3/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu

58

URZĄDZENIE DO TESTOWANIA WYTRZYMAŁOŚCI POŁĄCZEŃ W RAMACH OZDOBNYCH

Krzysztof MATECKI, Tomasz SAMBORSKI, Andrzej ZBROWSKI

S t r e s z c z e n i eW artykule przedstawiono przeznaczenie, koncepcję, zasadę działania, konstrukcję oraz budowę urządzenia do testowania wytrzymałości połączeń kątowych ramek ozdobnych o różnych gabarytach profilu. Pokazano zastosowanie urządzenia do pro-dukcyjnych badań jakościowych, omówiono test wytrzymałości dla kątowych połączeń profili. Podano warunki prowadzenia ba-dań, sposób wywoływania obciążeń statycznych w trakcie wykonanych testów oraz pomiar obciążenia. Wskazano możliwości adaptacji urządzenia do prowadzenia testów innych typów montażowych połączeń kątowych poprzez modyfikację konstrukcji, rozszerzanie instrumentarium badawczego o niezbędne oprzyrządowanie oraz automatyzację testu i rejestracji pomiarów.

S ł o w a k l u c z o w ekontrola jakości, połączenia kątowe

Wprowadzenie

Ramki ozdobne, proponowane w bogatej ofercie przez producentów, wykorzystywane powszechnie do dekoracji wnętrz, są ważnym dodatkiem w ich stylowej aranżacji. Dostępne w różnych wariantach używane są przede wszystkim do prezentacji obrazów, rysunków lub fotogra-fii. Nadają prezentowanym w nich obiektom oryginalny wygląd, podkreślają ich estetyczne walory, sprawiają, że stanowią ozdobę każdego wnętrza. Wykonywane są jednostkowo, ręcznie z wysokiej klasy drewna, oraz masowo z materiałów drewnopochodnych prasowanych z odpadów drzewnych, oklejanych foliami papierowymi. W przypadku ostatnich, połączenia kątowe profili spajane są automatycznie lub ręcznie za pomocą spinek wbija-nych pneumatycznie oraz kleju – szybko lub wolno wią-żącego. W warunkach produkcji seryjnej lub wielkoseryj-nej wytrzymałość tak uzyskanych połączeń często nie pozwala przenosić większych obciążeń, jakie pojawiają się, gdy we wnętrzu obszaru ograniczonego połączenia-mi kątowymi umieszczana jest na przykład szyba. Dlate-go celowe jest określenie optymalnego sposobu wytwo-rzenia tego typu połączeń, aby połączenie kątowe mogło przenieść przewidywane obciążenia bez zastosowania niepotrzebnych dodatkowych wzmocnień. Można tego dokonać, poddając wykonane złącza badaniom umożli-wiającym przy użyciu odpowiedniego instrumentarium, określenie wytrzymałości tego typu połączeń. Ze wzglę-du na brak przepisów normatywnych dla badań tego typu obiektów testy prowadzone są zgodnie z obowiązującymi

u producenta procedurami. Brak na rynku dedykowanych urządzeń pomiarowych stwarza konieczność opracowy-wania rozwiązań technicznych pozwalających na wyko-nywanie badań wytrzymałościowych w sposób powta-rzalny i nieobarczony błędami pomiarowymi.

Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy w Radomiu od wielu lat podejmuje prace zwią-zane z tematyką tego typu badań. W ich wyniku opraco-wano i wdrożono wiele urządzeń do kontroli technicznej materiałów, elementów konstrukcyjnych i wyrobów. Po-wstały urządzenia do badań atestacyjnych mebli, mię-dzy innymi stanowiska do wyznaczania charakterystyk eksploatacyjnych leżysk i siedzisk mebli tapicerowanych [1, 2], urządzenie do badania udarności mebli [3] oraz stanowisko do badań atestacyjnych biurowych krzeseł i foteli obrotowych [4]. Wykonano i wdrożono szereg hy-draulicznych układów obciążających wykorzystujących technikę proporcjonalną, które zostały wykorzystane mię-dzy innymi w urządzeniach do badania hydraulicznych narzędzi stosowanych przez służby ratownicze [5, 6], do termomechanicznych badań izolatorów elektroenerge-tycznych [7] i w specjalnym urządzeniu technologicznym do impulsowego spiekania trudnotopliwych materiałów kompozytowych [8].

