Materialhantering för tvärjärn till band för skogsmaskiner från Olofsfors AB

Examensarbete, 15 hp

Högskoleingenjörsprogrammet i maskinteknik, 180 hp

Vt 2021

Materialhantering för tvärjärn till band för skogsmaskiner från Olofsfors AB

Material handling for cross member for forestry machine tracks from Olofsfors AB

Martin Stenlund 2021-08-15

i

Förord

Detta examensarbete har genomförts under vårterminen 2021 på Olofsfors AB i Nordmaling.

Arbetet har utförts av Martin Stenlund som studerar till Högskoleingenjör i maskinteknik på Umeå universitet. Jag vill tillägna ett stort tack till mina handledare, Ulrika Ogenstedt på Olofsfors Ab och Richard Larker på Umeå universitet som bidragit med sina kunskaper som har gjort detta examensarbete möjligt samt fört det framåt till ett lyckat resultat. Jag vill även tacka den

personal som arbetar på Olofsfors AB som tagit sig tid, varit behjälpliga och svarat på de frågor som jag haft.

ii

Sammanfattning

Olofsfors AB arbetar med tillverkning av band och slirskydd till gummihjulsburna skogsmaskiner.

Företaget vill idag implementera en ny profil på tvärjärn som de vill kunna köra i deras linje.

Problemet är att den nya profilen de vill implementera har samma bredd som deras

transportörrullar. Transportören behöver vara lite bredare än tvärjärnet så det finns kanter på båda sidorna av rullarna. Detta säkerställer att de inte hamnar snett utan åker centrerat genom linjen. Projektet går ut på att utreda rullkretsen och se om det finns möjlighet att göra om transportörrullarna eller hitta en annan lösning på om det går att göra om linjen helt.

Metoden som använts har varit att göra en nulägesanalys, intervjuer och undersöka om det fanns några tidigare projekt om detta. Två lösningsförslag tas fram. Företaget kunde använda sig av en glidskena i början av rullkretsen istället för transportörrullar. Efter värmarna som värmer

uppstålet gör man två separata glödskalsrensare där den ena är för smalt/special tvärjärn och den andra för bredare tvärjärn. Genom att använda två olika glödskalsrensare kan man optimera borttagandet av skal som bildas på stålet för de olika profiler man kör genom linjen. Det andra förslaget visar att det går att fortsätta med de befintliga rullarna de har idag och endast bredda hela linjen för att få plats med det nya tvärjärnet.

iii

Abstract

Olofsfors AB is producing tracks and chains for rubber tired forest machines. The company wants to implement a new sort of profile for their wheel tracks. The problem is that the new profile has the same width as the conveyor rolls in the machine. The conveyor rolls must be wider than the cross member on both sides. This prevents the cross meber from tilting and to secure that it´s going straight and centered through the entire line. The project is focusing on a possibility to change the conveyor rolls for the company wheel track lines or see if there is a solution to change the entire line to solve the problem.

The method that has been used to solve the problem was to do a current situation analysis, interviews, and research if there was any earlier project about this. Two potential solutions were presented. The most promising solution seems to be the implementation of a slide rail in the beginning of the line instead of conveyor rolls. Behind the oven that heats the cross member, two separate spray nozzles for surface treatment are constructed, where one is for the more narrow cross member, and the other is for wider cross member. The benefit of using two separate spray surface treatment is the optimization of spray surface treatment on the different profiles that are produced more efficiently. However, the work shows that it is also possible to produce the new tracks using the exiting conveyor rolls.

iv

Notation

Förkortningar och förklaring Skotare – Skogsmaskin.

Tvärjärn – Olika profiler av plattjärn som pressas så de passar på skotardäcken.

Eco-track – Bandsats med fokus på att inte förstöra miljön, därav förkortningen ”Eco”.

Dysor – Munstycken som kan spruta vatten med högtryck för att glödskalsrensa.

CAD – Computer-aided Design.

Autocad – CAD program som används för att skapa ritningar och modeller i 2D.

Inventor – CAD program som används för att skapa ritningar och modeller i 3D.

Talmeter – Måttband.

PEEK – Polyetereterketon (Typ av plast).

PA 6 – Polyamid (nylonplast).

v

Innehållsförteckning

Förord ... i

Sammanfattning ... ii

Abstract ... iii

Notation ... iv

1. Inledning ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Beskrivning av processen ... 1

1.3 Nuläge ... 1

1.4 Skotare ... 2

1.5 Syfte och problemställning ... 2

1.6 Mål ... 3

1.7 Kravspecifikation ... 3

1.8 Avgränsningar ... 3

2. Teori ... 4

2.1 Tvärjärn ... 4

2.2 Induktionsvärmning ... 5

2.3 Tidigare arbeten ... 5

2.4 Upphettning av tvärjärn inför smide och härdning ... 6

2.5 Glödskalsrensning ... 6

3. Metod ... 8

3.1 Tillvägagångssätt ... 8

3.1.1 Moment 1 ... 8

3.1.2 Moment 2 ... 8

3.1.3 Moment 3 ... 8

3.2 Utrustning ... 8

4. Resultat ... 9

4.1 Första utvärderingen av förslag ... 9

4.1.1 Efter utvärderingen ... 10

4.2 Andra utvärderingen av förslag ... 11

5. Diskussion ... 15

6. Slutsats ... 16

Referenser ... 17 Bilaga 1 ... B1 Bilaga 2 ... B2 Bilaga 3 ... B3

1

1. Inledning

1.1 Bakgrund

Olofsfors AB arbetar med tillverkning och försäljning inom två affärsområden, band och slirskydd till gummihjulsburna skogsmaskiner, samt slitstål, som vägstål och skopstål, till

entreprenadmaskiner. Företaget ingår i koncernen P. Wikström J:r AB. I koncernen ingår, förutom Olofsfors, även Iggesund Forest AB, Alab Aluman AB och Grader Service OÜ. [1]

