View
8
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
MANIPULACIJA SUROVCEV IN OHLAJANJE
ODKOVKOV PRI TOPLEM KOVANJU
Diplomsko delo
Študent(ka): Andraž KOREN
Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program Strojništvo
Smer: Strojništvo
Mentor: red. prof. dr. Iztok Potrč
Maribor, september 2015
Vložen original sklepa o
potrjeni temi diplomskega dela
II
I Z J A V A
Podpisani Andraž KOREN izjavljam, da:
je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof.
dr. Iztoka Potrča;
predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor, 18. 5. 2015 Podpis: ___________________________
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Iztoku Potrču
za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Zahvaljujem se tudi podjetju Unior d. d., mentorju g.
Borutu Lorgerju ter ostalim s področja tehnologije, ki
so mi pomagali z informacijami pri izdelavi
diplomskega dela.
Še posebej se zahvaljujem svojim staršem, ki so mi
omogočili študij.
IV
MANIPULACIJA SUROVCEV IN OHLAJANJE ODKOVKOV PRI
TOPLEM KOVANJU
Ključne besede: utopno kovanje, toplo kovanje, manipulacija surovcev, ohlajevalni trak.
UDK: 621.73.043-412(043.2)
POVZETEK
V diplomskem delu Manipulacija surovcev in ohlajanje odkovkov pri toplem kovanju je
zajeto iskanje primerne rešitve za zmanjšanje poškodb surovcev, ki nimajo primerne
temperature za kovanje. V uvodnem delu so predstavljene zahteve, katere morajo biti
izpolnjene za nemoteno delovanje same proizvodnje, glavni cilj pa je predvsem, da bi se s to
napravo zmanjšale poškodbe surovcev, zaradi česar bi se zmanjšalo število reklamacij. V
drugem delu je predstavljeno konstruiranje izolacijskih pokrovov za ohlajevalne trakove,
katerih cilj je zagotoviti čim bolj optimalne pogoje za ohlajanje odkovkov. Za modeliranje
smo uporabili programski paket Catia V5R20.
V
MANIPULATION OF BLANKS AND COOLING OF FORGED
PRODUCTS IN HOT FORGING
Key words: die forging, hot forging, the manipulation of the blanks, cooling belt
UDK: 621.73.043-412(043.2)
ABSTRACT
In this diploma thesis I have tried to find a suitable solution for the reduction of the damage to
blanks, which do not have the appropriate temperature for forging.
In the Introduction, the demands for uninterrupted production are presented, but the main aim
is to devise the solution which will help reduce the damage to the blanks, leading to the
elimination of complaints.
In the second part, the design of the insulation caps for cooling belts is presented. Their aim is
to ensure the most optimum conditions as possible for cooling forged products. For
modelling, the programme package Catia V5R20 was used.
VI
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ................................................................................................................................. 1
1.1 Opis splošnega področja dela ...................................................................................... 1
1.2 Utopno kovanje ............................................................................................................ 2
1.3 Opredelitev problema ter namen in cilji naloge .......................................................... 3
1.4 Struktura diplomskega dela ......................................................................................... 3
1.5 Predstavitev podjetja .................................................................................................... 4
2 PREDSTAVITEV PROBLEMA IZBIRE SUROVCEV .................................................... 6
2.1 Predstavitev obstoječega stanja ................................................................................... 6
2.2 Napake odkovkov ..................................................................................................... 10
3 REŠITEV ZMANJŠANJA MEHANSKIH POŠKODB ................................................... 11
3.1 Zahtevnik ................................................................................................................... 11
3.2 Idejna zasnova ........................................................................................................... 12
3.3 Preizkus ..................................................................................................................... 14
3.4 Računalniško modeliranje ......................................................................................... 16
4 PROBLEM OHLAJEVANJA ODKOVKOV .................................................................. 19
4.1 Predstavitev obstoječega stanja ................................................................................. 19
5 Konstruiranje pokrova ...................................................................................................... 21
5.1 Zahtevnik ................................................................................................................... 21
5.2 Izolacija ..................................................................................................................... 22
5.3 Modeliranje pokrova .................................................................................................. 23
6 ZAKLJUČEK ................................................................................................................... 26
7 VIRI IN LITERATURA ................................................................................................... 28
8 PRILOGE .......................................................................................................................... 29
VII
KAZALO SLIK
Slika št. 1.1: Unior po prenovi ................................................................................................... 4
Slika št 1.2: Ročno orodje UNIOR ............................................................................................. 5
Slika št 2.1: Vibracijski nakladalnik .......................................................................................... 6
Slika št 2.2: Optični pirometer .................................................................................................. 7
Slika št 2.3: Loputi za razvrščanje ............................................................................................. 8
