reda pa tvorimo kombinaciju redova. Veličina Izvedba P (kW) 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11.2 16 22.4 31.5 a (mm) 50 60 71 85 106 125 150 180 212 250 300 H (mm) 56 67 80 95 112 132 160 190 236 280 335 B (mm) 132 160 190 236 280 335 400 475 560 670 800 modul (mm) 1 1.25 1.5 1.75 2 2.5 3 3.5 4.25 5 6

Vrijednosti u gornjoj tabeli su date kao izvedeni red a po vrijednostima reda R20/4 za snage, te reda reda R40/4 za duljinske veličine. Moduli su dati po ISO54-DIN780, prioritet I i II, koji predstavlja kombinaciju osnovnih, iznimnog i izvedenih redova. 2.3. HRAPAVOST TEHNIČKIH POVRŠINA

Izgled tehničkih površina zavisan je u najširem smislu većinom od načina dobivanja (tehnologije) izratka. Međutim puno je važniji kriterij funkcije strojnog dijela.Zato konstruktor mora propisati kakova površina mora biti vodeći računa o više kriterija (funkcija, ekonomičnost, estetika i td.). Na slici 2.1. .se vidi kako razred hrapavosti utječe na relativnu cijenu koštanja za određenu strojnu obradu izratka. Osnovni pojmovi o hrapavost bit će dati prema ISO 4287/1 te HRN M.A0.065 Površinska hrapavost je sveukupnost mikrogeometrijskih nepravilnosti na površini predmeta koje su mnogo puta manje od površine cijelog predmeta, a prouzrokovane su postupkom obrade ili nekim drugim utjecajima. Slika 2.1. Međuzavisnost razreda hrapavosti i relativne cijene koštanja za strojnu obradu vanjskog brušenja Profil hrapavosti p je presjek geometrijske površine s nekom ravninom. Razlikujemo : uzdužni, poprečni, periodični i neperiodični profil. Presječna ravnina se u pravilu postavlja poprečno na profil kada je on periodičan (strojna obrada tokarenjem i blanjanjem) odnosno izražen, jer bi se postavljanjem naprimjer uzdužno dobili potpuno krivi parametri hrapavosti.

Slika 2.1. Profil i referentne dužine hrapavosti

Dužina vrednovanja ln je dužina na kojoj vrednujemo vrijednosti veličina hrapavosti. Ta dužina može sadržavati jednu ili više referentnih dužina l. Referentne dužine izabiremo prema vrsti i finoći obrade te mjernoj metodi : Tablica 2.3. Prikladne referentne dužine u ovisnosti od strojne obrade

Postupak obrade Prikladna referentna dužina l

mm blanjanje glodanje, bušenje tokarenje, razvtavanje brušenje honanje, lepanje

2,5 8 25 0,8 2,5 8 0,8 2,5 0,25 0,8 2,5 0,25 0,8

2.3.1. Sustav srednje linije To je referentni sustav koji služi za vrednovanje profila, ako se srednja crta m promatra kao referentna.Ona dijeli profil tako da je unutar referentne dužine l suma kvadrata svih odstupanja profila y od te crte najmanja. Srednje aritmetičko odstupanje profila Ra je srednja aritmetička vrijednost apsolutnih vrijednosti profila y u granicama referentne dužine

.

Rl

y x dxa

l

= ∫1

0

( )

Slika. 2.2. Definicija srednjeg aritmetičkog odstupanja te srednjeg kvadratnog odstupanja Srednje kvadratno odstupanje profila Rq je srednja kvadratna vrijednost profila u granicama referentne dužine l

Rl

y x dxq

l

= ∫1 2

0

( )

Visina neravnina profila mjerena u deset točaka Rz je srednja vrijednost apsolutnih vrijednosti visine pet najviših izbočina i dubine pet najdubljih udubina u granicama referentne dužine (slika 2.3.)

Ry y

z

pi viii=

+==∑∑

1

5

1

5

5

Slika 2.3. Visine neravnina profila ( y pi - visina i-te najviše izbočine, a yvi - dubina i-te najdublje

udubine. Najveća visina profila Ry je udaljenost između dva pravca paralelna s srednjom linijom profila - izbočinskom graničnicom (pravac koji dotiče najviše točke profila) i udubinskom

graničnicom (pravac koji dotiče najniže točke profila) - u granicama referentne dužine R R Ry p m= + gdje je Rp - najveća visina izbočine profila I Rm - najveća dubina izbočine profila.