Projektet handlar om att se om det är möjligt att byta ut transportörrullarna i en av Olofsfors AB:s tvärjärnslinje. Linjen som kommer att tittas på används för tillverkning av bandsatser hos företaget, de vill idag implementera en ny profil på tvärjärn som de vill kunna köra i deras linje.

Företaget vill se över en lösning för transportörrullarna eftersom de har samma bredd som den nya profilen så måste linjen bytas ut hur som helst och en ombyggnation vara oundviklig.

Rullarna behöver vara lite bredare än tvärjärnet så att det finns kanter på båda sidorna av rullarna för att säkerställa att de inte hamnar snett utan åker centrerat genom linjen. Problemet är att den nya profilen de vill implementera har samma bredd som deras transportörrullar har.

Detta vill Olofsfors AB ha hjälp med och se om det finns förslag på hur företaget kan lösa sitt problem eller om de ska fortsätta med samma transportörrullar som de redan har idag.

1.2 Beskrivning av processen

Arbetsprocessen för linjen går ut på att ett stångämne mäts upp och kapas i önskad längd. Det uppkapade stångämnet kallas därefter för tvärjärn som flyttas med hjälp av en robotarm från sågen till frilagda transportörrullar. Tvärjärnet placeras centrerat på rullarna och skjutsas fram med hjälp av en spade in i en induktiv ugn. Då tvärjärnet uppnått en temperatur kring 1000˚C skjutsas tvärjärnet ut ur ugnen med samma spade den skjutsas in med och hamnar på andrasidan ugnen där transportörrullarna är drivna. Tvärjärnet transporteras genom en glödskalsrensare där den blir av med sitt glödskal. Efter glödskalsrensningen lyfts biten upp av två gafflar så att en robotarm kommer åt att plocka upp tvärjärnet och placera den i en smidespress där den smids och får sin form. Tvärjärnet lyfts ur pressen av en robotarm som placerar järnet på en ställning som doppar ner det i ett vattenbad så att den härdas. Efter härdningen skett och tvärjärnet svalnat lyft biten upp ur vattenbadet av en robotarm som placerar tvärjärnet i en pall och blir sedan redo för senare bearbetning.

1.3 Nuläge

Dagens hantering av material går från såg till den induktiva värmaren och sedan genom en glödskalsrens där man spolar av glödskal med hjälp av vatten som spolas med högtryck. Det sker med transportörrullar som är i fasta lägen och har en individuell skurning i samma rullar för råmaterialet. De har även individuella öppningar till de induktiva värmarna för att få optimal uppvärmning av varje individuell profil. Då antalet profiler ökat är det svårt att hitta nya lägen som passar i rullarna samt att det är en stor kostnad att ersätta dem när nya tvärjärnsprofiler ska implementeras.

2

1.4 Skotare

Skotare är ett namn för skogsmaskin, denna maskin används för att hämta och lasta avverkade träd (figur 1). Det Olofsfors AB har inriktat sig på är att skapa bandsatser till dessa maskiner som monteras över gummihjulen, på så sätt ökar man bärigheten för skotaren. Företaget har en modell på band som benämns som Eco-track och är designad för att både minska

bränsleförbrukning och påverkan på rotsystem med avseende på miljön.

Figur 1. Skotare med bandsats från Olofsfors AB [2].

1.5 Syfte och problemställning

Syftet med examensarbetet är att utreda alternativ till rullar som gör produktionen av

tvärjärnsprofiler mer flexibla. Detta för att företaget ska kunna ha möjligheten att implementera nya tvärjärnsprofiler utan att behöva göra större ingrepp på maskinlinjen, och att även bli mer kostnadseffektiva.

3

1.6 Mål

Att presenter lösningsförslag på problemet som finns med transportlinjen idag, och att undersöka om det finns någon mer generell lösning som gör det mer flexibelt då man vill implementera nya profiler i linjen.

Frågor som ska besvaras:

• Är rullarna redan det optimala alternativet?

• Finns det andra alternativ än att använda sig av rullar?

• Kommer en förändring av rullarna ge följdfel?

• Går det att göra en separat glödskalsrens?

1.7 Kravspecifikation

• Undersöka om det går att implementera en ny lösning.

• Ingen fysisk utföring av implementering.

• Automatisk eller halvautomatisk lösning.

1.8 Avgränsningar

Arbetet ska endast koncentreras på att göra förslag till lösning som ska förklaras och illustreras genom att ritas upp i Autocad/ Inventor. Ingen fysisk produkt behöva framställas. Pågrund av att många uppgifter är sekretessbelagda hos Olofsfors AB ska ekonomiska siffror, kvantitet och andra känsliga uppgifter som hur linjen fungerar och rullarnas uppbyggnad, inte beskrivas i rapporten.

