6
OBSAH:
1. Seznam použitých zkratek a symbolů……… 8
2. Úvod……….. 10
2.1. Charakteristika společnosti TOS Varnsdorf a.s……….. 11
2.2. Výrobní program……… 12
2.2.1. Charakteristika stroje WHN 13 CNC………... 13
2.2.2. Ukázky ostatních strojů z výrobního programu………... 16
3. Charakteristika dílců stroje WHN 13 CNC……….. 20
3.1. Stojan……….. 20
3.2. Saně……… 21
4. Současný výrobní postup………..……….. 22
4.1. Současný výrobní postup stojanu………... 22
4.2. Současný výrobní postup saní……… 24
4.3. Současný montážní postup stojanu………. 25
4.3.1. Zaškrabávaní……… 27
4.3.1.1. Zaškrabávané materiály………... 28
4.3.1.2. Jakost povrchu………... 28
4.3.1.3. Nástroje pro zaškrabávání a měření………... 29
4.4. Charakteristika strojů, podílejících se na výrobě stojanu a saní…... 30
5. Princip navrhované výrobní technologie….……….. 39
5.1. Výběr vhodného materiálu mezi stykovými plochami stojanu a saní….... 39
5.2. Kontrolní výpočet tlaku působící na dosedací plochu stojanu…….…….. 46
5.2.1. Dané hodnoty………..………. 47
5.2.2. Utahovací moment pří montáži……… 47
5.2.3. Třecí moment v závitu šroubu………. 47
5.2.4. Třecí moment mezi hlavou šroubu a podložkou……….. 47
5.2.5. Dosazení a vyjádření osové síly FO... 47
5.2.6. Střední průměr stykové plochy ………... 47
5.2.7. Úhel stoupání v závitu……….. 48
5.2.8. Úhel tření……….. 48
5.2.9. Styková plocha pod hlavou šroubu……….. 48
5.2.10. Tlak působící na dosedací plochu……… 48
5.3. Výsledek výpočtu tlaku působícího na dosedací plochu……… 48
5.4. Utěsnění spoje……… 49
5.5. Oddělovač……….. 50
7
5.6. Čistič………... 51
5.7. Navržené přípravky………. ………... 51
5.7.1. Konstrukce přípravků………... 51
5.7.2. Náklady na přípravky………... 52
5.7.3. Pevnostní výpočet přípravků………... 53
5.7.3.1. Výpočet na otlačení pera v drážce……… 54
5.7.3.2. Smykové napětí v podélném průřezu pera………... 54
5.7.4. Výsledky výpočtu navržených přípravků……… 54
5.8. Navržený výrobní postup stojanu………... 55
5.9. Navržený výrobní postup saní………... 57
5.10. Konstrukční úprava stojanu a saní………... 58
5.11. Navržený montážní postup stojanu………... 59
6. Porovnání časové a ekonomické úspory……… 67
6.1. Srovnání časů původní a navrhované varianty ……….. 67
6.2. Srovnání nákladů původní a navrhované varianty ……… 71
7. Zhodnocení navržené varianty………... 76
7.1. Aplikace navržené technologie na stroj WHQ 105 CNC………... 77
8. Závěr………..………... 79
9. Seznam použité literatury ……….. 80
10. Seznam příloh………...82
8
1. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
TOS továrna obráběcích strojů
WHN 13 CNC stolový vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj s průměrem vřetena 130 mm
WRD 130 deskový vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj s průměrem vřetena 130 mm
CNC computer numerical control (počítačem řízený stroj) (Q) provedení stoje s automatickou výměnou nástrojů
(MC) provedení stroje s automatickou výměnou palety (obrobku) AVN automatická výměna nástroje
obr. obrázek
X příčné přestavení stolu (stojanu) – kolmo na osu vřetena [mm]
Y svislé přestavení vřeteníku – kolmo na osu [mm]
Z osové přestavení stojanu, stolu, či výsuv smykadla [mm]
W výsuv pracovního vřetena [mm]
w podélné přestavení stolu u deskového stroje
B osa otáčení stolu
tP spotřeba času současného způsobu výroby tN spotřeba času při navržené variantě
č.v. číslo výkresu
HRc tvrdost určená diamantovým kuželem HSh tvrdost určená odrazem zkušebního tělesa FS tíhová síla vyvozená hmotností stojanu [N]
lp činná délka pera [mm]
h činná výška pera [mm]
b šířka pera [mm]
pS tlak ve stykových plochách pera a drážky pro pero [MPa]
pD dovolený tlak pro litinu ČSN 42 2425 [MPa]
τ
smykové napětí v podélném řezu pera [MPa]τ
D dovolené napětí ve smyku pro ocel 11 600 [MPa]M utahovací moment vyvozený montážním klíčem [Nm]
MZU třecí moment v závitu šroubu [Nm]
9
MPU třecí moment mezi hlavou šroubu a podložkou [Nm]
FO osová síla ve šroubu [N]
DP střední průměr stykové plochy [mm]
γ úhel stoupání v závitu [o]
φZ úhel tření [o]
SŠ styková plocha pod hlavou šroubu [mm2]
pŠ tlak v dosedací ploše hlavy šroubu [MPa]
p tlak působící mezi dosedacími plochami stojanu a saní [MPa]
dm střední průměr závitu šroubu [mm]
DK průměr hlavy šroubu [mm]
DO průměr otvoru pro šroub [mm]
s stoupání závitu [mm]
fZ součinitel tření v závitu šroubu
fP součinitel tření mezi hlavou šroubu a podložkou S styková plocha stojanu [mm2]
10
2. ÚVOD
Vzhledem k poměrně vysokému počtu výrobců vodorovných vyvrtávacích strojů se TOS Varnsdorf a.s. musí potýkat s velkou konkurencí. Aby zůstala firma i nadále na žebříčku předních světových výrobců obráběcích strojů, musí uspokojovat požadavky svých zákazníků. Ideální cestou je zvýšit hospodárnost výroby a tím si vytvořit možnost prodeje za ceny nižší než konkurence. Samozřejmostí je zachování technické úrovně výrobků. Náskok před konkurencí si firma udrží díky zavedení nových technologií a investicemi do nových zařízení, která sníží pracnost výroby každého stroje, zkrátí čas výrobního procesu a tím sníží náklady na každý stroj.
Samozřejmě že nesmíme opomenout zkušenosti, kvalifikaci a šikovnost pracovníků, kteří se také podílí značnou částí na zkrácení času výroby jednotlivých strojů. Tato diplomová práce se zabývá jednou z těchto technologií. Obsahuje návrh na změnu montážního postupu při ustavování stojanu, který se řadí mezi největší komponenty, vodorovného frézovacího a vyvrtávacího stroje řady WHN 13 CNC. Tento stroj, který je v současné době nejvíce prodávaným obráběcím strojem z produkce firmy TOS Varnsdorf a.s., prošel dlouholetým vývojem, který i nadále pokračuje jak z hlediska jeho konstrukce tak i technologie a výroby. Důkazem je i tato diplomová práce, která by mohla být přínosem nejen z hlediska ekonomického, ale i mimoekonomického (například snížením fyzické námahy při současném způsobu ustavování stojanu stroje WHN 13 CNC).
Obráběcí stroje firmy TOS Varnsdorf a.s. se musí i nadále vyznačovat přesností, tuhostí, rychlostí a kvalitou zpracování, aby mohly pracovat v různých podmínkách, vytvářet přesné a kvalitní obrobky v požadovaných tolerancích.
11
2.1. Charakteristika společnosti TOS Varnsdorf a.s.
Společnost TOS Varnsdorf a.s. se sídlem ve Varnsdorfu v České republice je předním světovým výrobcem obráběcích strojů specializovaným na výrobu horizontálních frézovacích a vyvrtávacích strojů a obráběcích center.
Byla založena v roce 1903. V tomto roce Arno Plauert kupuje celý podíl ve firmě. Nový majitel postupně buduje silnou firmu, která se začíná věnovat výrobě obráběcích strojů. Firma nese název Strojírny Arno Plauert, Maschinenfabrik a zabývá se výrobou vrtaček, malých soustruhů a obrážeček. V roce 1912 vznikla výkresová dokumentace vodorovné vyvrtávačky a roku 1915 byla vyrobena a označena HB - Horizontal Bohrwerk. Výroba vyvrtávaček nebyla ve firmě nikdy ukončena a do dnešního dne je jejím hlavním programem produkce. V roce 1995 je TOS Varnsdorf s.p. privatizován přímým prodejem a mění název na TOS Varnsdorf s.r.o. Nastává dynamické období, období růstu a úspěchů a v roce 1996 se firma mění na akciovou společnost TOS Varnsdorf a.s. s čistě českým kapitálem, což je nyní v oboru obráběcích strojů v České republice téměř rarita. Více než 100 let vývoje je možné rozdělit na několik etap, z nichž každá se od ostatních liší ekonomicky nebo technicky.