Slika 2.4. Izbočinske i udubinske karakteristike profila hrapavosti Visina razmaka c je udaljenost između presječnice razmaka i izbočinske graničnice; izražena je u ovisnosti od najveće visine profila Ry : Ry μm ...1 1)...2,5 2,5)...4 4)...6 c μm 0,1 0,25 0,6 1,6 Relativna nosiva dužina profila t p je omjer između nosive dužine profila η p nb b b= + + +( ... )1 2 i referentne dužine l

tlp

p=η

Tablica 2.4..Razred površinske hrapavosti (HRN M.A0.065 - 1981) u ovisnosti o najvećem prosječnom aritmetičkom odstupanju profila Ra (μm)

Ra max Stupanj hrapavosti

Ra max Stupanj hrapavosti

0.025 N 1 1.6 N 7 0.05 N 2 3.2 N 8 0.1 N 3 6.3 N 9 0.2 N 4 12.5 N 10 0.4 N 5 25 N 11 0.8 N 6 50 N 12

2.3.2. Označavanje površinske hrapavosti u crtežima ( HRN M.A0.065 - 1981 ) Na crtežima se određenom simbolikom relevantne površine označavaju da bi se propisala njihova hrapavost i način obrade da bi se ona postigla. Oznake hrapavosti pri obradi odvajanjem čestica :

a - srednje aritmetičko odstupanje profila Ra u μm ili oznaka razreda hrapavosti N (vidi tablicu 2.4.), b - postupak obrade c - referentna duljina l,

d - smjer obrade s obzirom na projekcijsku ravninu (usporedno : =, pravokutno : ⊥ , unakrsno : X, u više smjerova :M, približno kružno prema središtu :C, približno radijalno prema središtu :R), e - dodatak za strojnu obradu, f - možebitni drugi podaci o hrapavosti. Oznaka hrapavosti bez obrade odvajanjem čestica : Primjeri označavanja na crtežima:

2.3.3.Odnos razreda tolerancije i razreda hrapavosti Postizanje određenog razreda tolerancije (vidi poglavlje 2.4.) je u vezi sa hrapavošću površina koje se toleriraju. Ovaj je odnos propisan standardom HRN M.A1.025 - 1981 i M.A0.065. Tablica2. 5.Odnos razreda tolerancije i razreda hrapavosti

Razred površinske hrapavosti za nazivne izmjere

Razred tolerancij

e

... 3 3) ... 18 18) ... 80 80) ... 250 250) ...

IT5 N3 N4 N5 N5 N6 IT6 N4 N5 N5 N6 N6 IT7 N5 N5 N6 N7 N7 IT8 N5 N6 N7 N7 N8 IT9 N6 N6 N7 N8 N9 IT10 N7 N7 N8 N9 N9 IT11 N7 N8 N9 N9 N10 IT12 N8 N8 N9 N10 N11 IT13 N9 N9 N10 N11 N11 IT14 N10 N10 N11 N11 N12

Tablica 2.8.Stupnjevi površinske hrapavosti koji se mogu postići određenom vrstom strojne obrade

Postupak Stupanj površinske hrapavosti Ra (μm) obrade N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N1

0 N11

N12

100 200 400 800

Ručna obrada - grubo turpijanje - fino turpijanje

*

*

*

* *

*

*

*

*

*

*

Lijevanje - u pijesak - u kokilu - tlačno lijevanje

*

*

*

* *

* *

* *

* *

*

*

*

*

Kovanje - toplo, slobodno - toplo u ukovnju - hladno u ukovnju

*

*

* *

*

*

*

* *

*

*

*

Valjanje - toplo - hladno

*

*

*

*

*

* *

*

*

*

*

Pjeskarenje * * * *

Sačmarenje * * *

Autogeno rezanje * * *

Tokarenje - grubo - fino

*

*

*

*

* *

*

*

*

*

*

*

Blanjanje - grubo - fino

*

*

*

* *

*

*

*

*

Glodanje - grubo - fino

*

*

*

* *

*

*

*

*

Bušenje svrdlom * * * * *

Razvrtavanje * * * * * *

Brušenje - grubo - fino

*

*

*

*

* *

*

*

*

*

Poliranje - mehaničko - električno

*

*

* *

* *

* *

*

Honanje, lepanje * * * * * * *

Superfiniš * * *

Obrada navoja - rezanje - brušenje, valjanje

*

*

* *

* *

*

*

*

*

Obrada zubaca - blanjanje - glodanje - brušenje

*

*

* *

* * *

* *