4

2. Teori

2.1 Tvärjärn

Tvärjärn (figur 2) är de blå/ turkosa stållängderna som går tvärs över hjulen på skotaren som har sammanlänkats och bildar formen av en bandsats. Tvärjärnen finns i olika längder, former och profiler beroende på vad de ska användas till. Vissa är designade så att skotaren ska kunna få grepp uppför backar och i bergsterräng, andra för bärförmåga på myrmark. Figur 3 visar några av bandsatser som görs av tvärjärnsprofilen Eco-track.

Figur 2. Skuren tvärjärn som visar hur Eco-track profilen ser ut i ett tvärsnitt [1].

Figur 3. Bandsatser av modellen Eco-track [1].

5

2.2 Induktionsvärmning

Induktion används för anlöpning, härdning, och glödgning, och har framför allt förmågan att kontrollerat kunna värma upp en specifik volym som ska värmas. Till härdning av stål används vanligast induktionsuppvärmning detta ökar stålets styrka och materialegenskaper, men hjälper även för att kunna varmforma det genom smide och valsning. Induktion bygger på två

mekanismer för energitillförsel med syfte att skapa värme. Den första mekanismen är att leda växelström genom en spole av ett icke-magnetiskt material (koppar, aluminium, rostfritt stål) och på så sätt bygga ett pulserande magnetiskt fält. Den andra är hysteres och virvelströmsförluster i ferromagnetiska material, som bäst kan förklaras som friktionsförluster mellan molekyler skapad av såkallad magnetisk dipol, som blir magnetiserade först i en riktning och sedan i den andra [3].

Genom att leda växelström genom spolen skapas det magnetiska fält som genererar värme i stålet för härdande värmebehandling, smide eller valsning. För att tydligt förstå hur induktion fungerar visas det i figur 4.

Figur 4. Induktionsspole med förklaring på hur magnetiska fält skapas och hur metallbiten förs in för att skapa induktionsvärme. Ordens betydelse i figuren är: Metal piece = Metallbit, alltså det material man vill ska bli påverkat av induktion. Coil = Spole, oftast i koppar som snurras i en spiral

eller önskat mönster för att skapa magnetiska fält. Alternating flux = Alternerande flöde, magnetiskt fält som skapas av kopparspolen. Eddy current = Virvelström, Som skapar induktion i

metallbiten som först in och påverkar de magnetiska fältet [4].

2.3 Tidigare arbeten

Undersökt om tidigare arbeten gjorts om ämnet på diva umu, det hittades inte några tidigare arbeten som man gjort någonting som liknar detta examensarbete. Det närmsta som hittats är av Forsgren, Zebastian. (2019, 1-22) [5] som fokuserat på att skapa en nykonstruktion av en

krympbänk där man använt sig av induktiva värmare.

6

2.4 Upphettning av tvärjärn inför smide och härdning

För att tvärjärnet ska komma upp i rätt temperatur för att kunna formas och få rätt

materialstruktur innan härdning används en induktionsugn som uppvärmningsmetod. Induktion används då den är fördelaktigt att kunna kontrollera vilken area som ska upphettas, genom att härda stålet med hjälp av induktion kommer det snabbt och effektivt upp i hög temperatur.

För att forma tvärjärnet till önskad form används en smidespress, och för att pressen och pressverktyg inte ska gå sönder måste stålet komma upp i en temperatur mellan 850–1250 ˚C innan det kan smidas. Från denna temperatur är det möjligt genom en snabb nedkylning att ändra materialstrukturen i stålet från austenit till martensit, detta gör alltså inte bara att stålet kan smidas utan också att det blir hårdare med ökad slitstyrka som bidrar till en ökad livslängd [3, 6].

2.5 Glödskalsrensning

När stål hettas upp till höga temperaturer bildas ett skal av oxid på stålet genom kontakt med syret i luften. Skalet har en porliknande struktur med en tjocklek som i Olofsfors fall ligger mellan 0,1–0,5 mm. Det gör att godset kan få sprickbildningar under smidesprocessen. Stålytan kan rengöras från glödskal genom att använda dysor (munstycken) för vatten med högt tryck som bildar en jetstråle vilket kan användas som ett slags ”rakblad”. Vattnet orsakar också en kylande effekt på den uppvärmda stålytan där skalet bildats. På grund av temperaturförändringen spricker skalet och lossnar från den uppvärmda ytan. Dysorna ger ett rektangulärt mönster på träffytan och har en sprayvinkel mellan 22˚ och 40˚, vilket är rekommenderat då man använder sig av glödskalsrensning med vatten under högt tryck [7].

Trycket från vattnet som kommer ur dysorna ligger mellan 80 till 500 bar precis då det lämnar dysorna och har ett vattenflöde mellan 10 och 200 l/min. Detta täcker en bredd på materialet mellan 50 och 200 mm [8, 9]. Definition och uträkning av vilket tryck på ytan som skall användas vid användning av en platt stråle från dysorna med syfte att glödskalsrensa förklaras i formel 1–4, Måtten förklaras i figur 5.