V současné době se stroje TOS Varnsdorf a.s. vyznačují vysokou výkonností, pokrokovým technickým řešením a spolehlivostí. Uplatňují se na světových trzích a největšími odběrateli jsou SRN, Rusko, Česká republika, Rakousko, Čína, Itálie, Kanada, Francie a Finsko. Proto firma zakládá po světě dceřiné společnosti, jako jsou například: TOS KUNMING Machine Tool Co. Ltd, TOS TRADE Canada Inc. a TOS TRADE North America, LLC.
Firma pokračuje s vývojem nových strojů. V posledních letech byl představen například stroj WRD 150 Q DUO a nový prototyp frézovacího a vyvrtávacího stroje deskového typu WRD 170 (Q), v dosavadní historii společnosti největší výrobek firmy.
12
2.2. Výrobní program
TOS Varnsdorf a.s. vyrábí v současné době stroje, které lze dělit do následujících kategorií: stolové vyvrtávací stroje, deskové vyvrtávací stroje a horizontální obráběcí centra.
Stolové vyvrtávací stroje
Stolové vyvrtávací stroje jsou určeny zejména pro obrobky menších rozměrů a hmotností. Dělí se podle uspořádání lože. Křížové uspořádání se vyznačuje pevně uloženým stojanem na loži, po podélném loži se pohybuje stůl pomocí příčných saní.
Uspořádání lože do „T“ má pojízdný stojan uložený na podélném loži a stůl se pohybuje po příčném loži. Vřeteník je pohyblivý v ose „Y“ a „Z“ a vřeteno je výsuvné v ose „W“. Stroje mají velkou tuhost a jsou určeny pro obrábění velkým řezným výkonem s vysokou přesností. Představiteli této řady jsou stroje: W100A, WH 10 CNC, WH(Q) 105 CNC, WHN 110 (Q,MC), WHN 130 (Q,MC) a WHN (Q) 13 CNC.
Deskové vyvrtávací stroje
Deskové vyvrtávací stroje jsou určeny zejména pro obrobky velkých rozměrů a hmotností nebo prostorově členité obrobky z litiny a oceli. Podle potřeb technologie lze stroje doplnit upínacím polem sestaveným z upínacích desek nebo jedním i více přídavnými stoly. Stroje je také možno doplnit řadou přídavných technologických zařízení, která značně rozšiřují technologické možnosti stroje. Do této skupiny se řadí stroje: WRD 130 (Q), WRD 150 (Q), WRD 170 (Q).
Horizontální obráběcí centra
Horizontální obráběcí stroje – řada TOStec, jsou obráběcí centra s vodorovnou osou vřetena, otočným upínacím stolem a uspořádáním loží do „T“. Dle technologických potřeb jsou rozšiřovány o moduly automatické výměny nástrojů a automatické výměny palet. V základním provedení jsou tato centra určena pro klasické technologie obrábění, ve speciálních provedeních umožňují vysokorychlostní obrábění, obrábění z pěti stran nebo 5tiosé obrábění. Zde se uplatní
13
schopnost vysokých řezných posuvů (HSF, HPC) a vysoké řezné rychlosti (HSC).
Do této skupiny patří stroje s označením: PRIMA, OPTIMA, VARIA, GRATA.
Firemní označení strojů
Typové označení strojů je složeno ze tří bodů:
A, B, C
A – vyjadřuje provedení stroje
WRD – deskový vodorovný vyvrtávací stroj s výsuvným smykadlem a výsuvným pracovním vřetenem
WHN - stolový vodorovný vyvrtávací stroj s výsuvným pracovním vřetenem WFN - stolový vodorovný vyvrtávací stroj s nevýsuvným pracovním vřetenem B – vyjadřuje jmenovitý průměr vřetena
C – vyjadřuje vybavení stroje:
( ) - (prázdný blok) stroj v základním provedení (Q) - automatická výměna nástrojů
(MC) - automatická výměna palet (obrobku)
Například označení stroje WHN 13 CNC tedy znamená: stolový vodorovný vyvrtávací stroj s výsuvným pracovním vřetenem o průměru 130 mm.
2.2.1. Charakteristika stroje WHN 13 CNC
Vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WHN 13 CNC je jedním z nejúspěšnějších výrobků TOS Varnsdorf a.s., o úspěšnosti svědčí fakt, že do současnosti bylo vyrobeno více než 2000 těchto strojů. Stroj je určen pro přesné frézování, souřadnicové vrtání, vyvrtávání a řezání závitů skříňových, deskových a tvarově složitých obrobků s hmotností až 25 000 kg. Stroj WHN 13 CNC je souvisle řízený stolový frézovací a vyvrtávací stroj moderní konstrukce s uspořádáním loží do
„T“. Vyniká především poměrem užitných vlastností k pořizovacím nákladům.
Klady tohoto stroje jsou především vysoká tuhost, spolehlivost a vysoké technické parametry. Stroj s označením WHN 15 CNC se liší od stroje WHN 13 CNC pouze průměrem pracovního vřetena a výkonem.
Je souvisle řízený ve čtyřech lineárních souřadnicích (X, Y, Z, W). Dále je automaticky řízen otočný polohovací stůl s inkrementem polohování 0,001° (osa B) a
14
pracovní vřeteno (osa C). Stroj může být také dodán i s neotočným upínacím stolem 1900 x 2800 mm pro maximální hmotnost obrobku 15 000 kg a přestavení X = 3000 mm.
Obr. 1: Vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WHN 13 CNC Hlavní technické parametry stroje WHN 13 CNC jsou v tabulce 1.
Tabulka 1 HLAVNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE Jednotky Číselné hodnoty
Průměr pracovního vřetena mm 130
Kuželová dutina pracovního vřetena ISO 50 Rozsah otáček pracovního vřetena min-1 10 – 3 000
Maximální kroutící moment Nm 3 111
Příčné přestavení stolu (X) mm 2 000 – 6 000 Svislé přestavení vřeteníku (Y) mm 2 000 – 3 500
Výsuv pracovního vřetena (W) mm 800
Maximální hmotnost obrobku pro stůl S 25 kg 25 000 Pracovní posuvy X, Y, Z, W mm.min-1 4 – 5 000
15
Konstrukční uspořádání stolového stroje WHQ 13 CNC
Stroje WHQ 13 CNC s otočným stolem v základním provedení mají 6 souvisle řízených os (X, Y, Z, B, W, C). Stroj má automatickou výměnu nástrojů.
Obr. 2: Vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WHQ 13 CNC s otočným stolem S25 (schéma konstrukčního řešení)
16
2.2.2. Ukázky ostatních strojů z výrobního programu
WH 10CNC - nejmenší CNC řízená vodorovná vyvrtávačka z produkce TOS Varnsdorf a.s. Stroj je stolový s křížově přestavitelným otočným stolem.
Obr. 3: Vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WH 10 CNC
WH(Q) 105CNC - vodorovná vyvrtávačka stolová s křížově přestavitelným otočným stolem a výsuvným pracovním vřetenem o průměru 105 mm. Uplatnění nachází při efektivním obrábění dílců skříňového charakteru z více stran, ale i při obrábění forem a jiných tvarově složitých obrobků.
Obr. 4: Vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WH 105CNC
17
WRD 170(Q) – vodorovný deskový vyvrtávací stroj s výsuvným pracovním vřetenem a smykadlem je největší představitel řady deskových vyvrtávacích strojů z produkce TOS Varnsdorf a.s.
Obr. 5: Vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WRD 170 Q Stroje řady TOStec
Plně zakrytovaná obráběcí centra s vodorovnou osou vřetena.