W ramach współpracy z jednym z producentów ram ozdobnych opracowano i wykonano serię urządzeń do testowania wytrzymałości połączeń kątowych ram ozdobnych o różnych gabarytach profilu, przeznaczo-nych do bieżącej kontroli produkcji w obowiązującym systemie jakości.

TiAM_3_2015_szary.indd 58 2015-09-14 14:24:32

Technologia i Automatyzacja Montażu 3/2015

59

Przeznaczenie i koncepcja urządzenia

Urządzenie do testowania wytrzymałości połączeń kątowych ramek ozdobnych przeznaczone jest do testo-wania wytrzymałości spoin ramek ozdobnych produko-wanych z materiału MDF wykończonego folią papierową, o maksymalnej grubości 31 mm. Ramki spajane są auto-matycznie (maszynowo) oraz ręcznie za pomocą spinek wbijanych pneumatycznie lub kleju – szybko lub wolno wiążącego.

Z uwagi na brak postanowień normatywnych przyjęto następujące założenia projektowe urządzenia: – ręczna obsługa urządzenia w zakresie wywoływania

obciążeń i rejestracji pomiarów, – dwukierunkowy układ mocowania: obustronne po-

ziome ściskanie i pionowy docisk, – zakres wymiarów poprzecznych profilu ramki od

12 do 31 mm – maksymalna siła obciążająca 100 N.

Próbki do badań

Próbki do badania pobierane są z ramek ozdobnych wykonanych z drewna lub MDF, wykończonego folią pa-pierową. Grubość profilu ramek zawiera się w przedziale od 12 do 31 mm. Próbkę stanowi kątownik (rys. 1) o wy-miarach A × B wycięty z ramki. Minimalne wymiary przy-gotowanych próbek to A = 100 mm, B = 150 mm. Maksy-malne wymiary profilu próbki to g = h = 31 mm.

W trakcie przygotowania próbek połączeń kątowych należy zwrócić szczególną uwagę, aby nie naruszyć spo-iny narożnej klejowej lub wykonanej metalowymi spinka-mi. Przykład połączenia kątowego z widoczną metalową spinką 1 oraz śladem stykowego połączenia klejowego 2 dla różnych przekrojów profili pokazano na rys. 2.

Budowa urządzenia

Urządzenie (rys. 3) składa się z podstawy 1 wyko-nanej z profilu aluminiowego z teowymi rowkami mon-tażowymi wyposażonej w regulowane stopki wahliwe 2. Na podstawie 1 zamontowano osiowo za pomocą ele-mentów złącznych stolik przesuwny 3 z pokrętłem na-pędowym 4 oraz listwę bazową 9. Na płycie mocującej 5 stolika osadzono podstawkę 6, a na niej zamocowano siłomierz cyfrowy 7 wyposażony w końcówkę hakową 8. W listwie bazowej 9 zamontowano śrubę rzymską 10 z pokrętłem 11 oraz prowadnice 12, na których osadzo-no suwliwie i symetrycznie względem osi symetrii listwy bazowej metalowe szczęki 13. Na szczękach osadzono za pomocą śrub 14 dodatkowy pionowy docisk składa-jący się z belki przesuwnej 15 oraz śruby dociskowej 16 z pokrętłem 17. Obciążanie badanej próbki realizowane jest poprzez ruch obrotowy pokrętła stolika powodujący przesuw podstawki z siłomierzem sprzęgniętym cięgnem 18 z badaną próbką 19. Zakres ruchu stolika umożliwia łatwy montaż i demontaż cięgna na obciążanym ramieniu badanych próbek.