7 Glödskalsrensning som sker med dysor med vatten antas att ha ett konstant vattentryck och Bernoullis lag för relationen mellan volymflödet ur dysorna 𝑉̇ (m³/s) och trycket mot metallstycket 𝑝 (kg/m³). Tjockleken på strålen benämns som 𝑚 (m), densiteten för vatten 𝜌 (N/m²) och hastigheten för tvärjärnet 𝑣 (m/s). Ekvationerna är tagna från [8-10].

Kraften kan skrivas som:

𝐹 = ^𝑑

𝑑𝑡(𝑚 × 𝑣) = 𝑚̇𝑣 + 𝑚𝑉̇ = 𝑚̇𝑣 = 𝑉̇√2𝑝𝜌 (1)

Den vertikala komponenten av kraften 𝑑𝐹 på träffytan är konstant:

𝑑𝐹_𝑣 = 𝑑𝐹 cos (^∝₂) (2)

Arean 𝐴 för strålen ut dysan bestäms av tjockleken för strålen 𝑡 (m), höjden 𝐻 (m) och vinkeln 𝛼 enligt:

𝐴 = 2𝑡𝐻 tan (^∝

2) (3)

Slutligen kan trycket 𝐼 (Pa), som verkar på stålet skrivas som:

𝐼 =^𝐹_𝐴= 𝑉̇ 2𝑡𝐻 tan(𝛼/2)^√2𝑝𝜌 (4)

Där 𝑉̇ är volymflödet som kommer ur dysan.

Figur 8. Mått och vinklar för formel 1–4, där B = maximala bredden på strålen, H = höjden mellan dysa och material samt α = vinkeln på strålen [8].

8

3. Metod

3.1 Tillvägagångssätt

Projektets problem är att se om det är möjligt att byta ut rullarna i linjen eller hitta en annan lösning på att bygga om linjen helt, för att lättare kunna få fram ett resultat delades problemet upp i delmoment och en nulägesanalys utförs.

3.1.1 Moment 1

Det första momentet var att lägga fokus på att förstå processutrustningen, vad utför linjen för arbete och undersöka möjligheter att göra den mer effektiv samt begränsningar med vad en ombyggnation skulle vara på befintlig utrustning och hur mycket utrymme det finns att jobba med. Undersöka om det finns några tidigare arbeten där man stött på liknande problem och se om det går att ta hjälp av det. Eftersom det är en pandemi och man inte vill riskera eventuell smittspridning var det lämpligast att bara göra detta moment på torsdagar då det är

förebyggandeunderhåll på processutrustningen och maskinen. Detta begränsar arbetet och därför togs många filmer och bilder för att kunna arbeta hemifrån och ändå kunna se hur maskinen fungerade och göra bedömningar utifrån det. Eftersom det råder fotoförbud på Olofsfors AB gjordes ett undantag för detta examensarbete för att det ska kunna utföras, fotona och filmerna får dock inte användas i denna rapport av sekretesskäl.

3.1.2 Moment 2

Efter att ha analyserat möjliga förbättringsområden och kommit på en del idéer intervjuades operatörer och underhållstekniker som arbetar med maskinen, eftersom de jobbar

dagligen/veckovis med maskinen så är det av intresse att höra vad de ser för förbättringar eller möjliga lösningar på maskinen samt vad som i verkligheten skulle kunna var genomförbart och inte. För att läsa de frågor som ställdes hittas de på bilaga 1. Efter att ha funderat över svaren från intervjuerna började en brainstorming. Här väcktes många funderingar kring problemen som personalen belyste och togs i beaktning för att komma på nya idéer.

3.1.3 Moment 3

När brainstormingen var utförd kom det fram förslag och idéer på lösningar. Det togs mått på alla komponenter på hela linjen för att kunna utreda om det är möjligt att utföra förändringarna beroende på de idéer som kommit fram, men även se vilka begräsningar som finns att förhålla sig efter.

3.2 Utrustning

För att kunna utföra projektet har dessa verktyg använts:

• Talmeter

• Inventor

• Autocad

• Mobilkamera

• Microsoft Word

9

4. Resultat

4.1 Första utvärderingen av förslag

Efter att ha granskat vad som är för- och nackdelar med ombyggnationer gavs dessa förslag till Olofsfors AB för att bättre se vad de vill jobba vidare med och vad som skulle vara aktuellt för just dem.

1. Fortsätta med samma system som finns idag. Skapa rullen bredare för att kunna svarva in nya profiler, ca 230 mm bred för att skapa spelrum till en profil som är 200 mm bred.

Underhåll: Samma underhåll som finns idag. Lager och slitagedelar.

Konstruktion: Bredda bordet och hållare för att passa in den nya rullen.

För-/nackdel: Relativt litet ingrepp och kostnad. Samma problem kvarstår om man i framtiden vill implementera nya profiler, detta blir alltså en kortsiktiglösning då man måste svarva om rullarna varje gång. Lätt att hitta leverantör eller göra i egen regi.

2. Se över och lägga in en universalrulle som är svarvad med 2–3 spår för att klara minsta och största profilen. Göra bordet höj-/ sänkbart samt lägga till sidopartsrullar på ett rullmagasin och växlas in likt CNC-maskiners verktygsmagasin, varje rulle har samma sidoprofil som stålet och på så sätt styrs stålet centrerat genom hela linjen.