PRIMA
Obr. 6: Plně krytované obráběcí centrum PRIMA
18
OPTIMA
Obr. 7: Plně krytované obráběcí centrum OPTIMA
VARIA
Obr. 8: Plně krytované obráběcí centrum VARIA
Níže znázorněný graf zobrazuje počet prodaných strojů, vyprodukovaných firmou TOS Varnsdorf, za rok 2012. Je patrné, že nejoblíbenější stroj mezi zákazníky je WHN(Q) 13 CNC a WHN (Q) 15 CNC. Rozměrově se jedná o tentýž stroj jen s jiným průměrem vřetena a jinými parametry výkonu motoru. Těchto strojů se tedy dohromady v roce 2012 prodalo v počtu 69 kusů.
19
17
69
20
5
18
2 3
0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
WH(Q)105CNC
WHN(Q)13/15 CNC
WHN110
WHN130
WRD130/150
WRD170
Prima
Optima
Varia
Obr. 9: Grafické vyobrazení počtu prodaných strojů za rok 2012
20
3. CHARAKTERISTIKA DÍLCŮ STROJE WHN 13 CNC
3.1. Stojan
Stojan (viz obr. 10) patří mezi nejdůležitější a největší součásti stroje. Slouží společně s hlavním uložením k vedení vřeteníku. Jeho hmotnost je při pojezdu 3 500 mm 7 567 kg. Umožňuje tak svislý posuv vřeteníku v ose „Y“. Vodící plochy jsou kluzné a jsou opatřeny kalenými lištami. Konstrukce a žebrování stojanu jsou voleny tak, aby byla zajištěna co největší tuhost při obrábění v požadované výšce.
Odlévá se z šedé litiny ČSN 42 2430 dle normy ČSN 42 1241. Tento odlitek se dále obrábí ve firmě TOS Varnsdorf a.s.
Stojan může být nepohyblivý, to znamená, že je pevně ustaven na lože stroje.
Toto řešení je například u stroje WH 105 CNC. Nebo může být přestavitelný v ose
„Z“. To znamená, že je ustaven na saních, které se pohybují po podélném loži. Tato varianta je například u stroje WHN 13 CNC. V dutině stojanu je protizávaží kompenzující tíhu vřeteníku, které je zavěšené na lanech. Pohyb vřeteníku zajišťuje kuličkový šroub.
Obr. 10: Stojan WHN 13 CNC
21
3.2. Saně
Saně (viz obr. 11) nesou stojan stroje. Po obrobení mají hmotnost 5 000 kg.
Ustavují se na vodící plochy lože stroje, které jsou opatřeny kalenými a broušenými lištami. Vedení na ložích je chráněno před znečištěním teleskopickými kryty. Pohyb zajišťují čtyři valivé jednotky v kombinaci s kluzným vedením.
Saně jsou odlitkem z šedé litiny ČSN 42 2425, dle normy ČSN 42 1241, vyrobeným firmou Metalurgie Rumburk s.r.o. Tento odlitek se dále obrábí ve firmě TOS Varnsdorf a.s.
Náhony v lineárních osách jsou realizovány samostatně AC-digitálními servopohony prostřednictvím převodů s ozubenými řemeny na kuličkové šrouby s předepnutými maticemi. Lineární osy jsou vybaveny přímým odměřováním s uzavřenými elektro-optickými měřidly Heidenhain.
Obr. 11: Saně WHN 13 CNC
22
4. SOUČASNÝ VÝROBNÍ POSTUP
4.1. Současný výrobní postup stojanu
Jak již bylo uvedeno, stojan je odléván z šedé litiny. Po odstranění zbytků formovací směsi, nálitků a vtokových soustav, je natřen barvou pro ochranu před atmosférickými vlivy a je přemístěn do areálu firmy TOS Varnsdorf, kde je skladován v otevřeném skladu. Takto skladovaný dílec je na základě zakázky dopraven do haly těžké mechaniky, kde je obráběn. Ve výrobním postupu, nesprávně nazvaném jako „pracovní“, je označení stroje uvedeno jako kapacitní jednotka.
V tomto sloupci je vždy číslo, které představuje daný stroj pro danou operaci.
Například číslo 51 0522970 představuje portálovou rovinnou frézku FLP 2200/2A, která slouží převážně k hrubování velkých hrubých odlitků. Současný výrobní postup stojanu TOS Varnsdorf a.s. je v příloze č. 3.
První operace 010 představuje geometrické vyobrazení tvaru budoucího obrobku na hrubém odlitku, aby byly dostatečné přídavky při vlastním obrábění.
Tato operace se nazývá orýsování, v technologickém postupu je označena pod pojmem „prorýsovat“.
Operace 020 je již vlastní obrábění odlitku stojanu. Obrábí se na stroji FLP 2200/2A, který je umístěn vedle haly lehké mechaniky firmy. Nejprve se součást ustaví a vyrovná podle orýsování na stavitelné podložky. Při upínání součásti se použijí stavitelné podložky a šroubové upínky. Pak se hrubuje frézováním s přídavkem 2 mm. Frézují se vrchní a spodní plochy, to jsou dosedací plochy sloužící pro ustavení stojanu. Dále se frézují boční a vnitřní vodící plochy na rozměry dle výkresu stojanu.
Dle výrobního postupu firmy TOS Varnsdorf a.s. se následující tři operace provádějí na jednom stroji WRD 150 DUO.
Operace 030 se provádí v hale těžké mechaniky na stroji WRD 150 DUO (jak již bylo uvedeno). Tento stroj má dva stojany proti sobě a tudíž i dvě pracovní vřetena, takže vodící plochy a otvory se obrábí současně. Obrobek se ustaví vyhrubovanými vodícími plochami na upínací desky. Pomocí podložek se součást vyrovná do požadované přesnosti. Frézují se boční plochy pro vlastní odměřování včetně nálitků na míru. Také se obrábí další plochy nezbytné pro montáž ostatních
23
montážních skupin pro vodící lišty závaží a zkosení hran na přírubě. V této operaci se také vrtají potřebné otvory M12, M10, ø 40H7.
Operace 040 probíhá na stejném stroji jako operace 030. Stojan je otočen na upínacích deskách o 180o, ustaven a vyrovnán na stavitelné podložky. Vyrovná se nejprve na třech bodech (kvůli zkřížení dílce) a následně se nastaví podpěrné podložky. Frézuje se plocha pro ložisko, hrubují se drážky vodících ploch. Tyto drážky slouží pro nalepení kalených lišt. Rozměrově jsou to šířky 65 mm a 95 mm v hloubce 7,5 mm. Následně se frézují boční drážky na čisto (rozměry 70 mm s tolerancí +0,4 a 95 mm s tolerancí +0,4 v hloubce 8,3 mm +0,1 včetně zápichů.
Operace 050 se provádí na pracovním stole S30, také na stroji WRD 150 DUO. Obrobí se spodní dosedací plocha stojanu s přídavkem 2 mm a vrchní plocha také s přídavkem 2 mm. Dále se vrtají otvory pro šrouby M30 sloužící pro dotažení stojanu k saním. Tyto otvory jsou o ø 33mm.
V předchozích operacích: 030, 040, 050 bude následně provedena úprava pro aplikaci technologie podlití stojanu (viz kapitola č. 5.8.).
Operace 060 - kontrola obrobku se provádí na odkládací ploše mimo stroj WRD 150 DUO. Příslušný kontrolor měří vodící plochy a opticky kontroluje kvalitu obrobku.
Operace 070 a 080 jsou montážní. Provádí se v hale těžké mechaniky. Je to vlastní lepení kalených lišt do vodících drážek stojanu. Kalené lišty jsou nakupované a pomocí lepidla a tužidla značky Araldit (dvousložkového lepidla) se lepí do předem vyčištěných a odmaštěných vodících drážek. Počet kalených lišt závisí na délce stojanu, šíře závisí na příslušné drážce (70 nebo 90 mm). Po montáži kalených lišt následuje fáze schnutí. Na kalené lišty se položí závaží, nebo se stáhnou svorkami a nechá se lepidlo schnout cca 24 hodin.
V operaci 090 se stojan přemístí na portálovou brusku WALDRICH, pečlivě se vyrovná na třech bodech kvůli zkřížení, upne se příslušnými upínkami a brousí se vodící plochy. Tyto plochy představují nalepené kalené lišty uvedené v předchozí operaci. Na stojanu WHN 13 CNC je celkem 6 těchto vodících ploch a brousí se v toleranci dle výkresové dokumentace. Dále se brousí plocha pro montáž ložiskové jednotky.
