Magasin. Clip. - Produktutveckling av högkapacitetsmagasin. Product development of a high capacity clip. Markus Hedberg Simon Österholm

Transkript

1 Magasin - Produktutveckling av högkapacitetsmagasin Clip Product development of a high capacity clip Markus Hedberg Simon Österholm Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng och ingår som ett obligatoriskt moment i Högskoleingenjörsexamen i Maskiningenjör, Produktutveckling, 180 högskolepoäng Nr 4/2010

2 Magasin Produktutveckling av ett högkapacitetsmagasin Clip Product development of a high capacity clip Markus Hedberg, markus.hedberg@gmail.com Simon Österholm, simonosterholm@hotmail.com Kandidatuppsats examensarbete Ämneskategori: Serie & nummer: Teknik Maskiningenjör Produktutveckling 4/2010 Högskolan i Borås Institutionen Ingenjörshögskolan BORÅS Telefon Examinator: Handledare, namn: Andrea Ehn Högskolan i Borås Lars Ekström Högskolan i Borås Uppdragsgivare: Anders Rydell Datum: Nyckelord: Magasin, patron, CAD, ProE, ii

3 Abstract Today there are numbers of technical solutions for storing a larger quantity of cartridges in an magazine. But no solution is perfect for the mostly common cartridge on the market,.22 LR (Long rifle). Most of the magazines are inflexible and uses unnecessary large volume. One of the problems lies in the shapes of the cartridge; it has a surrounding edge on the back. These edges do the storage of a larger quantity cartridges difficult. A new type of magazine has been developed in this project. With an old patent as inspiration, has a new magazine been created with a capacity of storing over 50 cartridges within a limited volume. A magazine with a mechanism that twists the cartridges in a way that store the cartridges every other in the opposite direction. This leads to more effective storage, without that the edge on the cartridge is in the way. After they have been rotated, they will be stored in a part shaped as a storage tray. All parts are held together by a strong protecting cover, where everything is locked by means of nuts and bolts. Course of action to confront this task, has been to, from a basic concept, develop 3D-models in a CAD-program who is easy to analyse and evaluate. This model has been dispatched to a manufacturer who has created a first prototype. This first step, in the making of a brand new product, will hopefully lead the development forward to a future success. Sammanfattning I dagsläget finns det ett antal tekniska lösningar på hur man kan lagra ett större antal patroner i ett magasin. Ser man till patroner av typen.22 Long Rifle, som är världen mest sålda typ av patron, finns det inga perfekta lösningar. De är generellt osmidiga och tar upp stor volym. Ett av problemen är patronens form, där en bakre kant försvårar lagring av en större mängd patroner. I detta projekt har en ny modell av ett magasin tagit form. Genom en idé baserad på ett tidigare patent, formades ett magasin med en kapacitet att lagra över 50 patroner inom en begränsad volym. Idén är en vridningsmekanisk som vrider patronerna varannan gång åt motsatt håll, vilket gör att de kan lagras effektivt utan att patronens bakkant påverkar något. Lagringen sker i en ränna formad som en spiral vilket sparar mycket volym. Allt innesluts i ett starkt hölje som bär upp parterna och som sluts med bultar och muttrar. Målet för denna produktutveckling har varit att ta fram 3D-modeller i ett CADprogram genom ett grundkoncept, detta för att sedan ha möjligheten att analysera och modifiera dem. Resultatet av detta har blivit en 3D-modell som skickats till en tillverkare som tagit fram en första prototyp. Förhoppningen är att en bra grund har lagts för vidare analys och utvärdering som leder utveckling framåt mot en storsäljare inom sportskytte. iii

4 Innehållsförteckning 1 Inledning Syfte Bakgrund, fakta och metod Ruger 10/ Laddning av Ruger 10/ Patron.22LR Magasin Standardmagasin Trummagasin Bananmagasin Kedjemagasin Uppdragsgivaren Produktutveckling Regler och lagar Programvaror Tillverkningsmetoder CNC-bearbetning Formsprutning Rapid Prototyping Material Rostfritt stål Aluminium Zytel HTN (high performance polyamide) Utvecklingsarbetet Arbetsgång Grundidé Utformning Vridning Lagring Drivkraft Stabilisering Material Tillverkning Prototypframtagning Tillverkning av slutprodukt Resultat Parter Vikt och storlek Design Ritningar Prototyp Framtiden och marknaden Diskussion Slutsats Referenser Litteratur Internet Bilder iv

5 Bilagor: 3 stycken Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Mått.22LR Yttermått hylsa Storleksjämförelse magasin v

6 1 Inledning År 1949 lade Bill Ruger grunden för vad som ska bli ett stort framgångsrikt företag inom vapenindustrin. 1 Just detta år formgav han, med den japanske pistolen Nambu pistol 2 som referens, sin första standardpistol hemma i garaget. 3 Med investeraren Alexander Sturm som finansiär, grundade de Sturm, Ruger & Co och inriktade sig på kunder som gillade jakt, träningsoch sportskytte och framgången tog sin början skapades Ruger 10/22 standardgevär (se bild 1) som blivit en enorm framgång och fortfarande, 46 år efter det skapades, produceras detta gevär. 4 Med bra kvalité, pris och hög pricksäkerhet är detta ett enormt populärt gevär bland kunder. Men den viktigaste faktorn är framför allt, enligt journalisten Wiley Vaughn, de stora möjligheterna att modifiera det och göra det mer personligt. Geväret finns i många varianter och är idag ett av de populäraste gevären i en industri med stor omsättning. Till dessa gevär och även Ruger s pistoler används patronen 0.22 LR (long rifle) som idag är, sett till antal sålda enheter, den vanligaste i världen. Detta beror delvis på faktorer som ett lågt pris och relativt låg rekyl. För lagring av denna typ av patron används idag till största delen 10-patronsmagasin, men det finns magasin för allt ifrån 5 upp till 50 patroner. Bild 1: Standardgevär Ruger 10/ Syfte Målet med detta arbete är att produktutveckla samt skapa ett tillverkningsunderlag av 3D-modeller i CAD för ett högkapacitetsmagasin. Detta ska ligga som underlag för en prototyp som kan analyseras och utvärderas för en eventuell vidareutveckling av magasinet. Denna rapport beskriver olika koncept på lösningar och arbetet runt dessa från idéstadium till färdigt 2D samt 3D-underlag. Med anledning av att vissa segment av magasinet eventuellt ska patenteras, är vissa bilder censurerade

7 2 Bakgrund, fakta och metod I inledningen gavs en kort presentation av vad detta projekt handlar om och innebörd av vad som ska göras. För att ge en bättre förståelse om allt som berör detta projekt följer här en kortare presentation av vad som kan vara viktigt att känna till för att underlätta läsning av denna rapport. 2.1 Ruger 10/22 Geväret som magasinet utvecklas för är ett halvautomatiskt Ruger 10/22, vilket innebär att det är ett gevär för patron av typen.22lr (se kapitel 2.2) med ett standardmagasin på tio patroner. Att det är halvautomatiskt innebär att efter ett avfyrat skott sker det en automatisk borttagning och laddning av geväret med hjälp av rekylkraften som skapats. Men skytten måste trycka in avtryckaren för att avfyra ett nytt skott. 5 Geväret skapades 1964 och är populärt inom sport- och träningsskytte, och som även nu, 46 år senare, fortfarande tillverkas. 6 Det håller en hög kvalité, bra pris och är relativ pricksäkert. Det finns många modeller av geväret och en mängd olika tillbehör, vilket bild 2 och bild 3 illustrerar, vilket stärker dess popularitet. 7 Bild 2: Modell av Ruger 10/22 Bild 3: Modell av Ruger 10/

8 2.1.1 Laddning av Ruger 10/22 Vid laddning av ett Ruger 10/22 förs patroner av typ.22lr (se kapitel 2.2) in i magasinet (illustrerat med standardmagasinet i bild 4). Matningsförfarandet på olika typer av magasin sker på samma sätt då magasinet har vissa standardmått för att passa in i geväret. Efter magasinet är fyllt förs det in i geväret (se bild 5) där en låsningsmekanism i geväret låser fast det i rätt position. För att avlägsna magasin ur gevär måste en spärrknäpp tryckas in, vilket släpper på låsningsmekanismen, och magasinet kan avlägsnas nedåt. 8 Bild 4: Illustration över införsel av patroner i magasin. Bild 5: Illustration av låsning av magasin på gevär