Underhåll: Hydraul/ pneumatiska delar. Lager och slitagedelar. Renhållning av rörliga delar. Lätt att ha ett nytt magasin som uppsättning att byta till.

Konstruktion: Bredda hållare på bord för att passa in mitten och sidorullstativ. Nya rullar.

Styrning för höj/sänkning. Magasinhållare inklusive rullar till magasinet.

För-/nackdel: Universal lösning. Litet ingrepp att implementera framtida profiler.

Eventuella problem med rörliga delar i glödskalsrensaren. Lätt att hitta leverantör till rullar eller svarva i egen regi. Man flyttar problemet med mittenrullarna till sidorullar vilket ger en ökad kostnad då antalet rullar ökar.

3. Stålband-/ länk-/ kedjetransportör som går att höja och sänka. Lägga en kon som styr godset genom linjen. För att roboten ska få stålet på bandet lägger roboten biten på en glidskena som gör att stålet glider ner på bandet.

Underhåll: Hydraul/ pneumatiska delar. Lager och slitagedelar. Renhållning av band.

Bandspänning.

Konstruktion: Bredda hållare på bord för att passa in transportören. Kompletta rullställ.

Styrning för höj/sänkning. Centreringskon. Drivning.

För-/nackdel: Stort ingrepp på linjen, byta ut hela kretsen. Lätt att implementera framtida profiler. Problem med rörliga delar i glödskalsrensaren. Lätt att hitta leverantör av transportörer. Stålet har risk att falla omkull vilket kan ge varierande kvalitet. Problem för robot att lämna och hämta stålet. Svårt att knuffa in stålet i ugnen.

10 4. Kolla om det finns annat alternativ till värmare som ger mer möjligheter att köra fler

profiler genom en och samma ugn, inte ha samma precision att få godset att komma centralt i och till ugnen. Lägga till univeralrulle beroende på hur känsligt det blir att stålet hamnar plant till ugnen, alltså en kombination av förslag 2 & 3.

Underhåll: Beroende på vilken ugn som används. Lager och slitagedelar.

Konstruktion: Bredda hållare på bord för att passa in nya rullar. Styrning för höj/sänkning. Ny Ugn.

För-/nackdel: Universal lösning. Litet ingrepp att implementera framtida profiler.

Cykeltid kan påverkas då eventuell uppvärmning av stålet kan ta längre tid. Kan skena i kostnad och ombyggnation beroende på energikälla samt att man måste köpa in en eller flera helt nya ugnar. Svårt att knuffa in stålet i ugnen.

5. Lägga glödskalsrensaren separat och kombinera denna lösning med förslag 2 eller 3.

Underhåll: Hydraul/ pneumatiska delar. Lager och slitagedelar. Samma underhåll som i förslag 2 och 3 beroende på vilken man skulle vilja gå vidare med.

Konstruktion: Bredda hållare på bord för att passa in mitten och sidorullstativ. Nya rullar.

Styrning för höj/sänkning. Magasinhållare inklusive rullar till magasinet. Separat lösning för glödskalsrensen.

För-/nackdel: Universal lösning. Öppnar möjligheten för rörliga delar. Litet ingrepp att implementera framtida profiler. Eventuella problem för pressen då stålet kan ha hunnit bli för kallt eller inte rensats nog bra. Svårt att knuffa in stålet i ugnen.

6. Se över separata lösningar för varje process. Före och efter värmaren samt glödskalsrensaren.

Underhåll: Beroende på lösning. Liknande det som är idag. Ev bandspänning.

Konstruktion: Bredda bord. Beroende på vilken lösning man går vidare med för varje del.

För-/nackdel: Unik lösning och optimering av varje moment i linjen. Mer frihet att hitta förbättringar för varje del. Kostnad kan bli mer reglerad då varje del kanske inte går att bygga om.

7. Band med sidopartsrullar så transportbandet får en v-form. Tanken är att kunna justera band och rullar i höjd/sida så att de passar in i ungen. Detta går att göra som lösning för glödskalsrensen också, man har sidoprofilen som stålet på fasta sidopartsrullar inne i glödskalsrensen och ett plant drivet band i mitten.

Underhåll: Hydraul/ pneumatiska delar. Lager och slitagedelar. Renhållning av rörliga delar. Rullbyten. Bandspänning.

Konstruktion: Bredda hållare på bord för att passa in band/kedja och sidorullar. Nya rullar. Styrning för höj/sänkning.

För-/nackdel: Universal lösning. Problem med rörliga delar i glödskalsrensaren. Kan variera i kvalitet. Svårt att skjutsa stålet genom ugnen. Kan skena i kostnad då ett en ombyggnation av hela linjen behövs.

4.1.1 Efter utvärderingen

Efter att ha gått igenom förslagen valdes förslag 5 och 6 då de var mest intressanta för företaget.

Dessa förslag skulle göra dem mer flexibel och även se till varje specifik del i processen

effektiviseras då vissa delar i processen är svåra att kunna ändra på. Något som företaget kom med förslag på var att undersöka om det går att byta ut rullar mot glidskenor. Det skulle dra ner deras inköpskostnader och även minska antalet rullar i processen.