Operace 100 je spojená již s rozměrovou kontrolou stojanu. Dílec je přemístěn do haly montáže stolových strojů. Měří se rovinnost, rovnoběžnost a
24
kolmost spodních a vrchních ploch vůči vodícím plochám stojanu. Měření probíhá na souřadnicovém měřícím přístroji ZEISS-MMZ-G 30/60/20 MT HSS. Pro přesné měření je nejprve nutné dílec teplotně stabilizovat v uzavřené místnosti měřícího zařízení na výměnné paletě cca 60 minut. Následně tato paleta s obrobkem přesune k měřícímu přístroji a probíhá vlastní měření. Po měření se na stojan vyznačí několik bodů a k těmto bodům se napíšou naměřené hodnoty (respektive odchylky vůči vodícím plochám).
Operace 110 - na stroji WRD 130 Q, obrábění vrchní a spodní plochy na stanovený rozměr dle konstrukčního výkresu. Aby bylo dosaženo dostatečné přesnosti, musí se stojan na stroji pečlivě vyrovnat dle uvedených údajů z měřícího přístroje ZEISS. Toto vyrovnání je poměrně zdlouhavé a náročné. Ustavuje se na vodící plochy stojanu.
Operace 120 je opětovná kontrola na stroji ZEISS-MMZ-G 30/60/20 MT HSS. Jako v předchozí operaci 100 probíhá měření stojanu. Kontrola je především už soustředěná na měření spodní a vrchní plochy vůči vodícím plochám.
Jestliže naměřené hodnoty na stroji ZEISS neodpovídají podmínkám, které jsou potřeba pro zaškrabání dílce, tzn. dosedací plocha stojanu má moc velké přídavky pro zaškrabání, je třeba operaci 110 a 120 opakovat. Samozřejmě že záleží na zručnosti a zkušenosti obsluhy stroje při vyrovnávání dílce na strojích.
V příloze č. 4 je znázorněn stojan během výrobního procesu.
4.2. Současný výrobní postup saní
Stejně jako u stojanu jsou i saně odlité z šedé litiny ve slévárně v Rumburku a poté uskladněné v otevřeném skladu odlitků v areálu TOS Varnsdorf a.s. Takto skladovaný dílec je na základě zakázky dopraven do haly těžké mechaniky, kde se obrábí. Současný výrobní postup saní TOS Varnsdorf a.s. je v příloze č. 3.
Operace 010 je orýsování saní, v technologickém postupu je označena pod pojmem „prorýsovat“. Tato operace probíhá v hale, kde je umístěn stroj FLP 2200/2A.
Operace 020 je hrubování na stroji FLP 2200/2A. Nejprve se saně položí na opěry a vyrovnají se dle orýsování. Součást se pokládá na tu stranu, kde je vedení pro lože stroje. Frézuje se vrchní plocha s přídavkem 2 mm. To je ta plocha, na které je ve finální fázi ustaven stojan. Poté se hrubují boční plochy také s přídavkem 2 mm.
25
Upínky se musí přestavit podle toho, která strana se obrábí. Pak se obrobek otočí a frézují se vodící plochy také s přídavkem pro hrubování.
V operaci 030 je vyhrubovaný dílec žíhán pro snížení vnitřního pnutí ve vozové žíhací peci TPP. Saně se venku položí na podložky rozmístěné na pecním voze. Poté se vůz zaveze do pece a uzavřou se vrata. Žíhá se několik hodin pro snížení vnitřního pnutí při teplotě cca 580 ºC. Celý proces ohřevu je monitorován řídícím systémem.
Operace 040 představuje frézování na stolovém stroji WHQ 13 CNC. V této operaci se saně kompletně obrobí ze všech stran, takže se na tomto stroji několikrát přepíná. Dílec se vyrovná pomocí podložek na stole a je upnut. Frézují se boční plochy na čisto včetně sražení hran, vrtají se otvory a závity na bocích saní. Dále se frézuje vedení saní. Aby bylo frézování co nejpřesnější, tak se saně upnou na upínací úhelníky UU 1600 a položí na přípravkové kostky č. v.: 1-411-00537. Frézují se drážky pro vedení a kapsy pro valivé jednotky stroje. Dále se vrtají otvory a závity pro upevnění lišt. Následně se saně na úhelníkách předepnou a frézuje se načisto jejich tloušťka. Také se frézuje drážka se spádem pro odtok oleje. V této operaci bude následně provedena úprava pro aplikaci podlití, viz kapitola 5.9.
Operace 050 je montážní, spočívající v úpravě vodících ploch pro vedení saní dle příslušné návodky.
Operace 060 je kontrola celých saní, včetně vizuální prohlídky obrobených ploch, vodících drážek a drsnosti.
V příloze č. 4 jsou znázorněny saně během výrobního procesu.
4.3. Současný montážní postup stojanu
Současný způsob ustavování stojanu stroje WHN 13 CNC je poměrně náročnou montážní prací. Obsahuje i poslední obrábění. Toto obrábění se nazývá zaškrabávání a spočívá v odstraňování přebytečného materiálu na vybraných plochách nástrojem, který se nazývá škrabák. V příloze č. 4 je znázorněn současný průběh montáže stojanu.
Nejprve se spodní styková plocha stojanu natře speciální tušírovací modrou barvou. Ta slouží k vyznačení nerovností na saních stroje (proto se také někdy nazývá opisování součásti). Přitom je nezbytné, aby plocha, na kterou se stojan přikládá, byla začištěná jemným brusným kamenem.
26
Vyrovnání probíhá od spodní části stroje a to od lože. To se vyrovná stavitelnými šrouby M36, které se opírají o podložky. Lože se vyrovnávají se saněmi a stojanem pohromadě. Měří se rovinnost podélná (pomocí měřící vodováhy) a kolmá k vedení loží (pomocí měřícího mostu a vodováhy). Další měření se týká již vlastního stojanu. Pomocí měřící vodováhy, která se přikládá na vodící plochy stojanu, se určí kolmost vůči vedení lože. Odchylka od požadované geometrické tolerance se vyznačí na saních. Stojan stroje se demontuje a položí na podkládací trámy mimo sestavu součástí. Podle vyznačených hodnot a obtisknuté tušírovací barvy se saně zaškrábou, až se docílí požadovaný počet dotykových ploch.
Zaškrabání je fyzicky náročnou činností, zvláště jedná-li se o tak velkou plochu jako je pod stojanem stroje. Po tomto ručním obrobení se obvykle znovu nanese tušírovací barva na spodní plochu stojanu a ustaví se saně stejným způsobem, jak již bylo uvedeno výše. Opět se přikládá měřící vodováha na vodící plochy stojanu a na základě naměřených hodnot se znovu zaškrábe plocha saní tam, kde je ustavený stojan. Tento proces se několikrát opakuje, dokud není docíleno požadované přesnosti stanovené v měřícím protokolu. V případě, že je třeba ubírat větší vrstvu materiálu, používá se škrabací nástroj škrabák, jak již bylo uvedeno. Není-li potřeba tak velkého úběru, nebo je-li požadavek pro zlepšení drsnosti, používá se ruční stroj BIAX BL 40 (viz příloha 4). Tento přístroj koná přímočaré pohyby a tím nahrazuje fyzicky náročný pohyb montážního pracovníka. Kvůli vibracím, které vyvozuje, nepůsobí příznivě na zdraví montážních pracovníků.
Během opisování ploch lze stanovit časové hodnoty obsažené v následujících úkonech:
• Očištění ploch od špon popř. jiných nečistot a odmaštění
• Natření funkčních ploch tušírovací barvou
• Manipulace s měřícím nářadím nebo s protidílcem (uchopení, přemístění, položení)
• Vizuální kontrola opsaných ploch
27
Během zaškrabávání ploch lze stanovit časové hodnoty obsažené v následujících úkonech:
• Očištění ploch před zaškrabáváním
• Vlastní zaškrabávání do požadované jakosti
• Úprava vzhledu zaškrábaných ploch
• Měření během zaškrabávání i po zaškrabávání
• Očištění od špon a barvy
• Kontrola
Následuje konečná montáž součástí, ve které dostává stroj konečnou podobu.
Největší komponenty, které jsou montovány na základní rám stroje: vřeteník s hlavním uložením, kabina pro obsluhu stroje, stůl, automatická výměna nástrojů atd. Po ozkoušení funkčnosti je stroj částečně demontován - dojde k opětovnému rozebrání velkých komponentů stroje včetně stojanu a saní, zabalení a expedice k zákazníkovi. U zákazníka dojde opětovně ke konečné montáži stroje.