Rys. 1. Próbki do badań: a) widok, b) wymiary próbki, c) wymiary przekrojuFig. 1. Specimens: a) view, b) dimensions of the specimen, c) dimensions of the cross section

Rys. 2. Przykłady połączeń kątowych profili wykonanych z tworzywa MDF o wymiarach: a) 12 mm×15 mm, b) 15 mm×20 mm, c) 30 mm×30 mm Fig. 2. Examples of frame joints made of MDF with the following diameters: a) 12 mm×15 mm, b) 15 mm×20 mm, c) 30 mm×30 mm

TiAM_3_2015_szary.indd 59 2015-09-14 14:24:32

3/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu

60

Rys. 3. Model 3D urządzenia do testowania wytrzymałości połą-czeń kątowych ram (opis w tekście)Fig. 3. 3D model the device to test the strength of frame joints (described in the text)

Obsługiwane ręcznie urządzenie (rys. 4) przezna-czone jest do prowadzenia testów wytrzymałościowych w warunkach laboratoryjnych z maksymalnym obciąże-niem do 100 N (tab. 1).

Rys. 4. Widok urządzenia do testowania wytrzymałości połą-czeń kątowych ramFig. 4. View of the device to test the strength of frame joints

Tabela 1. Parametry techniczne urządzeniaTable 1. Technical parameters of the device

Zakres temperatur pracy +10°C ÷ +30°CWilgotność maks. 80%Wymiary gabarytowe 207×660×190 mmMasa ok. 4 kgZakres wywoływanych obciążeń do 100 N

Opis testu

Przygotowana próbka montowana jest w urządzeniu (rys. 5) na listwie bazowej 1. Płaszczyzna C ramki usta-wiona zgodnie z płaszczyzną D listwy bazowej. Obraca-jąc pokrętłem 2, należy zacisnąć i zamocować próbkę w szczękach 3, a pokrętłem 4 docisnąć próbkę do listwy bazowej. Po zamocowaniu próbki pokrętłem 5 ustawić położenie siłomierza 6 tak, aby na zamocowaną próbkę swobodnie założyć strzemię 7 zamontowane przegubo-wo na haczyku końcówki 8 siłomierza.

Rys. 5. Prowadzenie testu złącza ramki (opis w tekście)Fig. 5. Frame joint test – execution (described in the text)

Pokrętłem 5 powoli, ze stałą prędkością przesuwać stolik z siłomierzem w przeciwną stronę aż do wymu-szenia na próbce siły. Siła powinna być przyłożona do próbki na wysokości 100 mm od powierzchni jej styku z listwą bazową. Badanie należy prowadzić do osiągnię-cia zadanej siły (np. 40 N). Wartości obciążeń pokazywa-

Rys. 6. Próbki połączeń kątowych: a) przed, b) w trakcie i c) po testach prze-prowadzanych na urządzeniuFig. 6. Frame joint specimens: a) before, b) during, c) after strength tests

TiAM_3_2015_szary.indd 60 2015-09-14 14:24:33

Technologia i Automatyzacja Montażu 3/2015

61

ne są na wyświetlaczu siłomierza. Maksymalne obciąże-nie niszczące próbkę przed osiągnięciem jej nominalnego obciążenia zostaje zapamiętane przez siłomierz.

Na rys. 6 zaprezentowano próbki poddane testom, których złącza uległy zniszczeniu przy obciążeniu poniżej wymaganego równego 40 N.

Podsumowanie

Opracowane urządzenie przeznaczone jest do pro-wadzenia testów wytrzymałości połączeń kątowych wy-konywanych w ramkach ozdobnych z zastosowaniem technologii klejenia wzmacnianych metalowymi spinka-mi. Konstrukcja urządzenia pozwala na łatwe i szybkie dostosowanie do badania próbek charakteryzujących się szerokim zakresem zmian geometrii. Partia urządzeń zo-stała wdrożona w zakładowym systemie kontroli jakości obowiązującym u jednego z krajowych producentów ram ozdobnych. Ze względu na uniwersalny, elastyczny sys-tem mocowania badanych wyrobów urządzenie wykorzy-stać można również do testowania połączeń kątowych elementów wykonywanych z innych materiałów konstruk-cyjnych i w innej technologii łączenia.