11

4.2 Andra utvärderingen av förslag

A. Två separata rullar som går att växla mellan. Detta skulle fungera genom hela linjen om man även gör två separata glödskalsrensare man också kan växla mellan. Tanken med rullarna är att den ena tar mindre-/ specialprofiler den andra tar störreprofiler. Förslag på design före ugnen är att integrera båda rullarna på ett svänghjul placerade på en axel där man roterar in de olika rullarna, andra alternativet är att ha en skjutplatta där rullarna sitter fast som man kan växla mellan (se figur 6 och 7). Ett till alternativ skulle vara att sätta varannan rulle för storprofil respektive liten-/ specialprofil som man kan växla mellan men det är en liknande lösning till som visas i figur 6 bara det att styrningen blir separat för varje platta med rulle.

Figur 6. Svänghjul som man placerar på en axel för att rotera in den rulle man vill ha.

Figur 7. Skjutplatta där båda rullarna är integrerade för att växlas mellan genom att den skjuts i sida.

12 Till glödskalsrensen gör man två separata rensare, detta gör det möjligt att optimera dysorna i varje glödskalsrens och optimera borttagning av glödskalen för de större profiler och för de mindre-/ specialprofilerna. Förslag på design är att sätta

glödskalsrensarna på en räls/ glidskena så det blir lätt att växla mellan de, placeringen av rälsen/ glidskenan skulle vara vågrät. Placerar man borden spegelvänt kan underhåll lättare ska komma åt att serva drivningen i varje krets samt att det inte tar upp så stor plats i fabriken. Fördelen med det här förslaget är att varje profil kommer bli fullt optimerad och det kommer bli lättare att sätta in nya profiler, nackdelen däremot är att det kommer att bli en dubblering av rullar i kretsen vilket kommer öka både

komponenter och kostnad.

B. Använda samma system som man har idag men man breddar linjen och gör rullarna delbara för att kunna lägga på ”viktplattor” likt en skivstång/ hantlar som finns på gym (figur 8 och 9). Fördelen med detta gör att det enkelt går att byta ut plattorna då de blivit slitna, det kommer inte skena iväg i pris och det är även lätt att implementera nya profiler. Nackdelen är att det kommer vara samma linje som ni har idag med förändring att linjen är breddad samt att det är en annan typ av rulle som blir delbar.

Figur 8. Rulle med längre genomgående axel som gör det möjligt att lägga på

”viktplattor” efter önskad profil.

13 Figur 9. En ”viktplatta” som läggs på vardera sida om rullen för att bilda en ny profil.

14 C. Göra två separata linjer. Man bygger alltså två bord som ligger parallellt med varandra

vilket blir samma lösning som förslag A men med den skillnaden att det man gör med glödskalsrensen lägger man även före ugnen. Man gör två separata bord som man kan placera i ett fast läge på golvet eller rörliga på räls/ glidskena som gör att man kan växla mellan de två linjerna. Fördelarna och nackdelarna är densamma som i förslag A.

D. Samma förslag som förslag A, men istället för att växla mellan rullar så lägger man en glidskena (figur 10) före ugnen som man fräst ur de profilerna man vill ha i skenan, efter ugnen lägger man glödskalsrensaren på räls/glidskena för att växla mellan linjerna. För att roboten enkelt ska kunna lägga ner stålet på glidskenan kan man dela göra ett

mellanrum i glidskenan så att robotarmen ryms mellan att lägga ner tvärjärnen. Fördelen är att man blir av med en fjärdedel av rullarna man har idag och det är både billigare och lättare att använda sig av en glidskena då det egentligen är onödigt att använda sig av rullar före ugnen då tvärjärnet inte är lika varmt. Nackdelen är att det inte är beprövat och hur mycket skenan kommer att slitas då tvärjärnet glidet på den. Uträkningar för vilket tryck från tvärjärnet har på glidskenan samt datablad [11] finns på bilaga 2 och 3.

Man kan även se enligt tabell 1 att detta är det bästa alternativet enligt de rubriker som tagits fram.

Figur 10. Glidskena med frästa spår för profiler för tvärjärnen.

Tabell 1. Gradering av de olika förslagen från 1–5 där 1 är sämst och 5 är bäst. Förslaget med högst total summan ansågs vara det bästa förslaget.

A B C D

Kostnad 3 5 1 4

Funktion 5 5 5 5

Slitage 4 3 4 4

Kvalitetssäkring 5 5 5 5

Arbetsinsats 2 3 1 4

Investering 3 4 3 4

Underhåll 4 4 4 4

Total: 26 29 23 30

15

5. Diskussion

Det finns väldig många aspekter som tider för mätning, rimliga idéer och de olika komponenterna som jag var tvungen att ta hänsyn till speciellt för att kvaliteten ska kunna bibehållas och att inte skapa framtida problem/haverier. För att kvaliteten ska kunna säkerställas så måste

processen/linjen göra så att varje tvärjärn göra exakt samma sak genom hela linjen. Detta betyder alltså att tvärjärnet inte får falla i sida eller hamna snett då den åker genom ugnen eller glödskalsrensaren. Detta betyder alltså att man inte kan använda sig av en plan underpartsrulle/

band med kombination av sidopartsrullar. Det hade gjort att tvärjärnet har möjlighet att falla i sida. Eftersom Olofsfors AB har så många olika profiler på en och samma linje är inte detta någon bra lösning utan man tvingas alltså att svarva ut den profil man vill köra i mittenpartsrullen för att kunna säkerställa att den alltid går rakt och på samma sätt genom hela linjen.