4.3.1. Zaškrabávání
Zaškrabávání je ruční obrábění ploch pro získání velmi vysoké přesnosti geometrického tvaru (např. rovinnosti vodících ploch obráběcích strojů), vysoké jakosti a přesnosti rozměrů po předchozím obrábění. Škrabákem se odstraňují tenké třísky z vrcholků nerovností zmíněné plochy, tímto se dosahuje co nejkvalitnějšího povrchu obráběné plochy. Posuvem škrabáku dopředu se odebírá tříska (viz obr. č.
12). Tloušťka odebírané třísky na jeden záběr je závislá na síle, kterou je škrabák přitlačován k zaškrabávané ploše. Tato tloušťka je cca 0,005 mm až 0,01 mm.
Vznikají plošky, které značí odebraný materiál. Šíře těchto plošek je závislá na hrubosti plochy. Tušírovací barva je nanášena válečkem, v tomto případě na dosedací plochu stojanu. Tato barva má pastovitou konzistenci a nesmí obsahovat pevné částečky větší než několik tisícin milimetrů. Následným klouzavým pohybem po obráběných plochách (stojanu po saních) se na vyvýšených místech barva stírá, a tak označuje plochy, které je ještě nutno zaškrabat. Toto opisování a zaškrabávání se opakuje a tím se postupně opíše celá dosedací plocha stojanu na saně.
Stojan stroje se musí dotýkat saní celou svou stykovou plochou. Kdyby se stykové plochy dotýkaly jen na určitých bodech, vznikla by při další montáži
28
deformace stojanu. To znamená, že barevné skvrny (dotykové plošky) musí být rozmístěny po celé zaškrábané ploše saní.
Zaškrabávání je jednou z nejnamáhavějších ručních prací, a proto se snažíme najít novou variantu, která by nahradila tuto náročnou a zdlouhavou práci.
Obr. 12: Držení šrabáku při zaškrabávání
α – úhel hřbetu, β – úhel břitu, γ – úhel čela, δ – úhel řezu
4.3.1.1. Zaškrabávané materiály
Vhodný materiál pro zaškrabávání je šedá litina, ocel ČSN 11 600, silumin a plastické hmoty. V daném případě saně stroje jsou vyrobeny z šedé litiny ČSN 42 24325.
4.3.1.2. Jakost povrchu
Drsnost povrchu před zaškrabáváním nesmí být větší než Ra 3,2. Jakost povrchu vychází z normy ČSN 01 4455. Podle této normy se zaškrabávané plochy dělí podle jakosti a způsobu použití na pět tříd s označením od nejpřesnější třídy k nejhrubší (1, 2, 3, 4, 5). Zaškrabané plochy jsou určeny počtem dotykových plošek a kontrolní plochou měřící desky. V tomto případě je měřící plochou stojan stroje.
Dotykové plošky by měly být rovnoměrně rozloženy na ploše čtverce o stranách 25x25 mm (viz tabulka č. 2). Pro skupinu stojan - saně platí třída jakosti č. 4.
29
Tabulka 2: Jakost povrchu zaškrabaných ploch Třída jakosti
1 2 3 4 5
Počet dotykových plošek
24 - 32 14 - 22 9 - 12 6 - 8 3 – 5
Drsnost povrchu Ra
0,1 0,2 0,4 0,8 1,6
Přibližné rozdělení dotykových plošek na plochu 25 x 25 mm
Příklady použití Přesné měřící
stroje, přístroje a
měřidla
Dílenské kontrolní přístroje a nářadí
Dílenské přístroje, vedení strojů,
ložiskové pánve
Vedení těžkých obráběcích
strojů, povrchové zaškrabávání
stolů
Vedení těžkých strojů, víka
skříní
4.3.1.3. Nástroje pro zaškrabávání a měření
Pro zaškrabávání rovinných ploch se ve firmě TOS Varnsdorf používají speciální ploché škrabáky jednostranné s přímým nebo zaobleným ostřím. Pro tyto škrabáky jsou zhotovené výkresy v konstrukci přípravků:
č.v.: 6-885-00292-00, č.v.: 6-888-00343-00 a č.v.: 6-885-00999-00
Šířka škrabáků je dána přesností zaškrabávání:
Pro hrubé zaškrabávání jsou vhodné škrabáky v šířce 20-30 mm.
Pro jemné a přesné zaškrabávání jsou vhodné škrabáky v šířce 5-12 mm.
Pro měření ploch před zaškrabáním, ke kontrole plochy a opisování v průběhu zaškrabávání se používají normalizované nástroje:
měrné desky (ČSN 25 5511) – velmi tuhé litinové desky mostová pravítka (ČSN 25 5514) – litinové vyztužené žebry trojhranná pravítka (ČSN 25 5517) – kontrola rovinnosti
30
Při ustavení stojanu ve firmě TOS Varnsdorf se opisují (měří) dvě plochy, z toho důvodu se používá jako měrné nářadí hotový dílec – protikus (stojan).
4.4. Charakteristika strojů, podílejících se na výrobě stojanu a saní
FLP-2200-2A ERI:FLP-2200-2A ERI (viz obr. 13) je portálová rovinná frézka pro hrubování obrobků velkých rozměrů. Je vybavena výkyvnou frézovací hlavou, kterou je možné obrábět i vnitřní plochy velkých obrobků. Pracovní prostor se skládá ze dvou spojených stolů, kde je 11 drážek šířky 28 mm v odstupech 220 mm pro upínání obrobků. Proto lze na stroji obrábět 1. součást a součást 2. upínat. Vnější drážky jsou vzdáleny 200 mm od okraje stolu.
Tabulka 3: Technické údaje frézky FLP-2200-2A ERI HLAVNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE jednotky Číselné hodnoty
Průměr vřetena mm 150
Kuželová dutina pracovního vřetena ISO 60
Rozsah otáček pracovního vřetena min-1 10 – 675
Upínací plocha spojených stolů mm 2200x8000
Zdvih frézovací hlavy mm 3400
Rychloposuv příčníku mm/min 2000
Pracovní posuv frézovací hlavy mm/min 10-3000
Rychloposuv frézovací hlavy mm/min 6000
Zdvih pohyblivého příčníku mm 1600
Zdvih frézovací hlavy mm 3400
31
Obr. 13: Portálová rovinná frézka FLP-2200-2A ERI Popis obr. 13: 1 – stojan
2 – příčník 3 – suport 4 – vřeteno 5 – pracovní stůl 6 – obrobek
Souřadnicový měřící přístroj ZEISS – MMZ – G 30/60/20 MT HSS
Souřadnicový měřící přístroj ZEISS (viz obr. 14) má řídící systém UNIX.
Slouží pro konečnou kontrolu přesností obrobených dílců. Vzhledem k tomu, že se na tento stroj ustavují převážně rozměrné dílce, je opatřen dvěma paletami. Pro vlastní měření jsou používány snímače 1054-529 s jedním nebo několika keramickými snímacími doteky ve tvaru koule. Při každém měření se musí tento snímač kalibrovat na kalibrační kouli. Silou 2 N je snímač tlačen na plochy obrobku a vyhodnocuje rozměry dle programu. Výsledek je rozdíl naměřených hodnot. Měřící sonda je montovaná z několika nástavců a podle potřeby je možné ji variabilně přizpůsobit do požadovaného tvaru. Stroj je umístěn na hale montáže těžké mechaniky, kde má vlastní klimatizovanou halu pro vyrovnání teploty měření na cca 20oC.
32
Tabulka 4: Technické údaje měřícího přístroje ZEISS – MMZ – G 30/60/20 HLAVNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE jednotky Číselné hodnoty Měřící rozsah X (pohyb sondy po příčníku) mm 3 000
Měřící rozsah Y (pohyb příčníku) mm 6 000
Měřící rozsah Z (výsuv sondy) mm 2 000
Maximální nosnost pracovní palety kg 13 500
Obr. 14: Souřadnicový měřící přístroj ZEISS – MMZ – G 30/60/20 MT HSS Popis obr. 14: 1 – krytování pro výsuv pinoly v ose x
2 – příčník
3 – podpírací stojan
4 – pravý stojan s vedením v ose y 5 – levý stojan s vedením v ose y 6 – podpírací stojan včetně pohonu 7 – měřící sonda
8 – výsuvná pinola v ose z
33
WRD 150 Q DUO
WRD 150 Q DUO (viz obr. 15) je deskový vyvrtávací stroj z výrobního programu firmy TOS Varnsdorf. Je to pracoviště, které je tvořeno dvěma na sobě nezávislými stroji WRD 150 Q. Vřetena jsou situována proti sobě a to umožňuje výhodné frézování jednoho obrobku dvěma nástroji, popřípadě frézování dvou obrobků současně. Stroje mají společný pracovní prostor, který je tvořen stolem S30 a upínací deskou. Stroj je umístěn v hale těžké mechaniky.