9 2.2 Patron.22LR Inom vapenindustrin finns ett stort antal olika patroner med olika syften och användningsområden. Detta arbete inriktar sig mot en patron av typen.22 Long Rifle (se bild 6). Namnet, som brukar förkortas till.22lr, innebär att patronen har en diameter på 0.22 tum (5.6 mm). 9.22LR är idag världens mest sålda och är vanlig inom sport- och träningsskytte och används till revolvrar, pistoler och gevär. I Sverige delas patroner in i ett klassificeringssystem, baseras på vikt och rörelseenergi..22lr hamnar i klass 4 som är den minst kraftfulla och används generellt för jakt på småvilt som till exempel fåglar LR är en ammunition av typen rimfire, vilket betyder att bakre kanten på patronhylsan måste deformeras för att avfyra skottet (se bild 7). 11 Denna kant gör patronerna svårstaplade på grund av att de bygger höjd i bakkant när de läggs ovanpå varandra. Bild 6: Storlek av patron Bild 7: Illustration av principen rimfire 2.3 Magasin Standardmagasinet till Ruger 10/22 är ett roterande magasin med en kapacitet av 10 skott, beskrivet i kapitel Förutom det magasinet finns det en stor marknad med andra former av magasin som är anpassade för geväret. Det relevanta segment av denna marknad för detta arbete är högkapacitetsmagasinen, varav tre stycken beskrivs mellan kapitel och En approximativ storleksjämförelse mellan två av magasinen som har en kapacitet av 50 patroner, samt magasinet utvecklat i detta projekt, återfinnes i bilaga

10 2.3.1 Standardmagasin Standardmagasinet (se bild 8) till Ruger 10/22 har, som namnet antyder, en kapacitet av tio patroner. Dess funktion är enkel och har inga utstickande delar från geväret. Magasinet är uppbyggt med ett hus, munstycke, patrontrumma och fjäder. Yttermåtten på dessa är standardiserade och kommer därför även användas för magasinet i detta projekt (se bilaga 3). Bild 8: Magasin för tio patroner Trummagasin Denna typ av magasin kan beskrivas som en trumma där magasinen lagras i ytterkanten på trumman. Det kan liknas vid ett standardmagasin med en större patrontrumma (se bild 9). Det rymmer en stor mängd patroner men är relativt otympligt då det blir en stor outnyttjad volym inuti magasinet. Desto högre kapacitet man ger trumman desto större blir den outnyttjade volymen. Bild 9: Trummagasin 5

11 2.3.3 Bananmagasin Detta magasin är utformat enligt principen att man staplar patroner på varandra, dess kapacitet uppgår till mellan patroner. Dess karaktärsfulla form (se bild 10) uppkommer på grund av patronens utseende, där dess bakkant har större diameter än övriga patronen (se bild 6). Kanterna ligger mot varandra och bygger således en större höjd i bakkant än fram och därav får magasinet en kraftigare böj vid högre kapacitet. Av denna anledning kan denna typ av magasin ej utformas i praktiken med en högre kapacitet, då böjen skulle bli för kraftig. Bild 10: Bananmagasin Kedjemagasin Detta magasin (se bild 11) är utformat som en förlängd version av standardmagasinet. Men istället för att patronerna lagras på en trumma, har man i detta fall gjort en typ av kedjeförlängning. Även här, likt trummagasinet, uppkommer en del outnyttjad volym, vilket gör magasinet onödigt stort. Bild 11: Kedjemagasin 6

12 2.4 Uppdragsgivaren Uppdragsgivaren för detta projekt är själv ägare av en Ruger.22a. Den första tanken var att bygga ett högkapacitetsmagasin till en pistol, men då detta skulle innebära en hel del merarbete, övergick arbetet till plan b, ett magasin till världens populäraste gevär, Ruger 10/22. Marknaden för just tillbehör är stor och uppdragsgivaren ser en möjlighet att slå in sig på marknaden. Andra konkurrerande produkter har antingen stor volym, låg kapacitet eller dålig kvalité, därigenom skulle man med en produkt som är bättre på alla dessa tre punkter kunna ta stora marknadsandelar. Idén att lagra patronerna där varannan är vänd åt var sitt håll föddes när uppdragsgivaren studerade en ask med ammunition där varannan patron lagrades ståendes med huvudet upp och varannan med huvudet nedåt. Denna ask hade en volym cirka 40 % mindre än motsvarande ask med alla patroner stående åt samma håll. Skulle detta implementeras till ett magasin skulle man kunna öka kapaciteten på dessa på samma sätt. Med lite vidareutveckling även passa in magasinet i ett pistolhandtag och öka kapaciteten från de patroner, som återfinns i de allra flesta pistoler, till patroner, allt detta utan att nämnvärt påverka yttermåtten. 2.5 Produktutveckling En produktutveckling är en iterativ process som innefattar sju steg. Genom dessa steg genomför man en växelvis problemlösning mellan analys och syntes. Vilket innebär att man specificerar problemet genom att fråga sig vad som ska göras, sedan hur (syntes) man ska göra. Resultatet av detta visas och beskrivs genom till exempel en 3D-modell, för att slutligen kunna kontrolleras (analys). Produktutvecklingsprocessen kan kort delas upp i sju steg: Förstudie Produktspecificering Konceptutveckling/konceptgenerering Konceptutvärdering Detaljkonstruktion Prototyp Tillverkningsanpassning Förstudie innebär att man gör en grundlig undersökning, relaterad till sin tänka produkt, och tar fram analysmaterial sett till marknad, design, teknik med mera. Syftet är att med alla fakta skapa en första kravspecifikation där man tydligt fastställer vad produkten ska uträtta. Med produktspecificering skapas en förtydligande lista innehållande alla relevanta kriterier på produkten. Dessa kan sedan delas upp i två grupper, krav och önskemål, där man sorterar ut dem efter dess innebör för produkten. Allt som anses nödvändigt placeras i kravgruppen medan allt extra placeras i gruppen önskemål. 7

13 För nästa steg i processen, konceptutveckling/konceptgenerering, finns det olika definitioner med olika innebörd. Kortfattat kan man säga att man skapar konkreta konceptlösningar, som klarar kraven som specificerades med en lista, på problemet som lades fram i förstudien. Dessa koncept är ännu inte fullgoda för en funktionsriktig prototyp. I detta arbete kan man tillämpa många metoder för att få fram lösningar som i bästa mån skapar koncept som är, om möjligt, nära en slutgiltig form. En vanlig metod är till exempel Brainstorming. 12 Med ett antal skapta koncept görs en konceptutvärdering, där varje koncept analyseras sett till de tidigare ställda kraven och önskemålen. Med hjälp av olika metoder, innehållande olika utvärderingsmatriser, tas det koncept fram som bäst uppfyller alla ställa kriterier. När ett koncept är fastställt sker nu en utformning och vidareutveckling av detta. Syftet är att skapa ett underlag för en produkt som är funktionell och användarriktig. Den ska vara i ett sådant utförande att man kan ta fram en prototyp för analyser och tester. Prototypen som tas fram kan var som en CADmodell eller en fysisk modell. Efter att alla tester och modifieringar är slutförda är produkten färdig för det slutgiltiga skedet, att tillverkningsanpassas. De första prototyper som tas fram, sker ofta genom handarbete och ingen industriell process, och därför blir det sista att anpassa produkten mot det sätt som den är tänkt att tillverkas på. 12 Produktutveckling - effektiva metoder för konstruktion och design 8