Ett stort problem är att det blir följdfel då man gör om någon del i linjen. Idag är ugnarnas ingång skapad efter hur stålet ligger i höjdförhållande till rullarna. Detta betyder alltså att om man byter ut rullarna mot ett band/plan rulle så kommer höjden till ingången på ugnarna att bli fel. Det går att lösa med en adapter/ platta man kan sätta under ugnarna för att få in rätt höjd men då hamnar problemet efter ugnen i stället där man inte kan ha rörliga delar på samma sätt där glödskalsrensaren är. I det här fallet går det inte att ha rörliga delar i glödskalsrensaren är

eftersom det sprutar vatten under högtryck inne i den samt att det sprättar glödskal överallt. Det gör att det lätt eroderar samt skulle kärva om man har rörliga delar i den. Det tittades på att sätta glödskalsrensen separat utanför linjen för att på så sätt bli mer flexibel men då finns det risk att stålet hinner svalna så pass att det förstör pressen när stålet ska formas.

Om man skulle byta ut rullarna mot en glidplatta i PEEK eller PA 6 plast skulle den kunna ersätta rullarna före ugnen och då skulle man få ett billigare alternativ samt eliminera problemet före ugnen. Efter ugnen kommer problemet med glödskalsrensen vilket ger en enorm utmaning att byta ut rullar med det befintliga systemet. Det har inte hittats något vettigare förslag än att göra två separata glödskalrensare för att optimera varje profiltyp, det är antingen det eller att man fortsätter på samma sätt som man gör idag. Om man skulle vilja byta ut rullarna före ugnen till en glidskena så kan man se enligt uträkningar för vilket tryck det kommer att vara på plasten från tvärjärnet att det kommer att vara lågt.

Inför framtida projekt vore det intressant att se om man kan bygga om glödskalsrensen på något annat sätt eller använda sig av en annan typ av ugn. Det är dessa saker som satt stopp för väldigt mycket av de idéer som funnits och begränsar de implementeringarna man hade kunnat göra.

Hade det gått att nyttja robotar och automation mer? Det hade varit intressant att låtsas att man haft obegränsat med budget för att se vad man då skulle kunna komma fram med för lösning, skulle linjen då sett likadan ut som den gör idag? skulle man gjort förändringar på befintlig maskin som detta projekt gjorts då? Skulle man bygga om det helt till en helt ny linje med andra komponenter?

16

6. Slutsats

Efter att ha gått igenom alla möjliga olika scenarion om hur man skulle kunna bygga om linjen och hjälpa Olofsfors AB med deras problem, så har jag kommit fram till att med den

processutrustning som de använder sig av idag så är deras anläggning redan optimerad för deras ändamål. Deras maskin/linje är så komplex och känslig för förändringar att det är mer optimalt att svarva in den nya profilen i den befintliga rullen och fortsätta som man gör idag. Den möjligheten som de har att bygga om utan att det ska skena iväg i kostnad och med onödigt långa reparationstopp är att använda sig av förslag B eller D som presenteras i andra utvärderingen under rubrik 4.2. Detta gör dem riktigt flexibla där de antingen kan välja att montera samman rullarna med hanteltekniken eller att testa någonting nytt och obeprövad utan transportörrullar.

17

Referenser

[1] Olofsfors AB. 2021. Om företaget. https://www.olofsfors.se/om-olofsfors/om-foeretaget (Hämtad 2021-03-13).

[2] Terri for all terrain. 2021. TERRI 34c 8wd Forwarder. https://www.terri.se/en/terri-34c-8wd- forwarder/ (Hämtad 2021-07-25).

[3] Semiatin, S.L., 1988. Elements of induction heating: design, control and applications. ASM International^.

[4] Induction Chillers. 2016. Induction heating. http://inductionchiller.com/induction-heating/

(Hämtad 2021-05-12)

[5] Forsgren, Zebastian. 2019. Nykonstruktion av krympbänk. BSc thesis, Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik.

urn:nbn:se:umu:diva-163316

[6] Physics for Scientists and Engineers, Paul A. Tipler, Gene Mosca (2007). ISBN 1-4292-0132-0 [7] L. Suárez, P. Rodríguez-Calvillo, Y. Houbaert, N. F. Garza-Montes-de-Oca och R. Colás,

”Analysis of Deformed Oxide Layers Grown on Steel,” Oxidation of Metals, vol. 75, nr 5-6, pp.

281-295, Juni 2011.