Obr. 15: Deskový frézovací a vyvrtávací stroj WRD 150 Q DUO s otočným stolem S30
Popis obr. 15: 1 – stojan levý 2 – stojan pravý 3 – upínací deska 4 – kabina pro obsluhu 5 – AVN
6 – otočný stůl S30
34
Tabulka 5: Technické údaje stroje WRD 150 Q DUO HLAVNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE jednotky Číselné hodnoty
Průměr pracovního vřetena mm 150
Kuželová dutina pracovního vřetena ISO 50
Rozsah otáček pracovního vřetena min-1 0 – 3 000
Maximální kroutící moment Nm 3 200
Maximální délka obrobku mm 8 000
Maximální šíře mezi stojany mm 2 500
Maximální výška obrobku mm 4 000
Maximální hmotnost obrobku pro stůl S 30 kg 25 000
Vozová žíhací pec
Vozová žíhací pec (viz obr. 16) je výrobek společnosti Teplotechna průmyslové pece s.r.o. Je určená k žíhání odlitků a svařenců a k odstranění vnitřního pnutí. Pec je projektována na provozní teplotu 650 ºC. Dílce se podkládají na podkladky rozmístěné na pecním voze. Pohyb vozu se realizuje pomocí řetězového pohonu. Pec je otápěna 14-ti impulsními hořáky a řízení zajišťuje systém SIEMENS S7-300. Pec je umístěna ve výrobní hale žíhárny. Jako palivo slouží zemní plyn.
Obr. 16: Vozová žíhací pec TPP
35
Popis obr. 16: 1 – vrata pece zavěšená na řetězech 2 – pecní vozík
3 – rozvodové potrubí pro plyn 4 – podium pro údržbu
Tabulka 6: Technické údaje vozové žíhací pece HLAVNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE Jednotky Číselné hodnoty
Využitelná délka pece mm 7 000
Využitelná šířka pece mm 3 000
Využitelná výška pece mm 2 000
Maximální hmotnost vsázky kg 40 000
Bruska rovinných ploch Waldrich Coburg S 4040
Portálová bruska S 4040 (viz obr. 17) slouží pro broušení rovinných ploch.
Stroj je z produkce německé firmy Waldrich Coburg. Stroj byl vyroben v roce 1977 a v roce 2006 prošel částečnou rekonstrukcí. Na tomto stroji probíhá broušení vodorovných, svislých i úhlových rovinných ploch. Převážně však broušení vodících ploch dílců z produkce firmy TOS Varnsdorf.
36
Obr. 17: Bruska rovinných ploch Waldrich Coburg S 404 Popis obr. 17: 1 – Levý stojan
2 – Pravý stojan 3 – Traverza 4 – Příčník
5 – Pracovní paleta 6 – Záchytná plenta
Tabulka 7: Technické údaje brusky Waldrich Coburg S 4040 HLAVNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE Jednotky Číselné hodnoty
Rozměr upínací plochy stolu mm 2 000x5 500
Maximální brusná délka mm 5 800
Maximální šíře mezi stojany mm 2 500
Maximální výška obrobku mm 1 800
Maximální hmotnost obrobku kg 12 000
37
WRD 130 Q
WRD 130 Q (viz obr. 18) je deskový horizontální vyvrtávací stroj z produkce TOS Varnsdorf a.s. Je určen pro přesné a vysoce produktivní souřadnicové vrtání, vyvrtávání, frézování apod. Na stroji se vyrábí velmi rozměrné dílce o hmotnosti do 25 tun. Díky přídavné frézovací hlavě HUI 50 je možné dílec obrobit z pěti stran.
Stroj je vybaven přídavným otočným stolem S 25 a polem upínacích desek UD 4.
Obráběcí stroj je umístěn na hale těžké mechaniky. Nástroje dodává manipulátor, opatřený otočnou dvouramennou rukou z řetězového zásobníku nástrojů.
Obr. 18: Vodorovný frézovací a vyvrtávací stroj WRD 130 Q s otočným stolem S25 Popis obr. 18: 1 – Výsuvné smykadlo s pracovním vřetenem
2 – Stojan stroje 3 – Pracovní stůl S 25 4 – AVN
5 – Pick-up pro frézovací příslušenství 6 – Pracoviště obsluhy
38
Tabulka 8: Technické údaje stroje WRD 130 Q HLAVNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE
Jednotky Číselné hodnoty
Průměr pracovního vřetena mm 130
Kuželová dutina pracovního vřetena ISO 50 Rozsah otáček pracovního vřetena min-1 10 – 3 000
Maximální kroutící moment Nm 3 200
Příčné přestavení stojanu (X) mm 10 000 Svislé přestavení vřeteníku (Y) mm 3 000
Přestavení v ose vřetena (Z) mm 960
Maximální hmotnost obrobku pro stůl S 25 kg 25 000
39
5. PRINCIP NAVRHOVANÉ VÝROBNÍ TECHNOLOGIE
Současný způsob ustavování stojanu stroje WHN 13 CNC je poměrně náročný proces jak z hlediska času, tak i z hlediska fyzické námahy montážních pracovníků. V této kapitole je návrh způsobu ustavení stojanu technologií podlévání, která nahradí zaškrabávání skupiny saně a stojan.
5.1. Výběr vhodného materiálu mezi stykovými plochami stojanu a saní
Při výběru vhodného plnícího materiálu byla oslovena firma WEICON Šafařík s.r.o., která již dvacet dva let působí na trhu České republiky a zároveň se stará o distribuci výrobků firmy WEICON GmbH. WEICON GmbH & Co. je vlastním výrobcem speciálních hmot použitelných pro veškeré typy průmyslu – pro výrobu, opravy, ošetření a údržbu. Na trhu působí téměř šedesát let a po tu dobu představuje nejvyšší kvalitu a záruku svých produktů. Důkazem kvality této firmy je i vysoká poptávka a export do 75 zemí světa.
Jako další firma, která byla oslovena, je Hortex s.r.o. Tato firma se zabývá výrobky z oblasti průmyslové chemie a působí na trhu s vlastními výrobky od roku 2004. Nabízí širokou škálu produktů pro různé typy průmyslových oborů.
Pro tuto technologii bude nejvhodnější vybrat několik typů hmot a na základě určitých kritérií zvolit nejvhodnější z nich. Hlavní kritérií výběru bude pevnostní hodnota, kterou dokáže tato hmota unést. Pevnostní hodnoty jsou uvedené v tabulce 9. Z nabízeného sortimentu firem byly vybrány dvou-komponentní hmoty. To znamená, že obsahuje dvě hlavní přísady: epoxid a pryskyřici. Níže uvedené hmoty byly vybrány na základě charakteristik použití udané od výrobce.
Plastická ocel Weicon
Je to produkt určený pro rychlé, úsporné a trvalé opravy, lepení a povrstvení na nejrůznějších typech materiálů. Má schopnost rychle a trvale lepit různé materiály mezi sebou a navzájem. Veškeré typy těchto produktů jsou k dodání v kompletním pracovním balení, které obsahuje pryskyřici a tvrdidlo ve správných mísících poměrech. V závislosti na typu použití jsou komponenty pryskyřičné složky plněny práškem. Tento prášek je dodávaný: ocelový, hliníkový, bronzový atd. Na základě
40
přísadového prášku se tato hmota člení: Weicon A, Weicon B, Weicon BR, Weicon WR, Weidling C, atd. Po promíchání obou komponent vytvrzuje Weicon Plastická ocel při pokojové teplotě v pevný a oceli velmi podobný materiál, který má schopnost přilnout k povrchu, specifickému pro každou hmotu zvlášť. Na rozdíl od polyesterových pryskyřic nedochází u těchto vybraných hmot ke smrštění, což je v tomto případě vhodné. Vytvrzený materiál lze mechanicky opracovávat: vrtat, brousit, pilovat, frézovat. Hmoty, které jsou pro tuto aplikaci nejvhodnější, musí být dostatečně tekuté, aby dobře vyplnily prostor mezi stojanem a saněmi stroje a zároveň musí mít doporučení od výrobce, aby byly vhodné pro tento typ technologie.