14 2.6 Regler och lagar I detta projekt skall ett magasin för vapen tillverkas. Då ett vapen som hanteras fel kan vara skadligt eller till och med dödligt finns det lagar och bestämmelser som reglerar vem som får inneha vapen, och även då vem som får tillverka dessa. En undersökning utfördes för att förställa vilka bestämmelser detta projekt måste förhålla sig till. I Rikspolisstyrelsens föreskrifter och allmänna råd om vapenlagstiftningen 13 finns det information att läsa om licenspliktiga delar på ett vapen, det vill säga delar på ett vapen man måste ha tillstånd för att äga. Nedan finns citerat delar gällande gevär från denna. Tillståndsplikt I det följande ges exempel på föremål som det krävs tillstånd att inneha: [ ] 6. Stomme till pistol eller revolver. Med stomme avses den del av en pistol eller en revolver som återstår när pipan och manteln respektive pipan och trumman har tagits bort. Avsaknaden av smärre detaljer av mindre betydelse för stommen bör inte hindra att den anses som tillståndspliktig. 7. Växelsats, trumma, slutstycke och slutstyckshuvud. 8. Låda till gevär. Med låda avses den metallkonstruktion eller motsvarande på geväret som avses bära pipa och slutstycke och som kan innehålla avfyrningsmekanism. I hagelgevär går lådan vanligen under benämningen baskyl. Avsaknaden av smärre detaljer av mindre betydelse för lådan bör inte hindra att den anses som tillståndspliktig. [ ] 10. Pipa och pipämne med räfflat lopp. Även slätborrad pipa med patronläge. 11. Instickspipa (reduceringspatron eller reduceringshylsa). 12. Ljuddämpare. Kortfattat är det krav på tillstånd för stomme, slutstycke samt pipa på ett gevär. Ett magasin går dock inte under tillståndsplikten och kan därmed tillverkas utan att söka tillstånd för detta. Dock bör alltid försiktighet iakttas då man hanterar vapen ( :15) 9

15 2.7 Programvaror För att skapa stabila 3D-modeller som är funktionella för framtida överföringar till olika tillverkningsprocesser, krävs bra programvara. Detta projekt ställer stora krav då produkten är relativt komplex och har avancerade ytor. Valet av programvara för detta projekt blev Pro Engineer Wildfire 4.0 (hädanefter Pro/E), som är ett kraftfullt ritprogram baserat på solidmodellering. I detta program skapar man 3D-modeller (parter), som byggs upp utav funktioner (features) som läggs i ett modellträd och som går att gå tillbaka till och ändra i ett senare skede. Dessa parter kan sedan sammanställas till en assembly, som beskriver och visar visuellt hur olika parter samspelar med varandra. Parter kan sedan överföras till bearbetningsmaskiner för tillverkning. Pro/E har även en komplett modul för att tillverka ritningar, vilket är användbart som offertunderlag, även om 3D-modellerna i hög utsträckning används för tillverkningen. Styrkan med detta program är att man kan skapa komplexa former eller ytor som ger stabila parter. Detta innebär att de matematiska funktionerna som programmet baseras på är bra, vilket leder till att man kan genomföra avancerade analyser som återspeglar verkligheten på ett tillfredställande sätt. Byggs modellen upp stabilt går det även bra att gå tillbaka i modellträdet och utföra förändringar utan att de senare arbetet måste utföras igen. Att överföra skapade parter till annat program eller bearbetningsmaskin sker även relativt problemfritt. 2.8 Tillverkningsmetoder När en produkt skall tillverkas finns det en rad olika sätt att använda sig av, alla olika anpassade för större eller mindre serier samt olika material. Nedan beskrivs tre av tillverkningssätten som är aktuella för detta projekt CNC-bearbetning CNC (Computer Numerical Control), är en typ av datorisering av den skärande bearbetning som är vanligt förekommande i verkstadsindustrin. Genom ett programmeringsspråk, kallad NC-kod, får en maskin direktiv hur den ska bearbeta ett stycke med olika skärande verktyg. Det kan till exempel handla om en fräs eller en svarv. Maskinerna programmeras och arbetar genom de tre koordinaterna x, y och z vilket innebär ett tredimensionellt arbetsområde 14. Tidigare har maskiner manuellt fått programmeras på plats men med dagens kraftfulla CAD/CAM-programvaror kan man exportera kod direkt från en dator till en maskin. Med hjälp av dessa kan man bearbeta allt från plast och trä till olika metaller

16 Då det finns många företag som arbetar med CNC-bearbetning, allt från små verkstäder till specialiserade prototyptillverkare, pressas även priserna. CNCbearbetning är lämpat främst för mindre serier då det är tidskrävande och det krävs en del manuell hantering av material. Genom att undvika negativa vinklar (såkallat underskär) kan delar tillverkas med en enkel typ av fräs och kostnaden hållas låg Formsprutning Formsprutning har många likheter med att gjuta, men istället för att ta fram detaljer i metalliska material, används denna metod för olika plaster. Vid formsprutning av detaljer, tas först ett verktyg fram, som är ett stycke i till exempel aluminium eller stål, där formerna på detaljen som ska tillverkas bearbetas ut. Detta verktyg består av två delar för att processen ska fungera. Det monteras på en maskin där plasten som är råmaterialet för detaljen smält ned och injiceras i verktyget under tryck. När ämnet har härdad, vilket kan ske på från ett par sekunder upp till minuter, beroende på detaljen som formsprutas, delas verktygshalvorna och den färdiga detaljen ramlar, eller stöts ur 15. Vid formsprutning har man en startkostnad som är relativt hög, men styckkostnaden håller sig lägre. Verktyget kan kosta runt kronor för en enklare detalj, men när det väl är monterat i maskinen krävs väldigt lite manuellt arbete, och produktionstakten är hög. Detta innebär att styckpriset inte blir mycket högre än kostnaden för ämnet detaljerna tillverkas av. Detta gör att formsprutning lämpar sig bättre för serieproduktion med större serier, än för prototypframtagning med små serier Rapid Prototyping Rapid Prototyping, eller friformsframställning (FFF) är ett snabbt och enkelt sätt att skapa trovärdiga mockups eller prototyper. Det finns flera olika varianter av FFF, däribland Selective laser sintering (SLS), Fused deposition modeling (FDM) och Stereolitography (SLA). 16 SLS och SLA har stora likheter med varandra, då bägge har ett ämne, pulverform för SLS och flytande form för SLA, som härdas med hjälp av en laser. Ämnet som härdas befinner sig på en platta som rör sig i höjdled och när ett lager är härdat förflyttar denna plattas sig nedåt ett steg, oftast en tiondels millimeter, innan nästa lagar härdas. FDM har även stora likheter med SLS och SLA i sättet modellen byggs upp, men istället för att använda sig av ett ämne som härdas, smälts en plast som pressas genom ett litet munstycke som förflyttar sig över arbetsytan och pressar ut ämnet som smälter samman med övriga modellen. 15 Modern Produktionsteknik Del 1, andra upplagan

17 FFF har styrkan i att vara snabb och enkel, då en 3D-modell endast behöver laddas in i maskinen och resten går automatiskt. Men den har även vissa svagheter. Dels blir modellerna inte lika starka som en modell fräst ur aluminium, dels måste försiktighet iakttas när man tar fram en prototyp med hjälp av FFF. Även om delen är möjlig att tillverka med någon av ovan nämnda metoder kan den vara omöjlig att tillverka med traditionella metoder som gjutning eller fräsning. Negativa vinklar och svårare former går utmärkt att framställa med FFF, vilket är mycket mer komplicerat med till exempel fräsning och gjutning. Detta medför att det är noga att kontrollera att modellen även fungerar att tillverka i ett senare skede, innan resurser läggs på att ta fram en prototyp genom FFF. 2.9 Material Material finns det gott om, allt från grundämnen som vår värld består av, till material och legeringar specialanpassade för väldigt specifika användningsområden. I detta kapitel tas tre material upp som kommer används under detta projekts gång Rostfritt stål Rostfritt stål är en legering med järn som bas där det sedan har tillsats en varierande mängd grundämnen. De vanligaste är kol, krom, mangan och nickel. Det finns en stor mängd olika rostfria stål. Alla sorteras in under tre olika klasser, martensit, austenit och ferrit, beroende på deras mikrostruktur som de får under tillverkningsprocessen. Till delar med höga krav skall ett stål av typen martensit användas. Dessa tål hög värme och är starka och stryktåliga. Det används bland annat till olika delar på gevär, operationsverktyg och delar på jetmotorer Aluminium Aluminium är ett av de vanligaste grundämnena på jorden och det används i stor utbredning. I sin rena form är materialet inte speciellt användbart sett till konstruktion då det är relativ mjuk. Därför görs det många typer av legeringar med aluminium som bas. Vanliga grundämnen som används är koppar, mangan, kisel, krom och magnesium. Dessa bearbetas på olika sätt och det ger legeringen egenskaper som gör det mycket bra för starka och lätta konstruktioner. I detta projekt kommer aluminium användas för en prototyp och bearbetas fram med hjälp av skärande bearbetning (se kapitel 2.8.1). Då materialet skall vara lätt och tåligt bör ett värmebehandlat aluminium användas, till exempel A96061 (UNS nummer). Övriga tillämningsområden för det materialet är bland annat bilar, möbler och rör. 12