Działanie urządzenia można zautomatyzować, wpro-wadzając mechatroniczny system obciążenia, układy pomiaru przemieszczeń oraz siły współpracujące ze sterownikiem PLC lub komputerem. Urządzenie wypo-sażone w system sterowania obciążeniem oraz system pomiaru i akwizycji danych pozwoli na wyeliminowanie w znacznym stopniu czynnika ludzkiego mającego znaczny wpływ na wyniki badań. Takie działanie stanowić będzie następny etap prac autorów, dotyczących rozwoju urządzenia.

Z uwagi na powszechność wykorzystywania ramek ozdobnych, ciągle rosnące zapotrzebowanie oraz ob-serwowany w ostatnim czasie rozwój tej branży, należy wziąć pod uwagę opracowanie uregulowań normatyw-nych ujednolicających wymagania dla tego typu wyro-bów.

Pracę wykonano w ramach realizacji Projektu Strategicz-nego POIG.01.01.02-14-03/09 UE/NCBiR „Innowacyjne systemy wspomagania technicznego zrównoważonego rozwoju gospodarki”.

LITERATURA

1. Matecki K., S. Kozioł, S. Samborski, A. Zbrowski. 2010. „Stanowisko do wyznaczania charakterystyk eksploatacyjnych leżysk mebli tapicerowanych”. Pneumatyka Przemysłowe Systemy Sprężonego Powietrza 75 (2) : 20–24.

2. Dobrodziej J., J. Wojutyński, K. Matecki, A. Gospo-darczyk, M. Rogoziński. 2009. „System badań trwa-łości i twardości leżysk mebli”. Problemy Eksploatacji (1) : 27–44.

3. Wojutyński J., M. Siczek. 2014. „Urządzenie do ba-dania udarności mebli”. Problemy Eksploatacji (4).

4. Zbrowski A., K. Matecki. 2014. „Test stand for durabi-lity tests of rotating elements of office chairs”. Mate-riały konferencyjne, Inżynieria Przyszłości.

5. Kozioł S., K. Matecki, T. Samborski. 2010. „Technicz-ny system badań hydraulicznych narzędzi ratowni-czych”. Problemy Eksploatacji (1) : 155–165.

6. Kozioł S., K. Matecki, T. Samborski, E. Matras. 2009.„Pneumatyczne poduszki podnoszące – badanie od-porności na przebicie”. Pneumatyka (3) : 6–9.

7. Samborski T., A. Zbrowski, S. Kozioł. 2012. „Cham-ber for thermo-mechanical tests of high voltage in-sulators”. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Re-view) (11a) : 337–339.

8. Kozioł S., A. Majcher, K. Matecki, T. Samborski. 2006. „A mechanical system for force delivery to a high vacuum chamber”. Problemy Eksploatacji (4) : 153–159.

______________________Mgr inż. Krzysztof Matecki – Instytut Technologii Eksplo-atacji – Państwowy Instytut Badawczy, 26-600 Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. 48 3649256, e-mail: krzysztof.matecki@itee.radom.pl.Dr inż. Tomasz Samborski – Instytut Technologii Eksplo-atacji – Państwowy Instytut Badawczy, 26-600 Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. 48 3649232, e-mail: tomasz.samborski@itee.radom.pl;Dr inż. Andrzej Zbrowski – Instytut Technologii Eksplo-atacji – Państwowy Instytut Badawczy, 26-600 Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. 48 3649304, e-mail: andrzej.zbrowski@itee.radom.pl.

DEVICE TO TEST THE STRENGTH OF JOINTS OF DECORATIVE FRAMES

A b s t r a c tThe article describes the purpose, idea, principle of operation, design and structure of the device intended to test the strength of decorative frame joints with different profile dimensions. The author presents the application of the device for production quality tests and discusses a strength test for frame joints. Moreover, test conditions and the ways to set and measure static loads are described. The author indicates the possibility to adapt the device to tests of different types of joints by modifying the design of the device and modernizing the stand through the application of necessary equipment and the automation of the test and the data acquisition process.

K e y w o r d squality control, frame joints

TiAM_3_2015_szary.indd 61 2015-09-14 14:24:33