Weicon B – hmota je tekutá, plněná ocelí. Udávaná teplotní odolnost: -35°C do +120°C. Vhodné pro výrobu forem, šablon. Pro vyplnění nerovností, děr, mikroporezit v odlitcích, generální opravy. Dodávané balení 0,5 kg a 2 kg. Tento typ hmoty je podle výrobce zvláště určen pro:
- detailní reprodukci při stavbě modelů a forem
- pro výrobu nářadí a šablon, měřidel a upínacích zařízení - k podlévání strojů a základů
- vyplnění spár a mikroporezit na odlitcích
- všeobecné opravy, kde má přednost vylévací masa
Weicon WR – hmota je také tekutá, plněná ocelí. Velká odolnost proti otěru.
Rozmezí teplot se také pohybuje od -35°C do +120°C. Tento typ hmoty je velmi odolný vůči opotřebení a může být použit při výrobě forem a různých kovových dílů, které budou opotřebovávány. Po vytvrzení vzniká pevná a otěru odolná vrstva.
Dodávané balení 0,5 kg a 2 kg. Výrobce tento typ hmoty doporučuje pro:
- opravy a oblévání hřídelů
- k výrobě slévárenských forem, frézovacích modelů a tažných forem - k vylévání ložisek, řezacích a lisovacích nářadí
41
Obr. 19: Plastická ocel Weicon
Jako další možná použitelná hmota firmy Weicon je výrobcem označená jako univerzální opravárenská hmota nebo-li Epoxidový tmel.
Epoxidový tmel Weicon
Tato hmota přilne na různých materiálech, jako jsou: kovy, sklo, guma, keramika, beton a většina umělých hmot. Odolný vůči benzínu, oleji a většině kyselin. Teplotní odolnost: -35°C až +200°C. Velice jednoduchý v použití. Vytvrzuje za studena a je vhodný pro těsnění, zpevnění, lepení a různé opravy. Hmota má minimální smrštění (výrobce udává hodnotu 0,005%). Dodávané balení 0,4 kg a 0,8 kg. Výrobce ho především doporučuje pro rychlé opravy a vylepšení:
- upevňování šroubů, hmoždinek, kotev - odstranění netěsností na nádržích a potrubích - vylepšení odlitků, obnova závitů
- práce na hřídelích, kluzných ložiskách, čerpadlech a pouzdrech - rychlé opravy na nejrůznějších materiálech
- výroba šablon a modelů
Ve vytvrzeném stavu lze mechanicky opracovávat: vrtat, brousit, pilovat, frézovat.
42
Obr. 20: Epoxidový tmel Weicon
Plastická ocel Hortex
Podobně jako u předchozí hmoty, je i tato 2-komponentní epoxidová hmota, určená pro opravy odlitků a výrobu forem. Základní materiál se promíchává s tužidlem a plnidlem. Po vytvrdnutí je hmota pevnostně podobná kovům. Může se mechanicky obrábět (vrtat, frézovat, brousit apod.). Podle doporučení výrobce, lze na tento případ (formy – opravy a provedení změn, opravy členitých výrobků z šedé litiny) aplikovat produkty firmy Hortex: HFE, HME24-L.
HME24-L – jedná se o pastu, která je plněná kovovým plnidlem. Vytvrzující po 24 hodinách (proto označení 24). Jedná se o velmi tvrdý materiál jemné struktury. Tento typ je speciálně pro šedou litinu, jak je uvedeno v označení – L. Opravuje a nahrazuje chybějící části litinových a ocelových výrobků s možností následné povrchové úpravy (tryskání, frézování, broušení, vrtání apod.). Tmelený spoj po vytvrzení nekoroduje. Dodávané balení o obsahu 0,4 kg a 0,8 kg. Mísící poměr je 1:1 a vysoká teplotní odolnost: od -35°C do +200°C.
HFE – opět výrobce udává, že se jedná o pastu tudíž o hmotu s vyšší viskozitou. Je vysoce tepelně odolná od -35°C do +220°C. Výrobce udává použití pro trvalé a rychlé opravy vad odlitků. Pro odstranění pórů, nerovností a prasklin odlitků. Po vytvrzení lze opracovat jako kov (brousit, vrtat, pískovat).
43
Obr. 21: Plastická ocel Hortex
Porovnání pevností, vytvrzovacího času, tvrdosti a dalších vlastností vybraných podlévacích hmot je uvedeno v tabulce 9. Vzhledem k tomu, že nám záleží na tom, abychom minimalizovali náklady, je v tabulce uvedena i cena za každý produkt od výrobce. Protože každý výrobce dodává balení o jiné hmotnosti, tak je cena u všech výrobků přepočítána pro názornost na 2 kg.
44
Tabulka 9: Porovnání vlastností podlévacích hmot
Další vlastnosti hmoty tekutá, odolná opotřebení polotekutá pasta, vysoce teplotně odolná pasta pasta
Cena přepočtena na 2 kg balení (Kč) 3 840 2 910 2 350 5 040 4 160
Smrštitelnost hmoty (%) 0,02 0,02 0,005 0,01 0,03
Doba vytvrzení (hod) 24 24 3 24 4
Tvrdost (Shore HSh) 90 90 87 84 79
Střední pevnost v tlaku (MPa) 110 110 80 65 95
Typ hmoty Plastická ocel Weicon WR Plastická ocel Weicon B Epoxidový tmel Weicon Plastická ocel HME24-L Hortex Plastická ocel HFE Hortex
Všechna udaná data v tabulce jsou založena na laboratorních měřeních a četných zkušenostech od zákazníků. Proto výrobci garantují hodnoty k uvedeným produktům. Vybrané hmoty byly vybrány podle vlastností jako nevhodnější pro aplikaci na tuto technologii a pro danou součást.
45
V tomto případě je pro výběr nejvhodnější hmoty nejdůležitější střední pevnost v tlaku a cena. To znamená hodnota, kterou dokáže hmota unést po aplikaci a vytvrzení v dutině stojanu. Největší hodnoty mají Plastická ocel Weicon B a Weicon WR. Výrobce udává 110 MPa. V porovnání s dovoleným napětím šedé litiny ČSN 42 2425 v tlaku (110 MPa) je to dostačující pevnost.
Ceny za podlévací hmoty byly zjištěny přímo od dodavatelů, a aby bylo možné jejich srovnání, musely být hmotnosti přepočítány na stejnou hodnotu 2 kg.
Z tabulky 9 je tedy patrné, že nejlevnější je Epoxidový tmel Weicon a Plastická ocel Weicon B. Při srovnání těchto produktů se jeví lepší Weicon B jako hmota s vysokou únosností v tlaku a přijatelnou cenou vůči ostatním hmotám.
Tvrdost a smrštitelnost Plastických ocelí Weicon WR a Weicon B je lepší než u ostatních hmot. Zaručuje vysokou tvrdost s označením HSh, která odpovídá podle normy ČSN EN ISO 18265 tvrdosti cca 64 HRc (tato hodnota se blíží tvrdosti zakalené oceli 14 100).
Jako vlastnost materiálu výrobce udává, že hmota Weicon WR je tekutá. To je také velmi příznivé pro aplikaci podlévání, protože hmota musí co nejlépe vyplnit prostor pod stojanem v celém rozsahu a montážní pracovník by měl mít minimální námahu při vtlačování, hmota nesmí klást velký odpor. Tudíž by měla mít nízkou viskozitu. V daném případě může být hmota aplikována pomocí navrženého přípravku (č.v.: 2-KOM-1211-09), ke kterému je zpracována konstrukční dokumentace v příloze č. 8. Tento přípravek bude vyplňovat daný prostor hmotou při určitém tlaku, který bude vytvářet montážní pracovník. Vzhledem k tomu, že přípravek je navržený tak, aby při aplikaci hmota nekladla velký odpor, není potřeba volit hmotu s velmi nízkou viskozitou. V tomto případě bych také zvolil Weicon B, u kterého výrobce udává, že je polotekutý.
Hmota Weicon WR má velmi dobrou odolnost proti otěru. Jelikož však stojan bude ustaven na hmotu pouze stacionárně a nebude s ním posouváno, není důvod požadovat takové hodnoty u těchto vlastností. Tudíž v tomto případě nevýznamná výhoda této hmoty.