18 2.9.3 Zytel HTN (high performance polyamide) Företaget DuPont är ett av världens största kemiföretag och är ett ledande företag när det gäller framtagning av syntetiska material. Dupont ligger bakom material som spandex, nylon, kevlar och teflon 17. Av dessa är det just nylon som är intressant sett till projektet. Som är en polyamid med stor utbredning vad det gäller användning, allt från damstrumpor till kugghjul. Råmaterialet för att framställa det är luft, vatten och stenkol. Sedan följer en komplex process med många steg innan det slutgiltiga materialet är framställt 18. En grupp av termoplastiskt polyamider, har av företaget Dupont grupperats och fått det gemensamma namnet Zytel. Detta är en stor grupp nylonmaterial som ofta är förstärkt med glassfiber och har en stor variation av egenskaper. Som kuriosa kan det nämnas att den amerikanska olympiska mästaren på 200 och 400 meter, löparen Michael Johnson sprang i skor tillverkade i detta material. Till den slutgiltiga produkten eftersträvas ett material som är stryktåligt mot slag och nötning, bra resistens mot oljor och vatten, lång livslängd och har låg densitet 19. Krav som Zytel HTN klarar av bra

19 3 Utvecklingsarbetet 3.1 Arbetsgång Utvecklingen av detta magasin är i fas mellan förstudie och framtagning av koncept. Denna period på åtta veckor som denna rapport beskriver, har handlat om att analysera olika koncept genom att modellera dem i ett CAD-program. Metoden kan anses osmidig och tidskrävande, men i detta fall har vinsten legat i att en 3D-modell bättre illustrerar funktionen hos produkten och således gjort det lättare att finna bättre lösningar på funktionerna i magasinet. 3.2 Grundidé Tanken med hela projektet har varit att utforma ett magasin som kan lagra en större mängd patroner på mer volymeffektivt sätt än konkurrerande produkter. Lösningen ska innehålla, om möjligt, inga avancerade mekaniska lösningar utan allt ska fungera på ett enklast möjliga sätt. Patronerna matas genom ett munstycke och skall lagras i magasinet med varje patron vriden 180 grader sett till den föregående patronen. Syftet med denna placering och vridning har att göra med att.22lr patronen är av typen rimfire (se kapitel 2.2) och lagras patronerna åt samma håll bygger de i bakkant, vilket medför att magasinet måste böjas. Ett böjt magasin medför flera problem såsom ett otympligare magasin samt större sannolikhet för att magasinet skall kärva. Dessa problem försvinner när patronerna vrids mot varandra (se bild 12). Bild 12: Illustration av patroners placering mot varandra för effektiv lagring 14

20 3.3 Utformning Magasinet som ska utformas kan delas upp i sex olika parter, som alla är delaktiga i någon funktion. Det man i ett tidigt skede analyserat fram genom att ställa sig fråga, vad som ska göras, ska nu genom syntes, alltså hur det ska göras, visuellt skapas. Frågorna som utformats är: Hur effektiviseras lagring av patroner? Hur skall vridning av patroner ske, och hur säkerställs problemfritt handhavande både vid in- och utmatning? Hur skapas kraften som skall driva magasinet? Hur formas höljet stabilt och kraftigt nog att bära de andra parterna? I följande kapitel följer en beskrivning på hur varje funktion utvecklats genom olika koncept och idéer som legat som underlag. Vissa delar kommer att beskrivas mer kortfattat och inte illustreras med bilder, detta för att skydda en framtida patentansökan Vridning Efter att en patron matats in genom magasinets munstycke skall det vridas 90 grader, varannan patron medsols och varannan motsols, för en effektiv lagring. För att detta skall åstadkommas utnyttjas en yta för patronen att glida på som medger en vridning samtidigt som det sker en förflyttning i höjdled. U.S. Patent 4,905,394 (se bild 13) löser detta med hjälp av en ramp, men där vrids patronerna bara åt ett håll. Det fungerar dock endast bara för patroner av typen centerfire (se kapitel 2.2) då dessa inte är högre i bakkant. En ramp fungerar dock principiellt och därför användes detta patent som utgångspunkt för att hitta en lösning för detta projekt. Bild 13: U.S. Patent 4,905,394 Kraven på rampen är att ytan patronen skall glida på måste vara fin och rätt avvägd för att patronerna skall vrida sig korrekt utan att kärva. Den skall även medföra en lutning på patronerna, då de matas in med en lutning på cirka 10 grader, men ska lagras parallellt med vapnet. För att patronen ej skall ändra läge i rampen måste denna även medge plats för patronernas bakkant. Rampen måste tvinga patronerna att vrida sig åt rätt håll, varannan medsols och varannan motsols. Allt detta skall dessutom vara reversibelt och fungera tillfredställande vid inmatning såsom utmatning av patronerna. 15

21 I Pro/E finns det ett antal tillvägagångssätt som är möjliga då man ska skapa en form av en ramp. Valet kan vara att skapa en tvådimensionell kontur som sedan expanderas på olika sätt till en önskvärd volym. Alternativt kan man skapa den tilltänka formens alla konturer för att sedan knyta ihop dem med ytor och omvandla dem till en solid volym. Var och en av dessa tillvägagångssätt har sina styrkor och svagheter, men samtliga har bidragit till utvecklingen av denna del. Tidigt antogs hur formen på rampen borde se ut (se bild 14). Detta antagande fungerade dock ej fullt ut, vilket upptäcktes då en skiss modellerades upp och en enklare simulering utfördes. Upptäckten blev att den inre kanten på rampen kolliderar med patronen då den vrids i rampen. Problemet beror på att antagandet baserades på en vridning av en plan yta och inte en volym som det egentligen handlar om. Bild 14: Utkast av en ramp Målet är att patronen skall ha maximal kontakt med rampen för att undvika spel. Det betyder att rampen som skall modelleras måste beräknas på en vriden volym, och inte bara en vriden yta som antagits. Detta är långt mer avancerad matematik och än idag är det få CAD-program som har funktioner för detta, och då väldigt begränsade sådana. För att få en förståelse för hur rampen skall utformas utfördes ett fysiskt prov med penna som roterades genom en trögt flytande massa. Detta efterlämnade en form vilken är optimal för en cylinder att sjunka samtidigt som den vrids på en yta. Det kom fram att den vertikala övergången mellan de övre och undre snitten behövde en mjukare övergång för att undvika kollision mellan patron och ramp. Då det inte finns några genvägar till en sådan volym, med rätt övergång, krävdes det manuellt arbete i Pro/E. En kvarts cylinder skapades tillsammans med ett antal cylindrar vilket fick representera patronen. Dessa cylindrar låg vridna i ett par graders intervall med en viss stigning, motsvarande den stigning som den slutgiltiga rampen skulle inneha. I Pro/E användes sedan en funktion vilken skär bort cylindrarnas volym ur kvartscylindern, detta efterlämnar då en grov form av hur rampen skall se ut (se bild 15). Om ett oändligt antal cylindrar användes skulle detta ge den exakta formen som eftersträvas, men då modellen blir tyngre att jobba med ju fler operationer som är utförda, är detta ej praktiskt genomförbart. Bild 15: Illustration av skapandet av rampen 16