[8] Bendig, L., Raudenský, M. and Horský, J., 2001. Descaling with high pressure nozzles. ILASS- 2001, 2-6 September.

https://www.researchgate.net/publication/237722972_DESCALING_WITH_HIGH_PRESSURE_NO ZZLES

[9] Oppitz, Mattias. 2015. Glödskalsrensning på göt med varierande tvärsnitt. Högskolan i Gävle, Akademin för teknik och miljö, Avdelningen för Industriell utveckling, IT och Samhällsbyggnad.

http://urn.kb.se/resolve?urn=urn%3Anbn%3Ase%3Ahig%3Adiva-19578

[10] H. Alvarez, Energiteknik Del 1, 3 red., Lund: Studentlitteratur AB, 2006.

[11] Npgroup. 2016. PEEK – Polyetereterketon. https://www.npgroup.se/plaster/peek/

(Hämtad 2021-04-12).

Bilaga 1 sid 1 (1)

B1

Bilaga 1

Frågor till Operatör & Underhåll

• Skulle det gå att antingen höja/sänka bordet eller ugnen?

- Det kan fungera med univeralrulle samt styrrulle som centrerar, enskild rulle för varje unik profil. Men att sätta in styrning för att höja och sänka både bord och ugn borde inte vara något problem.

• Funderat/ Förslag på lösning?

- Det fungerar bra som det är idag, väldigt underhållsfritt. Hade varit bra med samma rullar som finns men fortsätta med samma metod alternativt bordslösningen där man kan höja/sänka rullarna.

- Man hade kunnat se över om det finns annan typ av ugn, men är svårt att få det lika bra som det vi använder idag.

- Universal lösning med rullar som klarar alla typerna av tvärjärn utan att de tippar omkull hade varit optimalt.

• Skulle det ge er problem om man gjorde rullarna till ett band som är höj/sänk med justerbara kon där man programmerar in en styrning för hur bred/smal den är?

- Bandlösningen skulle det bli många problem med då det sprättar glödskal överallt, detta skulle kärva ihop direkt och ge mycket fler problem än vad det skulle hjälpa.

- Kon kan fungera bara tvärjärnet inte tippar/ tiltar in till värmaren, då går ugnen sönder.

- Bandet ger också en del problem före ugnen då man behöver spade för att få igenom tvärjärnet genom ugnen, efter glödskalrensaren samlas det en hel del glödskal så där skulle den också kladda fast.

• Vad behöver mest underhåll på linjen idag?

- Väldigt lite underhåll behövs idag men det som behövs är lager och fetta in allt, sen blir ju såklart vissa delar slitna med tiden också men det sker ju i intervaller.

- Mest inne i glödskalrensaren då det pressar in vatten i kullagerna.

• Något speciellt med maskinen man bör veta om? Barnsjukdom?

- Värmaren är en akilleshäl, om det går att byta ut den skulle den bli mer flexibel.

- Rullarna/ anordningen måste vara isolerad både före och efter ugnen så det inte blir överslag, hör efter med elektrikerna för mer info.

- Tvärjärnen måste hamna i linje till värmaren annars funkar ingenting, hamnar den snett eller för högt/lågt så kommer den stöta i och då förstör man ugnen.

• Önskemål

- Se över möjligheter för en annan typ av värmare/ugn eller om den går att lägga dem lodrätt så de växlas in på höjden. Alltså stackade på varandra så de växlas in så istället för vägrätt.

Bilaga 2 sid 1 (1)

B2

Bilaga 2

Uträkningar tryck på glidskena

Då trycket på glidskenan räknades ut gjordes antaganden och därför användes värden från ett plattjärn som har måtten 1200x180 mm och vikten 37 kg, eftersom tjockleken på stålet inte har betydelse för arean har det inte tagits med i måttsättningen.

För att räkna ut kraften 𝐹 används:

𝐹 = 𝑚 × 𝑔

Alltså 𝐹 = 37 × 9,82 = 363,34 N

Trycket 𝑃 är beroende av arean 𝐴 och måste räknas ut först, för att räkna ut arean används:

𝑏 × ℎ 1000

Alltså 𝐴 = ^{1200 × 180}₁₀₀₀ = 0,216 m² Resultatet av trycket 𝑃 på ytan ges av:

𝑃 = ^𝐹_𝐴

Alltså 𝑃 = ^363,34

0,216 = 504 N/m² vilket är samma sak som 0,504 MPa från plattjärnet ner mot glidskenan.

Friktionskoefficienten för plattjärnet uppskattar jag ligger på 0.4 µ och plasten har en friktionskoefficient på 0.25 µ enligt datablad (bilaga 3).

Eftersom trycket bara blir 0.5 MPa är det lågt och gör att det inte är ett problem att integrera.

Detta är en beräkning då hela tvärjärnet ligger på glidplattan, men i verkligheten kommer glidplattan att ha ”hyllor” som tvärjärnet kommer löpa uppe på. Därför görs en beräkning också på ett plattjärn som har en kontaktyta på 30 mm på vardera sida om plattjärnet för att se vilket tryck det ger:

𝐴 = ^{1200 × 60}

1000 = 0,072 m² Trycket skulle då bli:

𝑃 = ^363,34_0,072 = 5046,38 N/m²

Alltså ca 5,05 MPa vilket är ett helt annat tryck, jämfört med den första beräkningen där hela arean räknades som kontaktyta. Det är fortfarande ett lågt tryck för att inte vara något problem att implementera.

Bilaga 3 sid 1 (1)

B3

Bilaga 3

Figur B3. Produktdatablad för PEEK plast.