Z výše uvedených důvodů se proto jako nejvhodnější hmota pro aplikaci podlití pod stojan stroje WHN 13 CNC jeví Plastická ocel Weicon B, která vykazuje nejpříznivější vlastnosti pro tuto technologii. Z ekonomického hlediska, bereme-li
46
v úvahu minimalizaci nákladů, je tato hmota také nejvhodnější volbou pro tuto technologii.
Podrobné hodnoty produktů firmy Weicon jsou uvedeny v příloze č. 5.
5.2. Kontrolní výpočet tlaku působící na dosedací plochu stojanu
Plastické hmoty mají od výrobců dané pevnostní hodnoty v tlaku, které jsou schopné přenést (tyto hodnoty jsou uvedené v tabulce č. 9). Pro ověření, zda vybraná hmota bude v tomto případě vyhovující, je proveden kontrolní výpočet tlaku působícího na dosedací plochu stojanu v místě, kde bude hmota aplikována.
Stroj WHN 13 CNC se dodává v různých variabilních variantách podle požadavku zákazníka, tedy i v různých přestavitelných výškách pojezdu vřeteníku v ose „Y“ souřadného systému stroje. Ze specifikace konkrétní varianty se odvíjí i výška stojanu. Tyto pojezdové výšky jsou od 2 000 mm do 3 500 mm. Pro výpočet byla zvolena nejvyšší varianta stojanu a tudíž i nejtěžší. Stojan s pojezdem vřeteníku 3500 mm má tedy vlastní hmotnost 7 567 kg.
Vzhledem k tomu, že na stojan se montují ještě další montážní skupiny, které také zvyšují celkovou hmotnost stojanu a tím pádem i velikost výsledného tlaku na stykové ploše, je nutné zahrnout tyto komponenty do celkové hmotnosti. Jsou to například: vřeteník, hlavní uložení, zásobník nástrojů, manipulátor nástrojů atd. Pro stanovení této hmotnosti má firma TOS Varnsdorf připravené podklady pro základové plány, kde jsou uvedeny celkové hmotnosti montážních skupin. Pro stojan s délkou pojezdu 3 500 mm je uvedena celková hmotnost 16 500 kg (síla vyvozená touto hmotností tedy bude 165 000 N).
Stojan je k saním přišroubován dvanácti šrouby M30x110, ISO 4762. Při dotažení těchto šroubů se vyvodí další síla působící na dosedací plochu stojanu.
Utahovací moment při montáži je M=1 000 Nm. Na základě tohoto momentu byla určena osová síla v každém šroubu zvlášť, jejich výslednici je třeba přičíst k tíhové síle 165 000 N. Výsledný tlak v dosedací ploše je spočítán níže.
47
5.2.1. Dané hodnoty
Šroub: M30x110, ISO 4762 dm = 27,7 mm
DK = 45 mm DO = 33 mm s = 3,5 mm fZ = 0,15 fP = 0,15 FS = 165 000 N S = 4,466x105 mm2
5.2.2. Utahovací moment při montáži Mpu
Mzu
M = +
[Nm] (1)5.2.3. Třecí moment v závitu šroubu
) 2 (
1
Z O
m
ZU
d F tg
M = ⋅ ⋅ ⋅ γ + ϕ
[Nm] (2)5.2.4. Třecí moment mezi hlavou šroubu a podložkou
P O P
PU
f F D
M = ⋅ ⋅ ⋅ 2
1
[Nm] (3)5.2.5. Dosazení a vyjádření osové síly F
oP O P Z
O
m
F tg f F D
d
M = ⋅ ⋅ ⋅ + + ⋅ ⋅ ⋅ 2
) 1 2 (
1 γ ϕ
[Nm] (4)P P Z m
O d tg f D
F M
⋅ + +
⋅
= ⋅
) (
2 ϕ
γ [N] (5)
5.2.6. Střední průměr stykové plochy
2
O K P
D
D = D +
[mm] (6)48
5.2.7. Úhel stoupání v závitu
d
marctg s
= ⋅
γ π
[o] (7)5.2.8. Úhel tření arctg
Z
=
ϕ
fZ [o] (8)5.2.9. Styková plocha pod hlavou šroubu
4 4
2 2
O K
Š
D S = π ⋅ D − π ⋅
[mm2] (9)
5.2.10. Tlak působící na dosedací plochu
Š O
Š
S
p = F
,S F p = 12 ⋅ F
O+
S[MPa] (10,11)
5.3. Výsledek výpočtu tlaku působícího na dosedací plochu
Po dosazení daných hodnot do příslušných vztahů vychází:
Styková plocha pod hlavou šroubu: SŠ = 735,13 mm2 Osová síla v jednom šroubu: FO = 179,3 kN Tlak v dosedací ploše hlavy šroubu: pŠ = 244,02 MPa Výsledný tlak působící na dosedací plochu stojanu: p = 5,1 MPa
Nejprve byl proveden základní výpočtový vztah pro stanovení utahovacího momentu „M“ (1). Vzhledem k tomu, že tento moment známe, musel být vyjádřen odporový třecí moment v závitu šroubu a odporový třecí moment mezi hlavou šroubu a podložkou (2) a (3). Po dosazení a vypočtení dalších hodnot bylo možné vyjádřit osovou sílu ve šroubu „FO“ (5). Tato síla byla použita při následném výpočtu tlaku „pŠ“ působícího na dosedací plochu šroubu M30x110 (10) a celkový výpočet tlaku „p“ působícího na dosedací plochu stojanu a saní (11). Pro stanovení celkového tlaku působícího na stykovou plochu stojanu byla tedy osová síla šroubu „FO“ vynásobena celkovým počtem šroubů a přičtena síla, vyjadřující hmotnost stojanu
49
„FS“. To bylo vydělené hodnotou představující celkovou dosedací plochou stojanu
„S“ vypočtenou v programu Solid Edge ST 5.
Výsledky výpočtu pro šroubový spoj jsou zkontrolovány strojírenským výpočtovým programem MITCalc, kde byly zadány parametry shodné se zadáním výpočtu. Výsledné hodnoty výpočtu jsou na přiloženém CD. Vypočtený tlak je počítaný pro celkovou stykovou plochu stojanu.
Pro kontrolu tlaku pod dosedací plochou stojanu bylo navíc napětí spočítáno metodou konečných prvků v programu Solid Works premium, viz příloha 2. Zde je nejprve vyobrazena celková sestava včetně ustrojeného stojanu. Aby se průběh napětí blížil co nejvíce skutečnosti, je v tomto modelu zahrnuté i podélné lože a další prvky sestavy. Zelené šipky značí ukotvení na absolutně pevné podložce a červená šipka představuje hmotnost celé sestavy. Pro vyjádření osové síly ve šroubech je v každém otvoru stojanu simulována působící síla „Fo“. Na dalším obrázku v této příloze je vidět průběh redukovaného napětí v celkovém modelu saní. Toto redukované napětí musí být vždy menší, než dovolené napětí konkrétního materiálu.
Jak je vidět, špičky napětí se pohybují okolo 10-ti MPa. Tyto hodnoty jsou ale převážně mezi žebry dílce. Nás však zajímá především vlastní plocha, kde bude ustaven stojan stroje. Tyto hodnoty jsou vyznačeny v grafu (v příloze 2), který představuje největší špičky napětí na ploše pod stojanem v závislosti na vybraných bodech. Zde je tedy největší napětí cca 5,8 MPa. Napětí je vyšší než vypočtené, protože program počítá průběh napětí v každém uzlu zvlášť a ne s celkovou plochou.
Tudíž nejvyšší napětí se vyskytuje v místech, kde je umístěn vřeteník a hlavní uložení.
Z výsledků výpočtů je tedy patrné, že hodnota výsledného tlaku je několikanásobně nižší než hodnota, kterou udává výrobce jako maximální možnou.
Pro vybranou hmotu Weicon B je udávaná střední pevnost v tlaku 110 MPa. Tudíž navržená hmota pevnostně vyhovuje s dostatečnou bezpečností a je možné její použití na dosedací plochu stojanu stroje WHN 13 CNC.
5.4. Utěsnění spoje
Vzhledem k tomu, že podlévací hmota je aplikována v tekutém stavu, je třeba utěsnit spojení mezi stojanem a saněmi stroje. Profil stojanu je velmi členitý, takže k těsnění je za potřebí pružný materiál. Pro vymezení vůle při vyrovnávání stojanu je