22 Det man istället kan göra är att arbeta med konturlinjer och ytor vilket är mindre krävande för Pro/E att hantera. För att få de korrekta konturerna kan referenspunkter plockas ut från den skapta volymen (se bild 16). Dessa kan i sin tur användas för att skapa en ny part. Då för att rita ut konturlinjerna i form av styrkurvor, i Pro/E kallade splines, vilket är en kurva som dynamiskt anpassar sig efter de punkter den korsar. Denna metod ger konturer som enbart avviker minimalt, mindre än tiodelar av en millimeter, från de optimala formerna. Det är många konturlinjer på volymen och för att få fram dem som inte ligger mot ett plan i modellen måste två linjer skapas som relateras till konturen sett ur två vinklar. Dessa linjer kan man sedan integrera med varandra och en korrekt konturlinje erhålls. Linjer både för över samt underdel måste tas fram för att rampen skall bli optimal (se bild 17). Till varje punkt på kurvorna kan nu mått erhållas (se bild 18) för att återskapa nya kurvor. Bild 17: Illustration av ramp Bild 16: Illustration av framtagning av referenslinjer Bild 18: Illustration av framtagning av referenspunkter 17

23 När varje linje som behövs är ritad (se bild 19) används en funktion i Pro/E som skapar en yta mellan fastställda konturer. Den blir på grund av funktionens uppbyggnad inte helt perfekt för projektets syfte då funktionen gör en mjuk avvägning mellan konturerna när den skapar ytan. Detta leder till att rampen blir ojämn och inte kommer fungera bra då den blir för smal. För att åtgärda detta läggs referenslinjer in mitt på ytan, vilket tydliggör för programmet exakt hur den ska se ut. När glidytan av rampen är skapad läggs kanter till för att erhålla en solid (se bild 20). Bild 19: Illustration av rampens konturer Bild 20: Solid ramp Lagring Magasinet ska ha utrymme för cirka 50 patroner och dessa ska lagras effektivt för att uppta en minimal volym. Patronerna placeras i en ränna där de förflyttas med hjälp av en pålagd drivkraft. Svårigheten i detta segment är att ta fram en form på rännan, vari patronerna skall lagras, som är fysiskt liten, men nog stor för att vara stabil och inte utgör att problem för patronerna att förflytta sig i. Rampen, beskriven i kapitel 3.3.1, medger ett visst djup och tjocklek på magasinet. Dessa dimensioner försöker man bibehålla för hela magasinet, såväl vid vridning ända ner till lagringen av patronerna. Förutom ett tilltalande utseende med ett jämntjockt magasin undviks även andra problem. Ett magasin som blir tjockare längre ner kommer lätt i vägen och kan haka i sin omgivning, ett smalare magasin skulle behöva byggas längre vilket även det är opraktiskt. För att utnyttja hela magasinets storlek utformas rännan som en spiral (se bild 21). Spiralens exakta form är en avvägning mellan volymeffektivisering samt andra faktorer som uppkommer såsom kraftbehov och fästpunkter. Främst svängarna i spiralen har undersökts och då särskilt hur stor radien skall vara vid svängarna. Om bara utnyttjandet av area tas i beaktning är skillnaden mindre där det skiljer någon enstaka patron i lagringskapacitet, men det finns flera faktorer som måste vägas in. 18 Bild 21: Spiralformad ränna

24 Kraftbehovet får även det en marginell skillnad, men används en större radie (se bild 22) erhålls en mjukare rörelse vilket ökar stabiliteten i driften. Kraften vilken belastar patronerna fördelas bättre över patronerna i samband med att patronerna svänger genom böjarna i rännan. En viktigare faktor är driften av magasinet (se kapitel 3.2.3). Drivs magasinet med hjälp av en underliggande spole med fjäder som styrs av spolar och axlar ökas antalet komponenter markant med en större radie för att uppnå tillfredsställande funktion. Används istället ensamma fjädrar blir det större problem om en mindre radie (se bild 23) används då fjädern måste böja sig kraftigt, vilket medför mer slitage och högre sannolikhet att fjädern havererar. Bild 22: Stor radie i spiralen Bild 23: Liten radie i spiralen Drivkraft För att patronerna skall kunna matas ut ur magasinet krävs en påskjutande kraft som pressar upp dem. Genom praktiska tester på ett standardmagasin uppskattades denna kraft till cirka 10 newton. Det är även viktigt att denna kraft är konstant oavsett antalet patroner som matas in i magasinet. I början av processen jobbades ett koncept fram (se bild 24) vilket bygger på en spole i botten, uppspänd med en fjäder och en lina som löper genom magasinet till en dummypatron. Dummyn är en part som liknar en patron och som används för att kunna applicera en påskjutande kraft på instoppade patroner. Denna dummy ligger sist i rännan och när patroner förs in i magasinet förskjuts dummypatronen nedåt varvid fjädern i spolen vrids upp och skapar en påtryckande kraft på de instoppade patronerna. 19 Bild 24: Spole som drivkraft

25 Allt eftersom modellen tog form insågs det att detta koncept tog upp en relativt stor volym, något som önskades hållas minimalt. Därför formades en ny lösning. Sett till koncepten finns det många likheter såsom en fjäderdrivning och användandet av en dummypatron. Den stora skillnaden ligger i placering av fjädern, samt att med den nya lösningen blev en stor del av komponenterna som behövdes i det första konceptet onödiga. För att bestämma vilket av koncepten som är mest lämpat för magasinet utfördes en konceptanalys. Från början sattes krav upp på koncepten, kriterier som genom diskussion bestämts ha betydelse för produktens funktion. 1. Enkel mekanik 2. Få detaljer 3. Lätt att montera 4. Pris 5. Slitstark 6. Säker 7. Klarar smuts, oljor 8. Tar liten plats För att bestämma de olika kriteriernas värde och betydelse skapades en tabell där alla kriterier vägs mot varandra (se tabell 1). Ges ett kriterium en etta mot ett annat kriterium anses det vara viktigare än det andra, 0,5 anses det som jämbördiga och 0 anses den ha mindre betydelse än det andra alternativet. Resultatet visade att slitstyrka, säkerhet och motståndskraft mot smuts är det som är viktigast. Priset var det som visade sig ha allra lägst inverkan på val av koncept. Krit Sum Sum/Tot Skala , , , , , , , ,067 2 Tabell 1: Bedömningsmatris av kriteriums vikt Totalt 22.5 När kriterierna var viktade sattes de två koncepten in i ytterligare en tabell (se tabell 2) där de bedömdes på en skala från ett till fem hur bra de uppfyller kraven. Deras bedömning multiplicerat med kriterievikten gav en poäng för varje kriterium. Dessa poäng summerades sedan ihop för att ge en bild hur bra de olika koncepten uppfyller kraven som satts upp. 20

26 Kriterium Ideal Koncept 1 Koncept 2 W v t v t v t 1 Enkel mek Få det Lätt att mont Pris Slitstark Säker Klarar smuts Liten plats T = sum(t) T/T max 1,00 0,627 0,781 Rangordning 2 1 Tabell 2: Utvärdering av koncept sett till ställda kriterium Resultatet av denna analys visar att koncept två möter kriterierna bäst. Sett till en perfekt produkt når den nästan 80 % vilket anses tillräckligt för att kunna gå vidare med det konceptet Stabilisering Kravet som ställdes var hög hållfastighet med minsta möjliga volym, och allt eftersom projektet fortskridit och förändringar kommit har förutsättningarna förändrats för var och hur stabilisering kunnat byggas in i magasinet. Varje del i magasinet är format på ett sådant sätt att den ska ta minimalt med utrymme, har en optimal funktion och vara tillräckligt stark för att stå emot olika påfrestningar. För att åstadkomma detta på alla ställen har visa segment av parterna utformats för att stabilisera andra parter. För att få plats med maximalt antal patroner har parten som fungera för lagring formats som en spiral (se kapitel 3.3.3). Detta har gjort att väggarna blivit smala och för att undvika att dessa på något sätt sviktar eller böjs behövs en stabiliserande funktion. Detta kommer främst från det skyddande höljet. Dels måste den ha en tät passform runt samtliga komponenter, men den kommer även att behöva stabiliserande rännor som har motsvarande delar på de övriga komponenter. Den del av magasinet vilken ska passas in i geväret har dessutom ett standardiserat utseende. På grund av detta har yttermåtten ej kunnat tummas på för den översta delen av magasinet, vilket medfört att stor tanke fått ägnats att passa in de olika komponenterna. Förutom munstycket och vridningen skall även drivningen passas in, utan att förlora varken hållfasthet eller funktion. För att klara av dessa krav har tid ägnats bland annat åt att fylla ut tomutrymmen som uppstått, men ändå påverkat minsta möjliga på godstjocklek, monterbarhet samt enkelhet vid montering, något som även är viktigt att beakta, då det ska vara möjligt för slutkund att utföra underhåll på egen hand. 21

27 3.4 Material När det gäller vapen och utveckling av dessa, är valet av material ett viktigt moment. Materialet bör ha en låg vikt, stort motstånd mot slitage, vädertåligt och vara resistent mot olika kemiska ämnen. Ett vapen som krånglar kan vara skillnaden mellan liv och död. Formen på produkten är delvis rätt komplex och detta måste tas i bedömning när valet av material ska väljas. Även priset på materialet har betydelse. När det gäller material är vapenindustrin alltid i framkant, många gånger drivande för utvecklingen. Och således är det mycket som är hemlighetsstämplat vilket gör det omöjlig att göra en mer grundlig forskning för att finna de bästa materialen. Men då denna produkt är tänkt att användas mer i allmänhet kommer mer kända material att användas. Det första är ett som ska användas för ett par av komponenterna i prototypen. Här är det viktiga att materialet är enkelt att bearbeta, hållbart, lätt och prisvärt. Här är aluminium lämpligt att använda. Det andra materialet är ett som ska användas till en komponent som kommer att vara samma för både prototypen och slutprodukten. Detta måste vara stark, lätt, prisvärt och enkelt att gjuta. Därför bör ett rostfritt stål väljas. Det tredje materialet är det som skall användas för den färdiga produkten och ersätter de parter som i prototypen tillverkas i aluminium. Här är det viktigt att materialet är starkt, lätt, motståndskraftigt mot olja och smuts och gjutbart. Här har valet blivit att använda en högklassig polyamid. 3.5 Tillverkning Denna produkt befinner sig i en tidig fas av utvecklingen och är således långt ifrån själva tillverkningsprocessen. Men en eller ett par prototyper kommer tas fram och dessa ska sedan ligga som grund för den vidare utvecklingen. Nedan följer en redovisning över hur tillverkningen är tänkt att gå till, både vid framtagningen av prototyp och vid den faktiska produktionen Prototypframtagning Då denna produkt är under utveckling, kommer det att behövas tas fram prototyper för analys. Denna framtagning behöver göras på ett sådant sätt att kostnaderna kan hållas nere då budgeten är relativt liten. Prototypen måste hålla en sådan klass att den kan utsättas för de krävande test, som i det närmsta kan liknas med de påfrestningar den färdiga produkten måste tåla. Vikten är dock underordnad i denna fas och bortses ifrån vid prototypframtagningen. Genom undersökningar och tagna beslut, har valet blivit att finna företag som kan ta fram en första prototyp genom friformsframställning (se kapitel 2.8.3). Detta för att få en snabb första bild om hur den slutgiltiga produkten skulle te sig. Men en fysisk modell är det lättare att upptäcka delar som är svårtillverkade, samt om den grundläggande funktionen fungerar som den skall. En prototyp framtagen genom någon typ av FFF klarar förmodligen ej belastningskraven, varvid en andra prototyp är nödvändig att ta fram. Denna andra prototyp, där 22

28 eventuella förbättringar har kunnat utföras, skulle lämpligen tas fram genom CNC-bearbetning (se kapitel 2.8.1) Tillverkning av slutprodukt Den slutgiltiga produkten skall tillverkas i ett starkt plastmaterial (se kapitel samt 3.4) genom formsprutning (se kapitel 2.8.3), förutom en komponent som skall tillverkas i rostfritt stål. Detta dels för att hålla nere vikten på produkten men även för den billiga produktionskostnaden som formsprutning ger vid större serier. Formsprutningen skall ske, om möjligt, utan backar för att hålla nere kostnaden. Med hänsyn till stelning av produkten är det viktigt att en jämn godstjocklek hålls på de delar som skall formsprutas. Detta tas i beaktande redan tidigt under produktutvecklingsfasen för att minimera antalet ändringar som behövs för slutproduktion. Somliga av komponenterna kommer dock inte tas fram på egen hand. Bultarna och muttrarna som skall hålla samman hela magasinet skall vara utav standardtyp, och inhandlas därför av grossist. Fjädrarna som står för driften av magasinet kommer tas fram tillsammans med hjälp utav en fjädertillverkare, detta på grund av specifika krav på mått samt kraft. 23

29 4 Resultat Genom ett gediget utvecklingsarbete, från grundidé genom modellering och analys, har en prototyp av ett högkapacitetsmagasin tagit form. Genom en digital 3D-modell har en prototyp tagits fram genom friformsframställning (se kapitel 2.8.3). Magasinet med dess olika komponenter har genom en produktutvecklingsprocess formgivits sett till deras syfte och funktion. För att säkerställa att alla komponenter fyller kraven i specifikationen är det dags att gå vidare genom utvecklingsfaserna och undersöka om prototypen kan svara mot de ställda kraven. I detta kapitel presenteras ett resultat av hur det magasin som blivit prototyp tagit form, detta genom en beskrivning av de olika parterna med funktion. Med hänseende till att det ska sökas patent på några av funktionerna har vissa segment censurerat. 4.1 Parter Magasinet som är resultatet av detta arbete består utav av ett antal, genom detta arbete, framarbetade parter (se bild 25). Utöver dessa, innehåller även magasinet ett antal beställda komponenter. För att låsa modellen behövs fyra bultar med tillhörande muttrar. Och för att tillskapa den drivande kraften behövs två fjädrar, samt två skruvar att fästa dem med dummypatronen. Bild 25: Sprängskiss av magasin 24

30 Som en kontakt mellan gevär och magasinet sitter parten Cartridge entrance, eller munstycket (se bild 26), och dess uppgift är att fungera som en länk mellan de två komponenterna under drift och ser till att patronerna hamnar i rätt läge inför avfyrningsprocessen. Men den är även utformad för att underlätta för användaren att mata in patroner på ett korrekt sätt, vilket görs manuellt. Munstycket är delvis utformat efter standardmått, detta för att passa anslutningen till geväret. På grund av hög mekanisk nötning på denna komponent kommer den ej tillverkas i en polyamid som övriga magasinet, utan i ett rostfritt stål. Någon exakt kvantitet på belastningarna den utsätts för är svårt att bedöma. Men då de flesta kritiska måtten redan är fastställda av andra utvecklare och testade i drift, kan man utgå ifrån att hållfastigheten i komponenten är tillräcklig. Nästa part som patronen når, efter att blivit inmatat i magasinen, är den som innehåller själva vridningsmekanismen, i detta projekt kallat spin & place. Denna komponent består av två speglade delar som endast skiljer sig marginellt. Anledningen att det är två istället för en enskild är att den enskilda fick en väldigt komplex form sett ur tillverkningshänseende. En uppskattning av kostnaden bedömdes till att det är fördelaktigt att tillverka denna part i två delar. Funktionen hos parten spin & place är att säkerställa vridningen av patronerna åt vartannat håll när dessa förflyttas mellan lagring och munstycke. Vridningen sker i samverkan med den efterkommande parten Spin & Store (se bild 27) och då delvis med hjälp av en ramp. Allt görs för att åstadkomma en effektiv lagring av patronerna. Lagringen av patronerna sker i en spiralformad ränna där patronerna lätt kan packas tätt och effektivt, samtidigt som formen underlättar driften med fjädrarna. Då en helt runt spiralform vore ogynnsam för yttermåtten på magasinet är spiralen avlång i sin utformning med raka vertikala linjer och rundningar bestående av halvradier. Detta för att göra rörelserna mjuka, vilket är viktigt då den tryckande kraften lättare kan hållas konstant. Bild 26: Munstycke Bild 27: Spin & Store 25

31 I spin & store lagras även dummypatronen (se bild 28), en komponent vars uppgift är att applicera tryck mot framförvarande patroner. Dummypatronens är formad för att lätt kunna glida runt i hela rännan och applicera ett konstant tryck på patronerna utan att påverkas något av krökningarna. Dess mått är bestämda utifrån det utrymmet spin & store medger. För att den lätt ska kunna monteras i magasinet har ett utrymme lämnats i slutet av rännan. För att hålla samman och skydda parterna har ett tvådelat skyddshölje, protective covering (se bild 29) utformats. Dessa två höljen är utformade på ett sådant sätt att de lätt kan monteras på geväret efter att de sammanfogats med hjälp av bultarna och muttrarna. Bild 28: Dummypatron Ser man till deras inre utformning är den gjord för att varje part lätt ska kunna monteras på plats och ligga stabil. Spåren är formade för att skapa stabilitet för rännan och undvika sidorörelser. Höljena ska kunna gjutas utan något behov av backar. Tjockleken är väldigt varierande, men generellt är den jämn utan några större avvikelser som försvårar vid tillverkningsprocessen. Tjockleken hålls fortfarande tillräcklig för att klara de påfrestningar som den kan tänkas utsättas för. 4.2 Vikt och storlek Bild 29: Skyddshölje Bortsett från alla viktiga funktioner och kravet på hållbarhet och driftsäkerhet, är den slutliga fysiska totalvikten för magasinet en faktor som varit viktig att ta hänsyn till. Då endast prototyper, i ett icke slutgiltiga material, tagits fram, kan enbart slutvikten uppskattas genom analysverktyg i Pro/E. Vikten för den färdiga prototypen i aluminium är, utan patroner och fjädrar, cirka 250 gram. Detta är dock avsevärt lägre för den tänkta slutprodukten som skall tillverkas i en polyamid, som hamnar på cirka 150 gram exklusive patroner och fjädrar. Beroende på typ av patron är vikten av varje enskild patron cirka 2 till 2.5 gram. Ett fulladdat magasin innehåller drygt 50 patroner, vilket ger en ammunitionsvikt på 100 till 125 gram. Ett fulladdat magasin kommer med andra ord att väga strax under tre hekto. 26

32 4.3 Design Utvecklingen av magasinet har präglats mycket av funktion och effektivitet, sett till lagring på minimal volym. Orden design och utformning har inte används nämnvärt sett till det estetiska, utan mer till det pratiska som det generellt är inom vapentillverkning. Bortsett från det faktum att få med alla funktioner har andra faktorer satt krav på utformningen. Mekanismen och fästet mellan vapen och magasin styrs av standardiserade mått och därför har detta magasin per automatik fått stor del av sin form bestämd till det yttre bara genom funktion. För en enhetlig design har därmed även övriga delar på magasinet anpassats efter denna standardiserade del. Vapen har väldigt varierande utseenden ofta med stor vikt mot effektivitet och ergonomi. Även om man mer på hobbynivå kan skönja ett mer lekfullt intryck sett till färg med mera. Men generellt är det väldigt strikta linjer och former med tydligt utryckta funktioner utan mycket livlig fantasi och detta är det som användare troligen uppskattar mest. Allt ska utstråla något starkt, effektiv, robust, pålitligt och farligt. Syftet med detta projekt har varit att slå sig in i en marknad där många existerande lösningar upplevs som klumpiga (se kapitel 2.3.1). Detta skall ske genom att presentera en smart lösning på effektivitet och funktion, därmed har dessa ord också varit präglande för den slutgiltiga formen. Magasinet har fått tydliga skarpa linjer med rundade hörn, där den effektiva lagringen gjort det möjligt att formge magasinet på ett sätt som utstrålare effektivitet och skandinaviskt elegans. Samtidigt ger de tydligt markerande bultarna som binder samman magasinet i fyra punkter tillsammans med den en tänkt mörk färg magasinet ett robust, pålitligt och farligt intryck. 4.4 Ritningar Som tidigare nämnt i rapporten sker idag mycket av tillverkningen av olika detaljer med hjälp av datorer. En konstruktör skapar en modell i ett CADprogram som sedan överförs digitalt direkt till en skärande bearbetningsmaskin som översätter den till önskad driftkod, vilket gör att detalj kan bearbetas fram. Ritningar har fortfarande stor betydelse främst inom byggnationer men även inom tillverkningsindustrin. I detta projekt ger de olika berörda personer en snabb inblick över projektet och dess resultat och syfte. De olika ritningarna beskriver tydligt allt som kan anses relevant för en tillverkare att veta när denne ska lägga fram en offert på tillverkningskostnaderna. På grund av att detta magasin innehåller delar med funktioner som skall patentsökas kan ritningarna inte offentliggöras i denna rapport. Ritningarna som tagits fram beskriver det underlag som användes för den första prototypen. Förutom detaljritningarna finns även en sammanställningsritning som illustrerar monteringen skall ske. 27

33 4.5 Prototyp En första prototyp har tagits fram med hjälp av 3D-modellerna som skapades i Pro/E. Denna prototyp togs fram genom FFF (se kapitel 2.8.3) för att snabbt få en bild av magasinet och kunna testa de grundläggande funktionerna. Bild 30 visar prototypen uppe i bild med ett magasin av banantyp (se kapitel 2.3.3) under sig. Ovanför dessa ligger antalet patroner respektive magasin klarar att lagra. Här ser man tydligt övertaget det nya magasinet har mot konkurrenterna, hög kapacitet med liten volym. Bild 30: Jämförelse av lagringsutrymme, prototyp kontra existerande produkt Några grundläggande analyser har utförts på prototypen. Det första som undersöktes var om vridningsmekanismen fungerade tillfredsställande, vilket den gjorde. Även lättare hållfastighetsförsök utfördes. Denna prototyp är inte tillverkad i ett slutgiltigt material utan en enklare, svagare plast, vilket medförde att vissa delar i magasinet böjde sig mer än det tillåtna. Det är inte nödvändigtvis något problem när produkten tillverkas i sitt slutgiltiga material, men ändå bra punkter att uppmärksamma till kommande förbättringar. 4.6 Framtiden och marknaden Vägen från prototyp till en färdig produkt kan vara allt annat än kort. Tester och analyser skall utföras för att säkerställa en högkvalitativ produkt. Produkten måste även anpassas för tillverkning (se kapitel 2.5), patenteras och slutligen även introduceras på marknaden. Detta ligger utanför arbetets ramar och en exakt bild av produkten framtid kan därför ej ges, men underlaget som tagits fram ger en bra möjlighet för att kunna spekulera om detta. 28

34 Patronen.22 LR används i en enorm skala och kunderna består allt från militär till privatpersoner för träning, hobbyskytte och jakt. En allmän bedömning, från olika källor, är att det tillverkas mellan miljarder patroner och året. Ruger 10/22 (se kapitel 2.1) som använder sig av denna ammunition har tillverkats i över 5 miljoner exemplar. Företagen som tillverkar vapen och tillbehör, som magasin, är många, men enbart Rugers försäljning i det tredje kvartalet uppgick till över en miljard kronor 20. Dock är det svårt att uppskatta den exakta andelen som berör magasin för patronen.22 LR, den generella bedömningen är dock att marknaden är väldigt stor. I kapitel 2.3 beskrivs i korta drag vilka konkurrerande produkter som finns på marknaden idag. Prisbilden på den amerikanska marknaden ligger för dem från cirka 300kr för de enklare magasinen upp till ungefär det dubbla för de mer avancerade. Magasinet som framtagits genom detta arbete hör till det högre segmentet, med en fördubblad kapacitet i en nästan halverad volym sett till ett magasin ur det lägre segmentet. För att vara konkurrenskraftig bör priset för detta magasin vara mellan kr, det högre priset motiverat av effektivare lagring än konkurrerande produkter. För att möjliggöra detta pris krävs det att omkostnader hålls låga. Tillverkningen kommer att vara relativt enkel (se kapitel 3.5.2), sett till en storskalig produktion. Lämpligen placeras då tillverkningen av produkten i ett låglöneland för en låg rörlig kostnad, men tillverkning av verktyg bör ske i Sverige för att säkra en hög kvalité på produkten. Även monteringen av produkten, som är relativt snabb och enkel, sker i låglöneländer. Valet av material kommer att påverka kostnaderna, avancerade polyamider är mer kostsamma än vanliga metaller, men kan samtidigt motivera ett högre pris till slutkund för bland annat en lägre vikt och annan image. Även den enkla monteringen gynnar slutkunden då den lätt kan köpa reservdelar och byta ut komponenter själv. För att lättast få ut produkten på marknaden är det lämpligt att ta hjälp av investerare. Då dessa inte lägger ut pengar av ren goodwill utan vill ha avkastning på sina investerade pengar är det viktigt att kunna visa på produktens möjligheter. Om man grovt spekulerar att det säljs en halv miljon magasin för denna typ av patron per år, och en break-even skulle kunna bli nådd redan vid sålda magasin kan man lätt förstå att möjligheten till bra förtjänster är stor. Mer ingående information om hur kundkretsen ser ut och hur de skulle se på denna produkt är svårt att spekulera i utan erfarenhet av branschen, men man kan anta att priset på magasin inte är lika känsligt som priset på ammunition (en av anledningarna till populariteten hos.22lr), då magasinet är mer utav en engångskostnad. Kvalité, funktion och image är något som oftast går hem hos kunderna vilket detta magasin kan tillfredsställa, och ser man till konkurrensen kan detta magasin bli en tuff utmanare

35 5 Diskussion Ett projekt där man ska utveckla en produkt är en lång och ojämn väg. Även om grundidén är genomtänkt, hindrar det inte utvecklingsprocessen att ta tvära kast, då ny fakta kan ge helt nya grunder att jobba efter. Det gäller helt enkelt att ha klargjort allt innan man tar nästa steg i processen för att göra färden säkrare, även om det inte är någon garanti. Arbetet med denna produkt är ett tydligt exempel på tvära kast. Efter en muntlig genomgång av problemet skapades en bild som inte gick att jämföras med verkligheten. Målet och tidplanen för utvecklingen gjordes alldeles för optimistisk, vilket gjorde att en större revidering av allt fick göras. Orsaken till detta kan anvisa till en god process. I samband med att 3D-modeller började formas i Pro/E blev bilden klarare av problemen men den blev också tydligare för alla berörda i projektet hur allt var tänkt att fungera. Utvecklingsarbetet mot den slutliga prototypen har främst kretsat kring en grundläggande 3D-modell i Pro/E där idéer har formats och reviderats mot en slutlig form. Just denna metod kan ses som onödigt tidskrävande och således kostsam. Man kan tänka sig att återgå till ett tidigare skede i utvecklingsprocessen och bolla nya lösningar på givna problem som illustreras på till exempel papper och snabbt få fram nya lösningar som sedan kan modelleras i Pro/E. Men metoden att stanna kvar i Pro/E och bolla idéer behöver inte ses som ett osmidigt arbetssätt. Verktyg finns i programmet där man bekvämt kan bygga ihop parterna till en sammanställning som illustrerar den färdiga produkten ger snabba analyser om hur allt ser ut och ungefärligt fungerar. Detta medför att man snabbt kan dra slutsatser och utföra givande analyser, vilket är svårare att göra med skissade lösningar. Att starta utveckling av en ny produkt kräver ofta tydliga marknadsanalyser som indikerar att ett behov finns. Detta för att försvara den potential kostnad som uppkommer. Men det förekommer även excentriska projekt med en stark vilja och tro som ingen på förhand kunnat förutse utgången för, där kostnaden inte varit i fokus utan enbart visionen om något stort. Det finns inget facit som säger vem som har rätt eller vem som man egentligen ska satsa på. Detta projekt har givits intrycket av att vara bägge delarna. Någon tillförlitlig marknadsanalys har inte gjort men däremot en tro om ett behov som behöver tillmötesgå. Men till skillnad från någon excentrisk person med vild fantasi och udda idéer, finns här en tydlig potential för att projektet är värt att satsa på utan att någon större analys behövts göras. Marknaden är enorm med stor köpkraft, där man kan föreställa sig att ord som lätt, funktionellt, smart och effektiv är vinnande. Dubbel mängd patroner inom samma volym låter bra helt enkelt. 30

36 6 Slutsats Ett projekt med liten budget och få deltagare kan ge ett intressant resultat. Det som krävs för att lyckas är mycket vilja, stort driv och en bra grundidé att stå på. Då uppdragsgivaren endast stod med sin idé och en relativt liten budget såg han en möjlighet, som många innan han gjort, att genom högskolan i Borås få hjälp av studenter i slutskedet av sina utbildningar. Vinsten bortsett från det ekonomiska är medarbetare med stor iver som vill visa vad de går för. Man kan betrakta det hela som en vinst för bägge parter. Bristen för detta projekt var erfarenheten men den vägdes upp av mycket vilja och bra handledare från högskolan. Den 3D-modell som tagits fram genom Pro/E och som sedan fått fysik form genom en modern tillverkningsprocess ser väldigt lovande ut för den framtida utvecklingen av den slutliga produkten. De viktiga funktionerna som är själva hjärtat i magasinet fungerar i praktiken och visar att det är något tryggt att arbeta vidare med. I framtiden kan detta magasin kanske ses som en stark konkurrent på marknaden för högkapacitetsmagasin. 31

37 7 Referenser Litteratur Taavola, K. (1998). Ritteknik 2000 faktabok. Nyköping: Athena lär AB Forsman, D. (2006) Konstruera med Pro/Engineer Wildfire 3.0. Studentlitteratur. Tryck: Pozkal, Poland (2007) Forsman, D. (2009) Konstruera med Pro/Engineer Wildfire 4.0 del 2. Studentlitteratur. Tryck: Elanders, Ungern (2009) Johannesson, H. Persson, J-G. Pettersson, D. (2004). Produktutveckling - effektiva metoder för konstruktion och design. Stockholm: Liber AB. Tryck: Bulls House of Graphics (2004) Hågeryd, L. Björklund, S. Lenner, M.(2002) Modern Produktionsteknik Del 1, andra upplagan. Stockholm: Liber AB. Tryck Elanders, Sverige (2007) Callister Jr, W D (2007) Materials science and engineering an introduction 7 th ed. USA: John Wiley & Son, Inc. (2007) 32

38 7.1.2 Internet ( :18) ( :20) ttp://en.wikipedia.org/wiki/ruger_standard ( :19) ttp://en.wikipedia.org/wiki/ruger_10/22 ( :24) ( :25) ( :40) ( :03) ( :47) ( :51) ( :10) 3.pdf ( :15) ( :09) ( :08) ( :00) ( :00) I_Units.html ( :00) ( :10) 33

39 7.1.3 Bilder Bild 1 (Sida 1) Bild 2 (Sida 2) Bild 3 (Sida 2) Bild 4 & Bild 5 (Sida 3) Bild 6 (Sida 4) Bild 7 (Sida 4) Bild 8 (Sida 5) Bild 9 (Sida 5) Bild 10 (Sida 6) Bild 11 (Sida 6) Bild 12 (Sida 14) Eget material Bild 13 (Sida 15) ge&q&f=false Bild 14 (Sida 16) Bild 29 (Sida 26) Eget material Bild 30 (Sida 28) Privat bild, Anders Rydell Bild Bilaga 2 Bild Bilaga 3 & Bilaga 4 Eget material 34

40 Bilaga 1 Kravspecifikation Kravspecifikation: Magasin Genom en förstudie och idégenerering har en produkt börjat ta form, denna är det nu dags att ge liv. För att detta ska bli möjligt så behöver vissa saker genomföras och de följer här i en punktlista. Skapa ett komplett ritningsunderlag som ska kunna överräckas till en tillverkare. Detta ska bestå utav följande: - Detaljritningar på varje enskild del av produkten. Både en ämnesritning och en bearbetningsritning om behovet för detta finns. - En 3D-modell - En sprängskiss Undersöka hållfastheten med hjälp av en FEM-analys för att finna möjliga svagheter i produkten. Undersöka tillverkningsmetoder och finna eventuella tillverkare för produkten. Undersöka materialval på produktens delar. Med perspektiv på hållfasthet, kostnad och funktionalitet.

41 Bilaga 2 Mått.22LR

42 Bilaga 3 Grundmått hylsa