Slika št 2.4: Levo zaboj za izmet, desno zaboj prehladnih surovcev ......................................... 9
Slika št 2.5: Mehanske poškodbe ............................................................................................. 10
Slika št 2.6: Razpoke ................................................................................................................ 10
Slika št 3.1: Stena, ki ustavi surovec in ga preusmeri .............................................................. 12
Slika št 3.2: Princip delovanja rešitve ...................................................................................... 13
Slika št 3.3: Komponente za preizkus ...................................................................................... 14
Slika št 3.4: Priprava za izvedbo preizkusa .............................................................................. 15
Slika št 3.5: Catia logotip ......................................................................................................... 16
Slika št 3.6: Zmodeliran fiksni del drče ................................................................................... 17
Slika št 3.7: Model končnega izdelka ....................................................................................... 18
Slika št 4.1: Ohlajevalni trak s pokrovi .................................................................................... 19
Slika št 4.2: Ohlajevalni trak brez pokrovov ............................................................................ 20
Slika št 5.1: Izolacijske plošče ................................................................................................. 21
Slika št 5.2: Krivljena pločevina s pokrovom .......................................................................... 23
Slika št 5.3: Način pritrditve spodnje mreže ............................................................................ 24
Slika št 5.4: Končni model pokrova ......................................................................................... 25
VIII
KAZALO TABEL
Tabela št 3.1: Dimenzije surovcev za UK33 ........................................................................... 11
Tabela št 5.1: Fizikalne lastnosti .............................................................................................. 22
UPORABLJENE KRATICE
CAD - Computer Aided Design
CAM - Computer Aided Manufacturing
CAE - Computer Aided Engineering
PDM - Product Data Managment
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-1-
1 UVOD
1.1 Opis splošnega področja dela
Toplo kovanje je eden najstarejših in najpomembnejših postopkov preoblikovanja kovin. Za
doseganje večjih deformacij je potrebno jeklo kovati v vročem stanju, to je nad temperaturo
rekristalizacije, ker so takrat sile manjše, dopustne deformacije pa veliko večje. Kovani
izdelki imajo boljše trdnostne lastnosti in so znatno lažji od odlitkov. [1]
Surovec, ki pride iz razreza, je najprej potrebno segreti na temperaturo, ki je potrebna
za kovanje. Za segrevanje se uporablja električna induktivna peč, ki temelji na principu
vrtinčastih tokov, induciranih v kovinskem telesu, če se nahaja v elektromagnetnem polju
srednjih ali visokih frekvenc. Nad izhodom peči je optični pirometer, kateri izmeri
temperaturo vsakega surovca. Vsi, ki imajo prenizko temperaturo za kovanje, so na drči, ki
vodi do valjark. Preusmerjeni so v cev, skozi katero padejo v zaboj, od koder se odpeljejo na
peskanje in se nato vrnejo na ponovno segrevanje. Vsi, ki so pregreti, so vodeni v poseben
zaboj, ki je zaklenjen, in so namenjeni za izmet. Ob padcu vročega surovca v zaboj prihaja do
nastanka mehanskih poškodb, katere se nato prenesejo v sam odkovek.
Surovci, ki so segreti do želene temperature, so nato vodeni do valjark, kjer dobijo
obliko valjanca, ki pripomore k razporeditvi materiala glede na obliko gravure na utopu.
Naslednja faza je utopno kovanje, kjer dobimo odkovek z odvečnim materialom, zato sledi še
obrezovanje in prebijanje, kjer obrežemo brado in prebijemo luknje. Da se na odkovku doseže
končna oblika in vse tolerance, ki so predpisane, sledi še postopek kalibriranja.
V dokumentaciji, ki jo priloži kupec, so podane zahteve, kakšne morajo biti mehanske
lastnosti odkovka in mikrostruktura. Končni odkovki so odloženi na ohlajevalni trak, ki se
pomika z določeno hitrostjo, in sicer, da se doseže želena trdota in mikrostruktura samega
odkovka. Zaradi nekonstantne temperature v okolici traku tega v celoti ni možno doseči.
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-2-
1.2 Utopno kovanje
Utopno kovanje je preoblikovanje materiala v toplem stanju. Pri tej operaciji dobimo želeno
obliko odkovka v vseh predpisanih merah in tolerancah, ki jih predpiše kupec. Zaradi
različnih presekov in oblike odkovkov določimo število udarcev in vrsto kladiva že v
tehnološkem postopku. Poznamo več vrst kladiv glede na vrsto pogona:
tračna kladiva,
hidravlična kladiva,
vzmetna kladiva,
zračna kladiva.
Glede na način vodenja poznamo:
kladiva z ročnim vodenjem,
kladiva z nožnim vodenjem.
V podjetju Unior v veliki meri uporabljajo hidravlična kladiva proizvajalca LASCO. V
cilindru, ki je dobro tesnjen, se giba bat, ki je tesnjen z batnimi obročki. Bat dviguje in spušča
olje pod pritiskom, ki ga ustvarja oljna črpalka. Kladiva imajo udarce programirane in se
krmilijo samo nožno s pritiskanjem na stikala, ki sprožijo udarce.
Prednost:
zelo kratka doba priučevanja.
Slabost:
neelastični udarci (lepljenje, slaba polnitev, lom orodij).
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-3-
1.3 Opredelitev problema ter namen in cilji naloge
V proizvodnji toplega kovanja v podjetju Unior d. d. je potrebno izboljšati transportno pot
vročih surovcev, ki imajo prenizko temperaturo za nadaljnjo obdelavo. Trenutna izvedba je
problematična zaradi mehanskih poškodb, ki nastanejo zaradi padca vročega surovca v zaboj
z večje višine.
Ko se zaključijo vse obdelovalne faze toplega kovanja, so odkovki odloženi na
ohlajevalni trak. Namen je, da se doseže trdota in želena mikrostruktura. Pogoj, ki je potreben
za zagotavljanje doseganja teh lastnosti pri ohlajanju, je konstantna temperatura v okolici
ohlajevalnega traka, kar pa v trenutnem obstoječem stanju ni možno doseči.
Cilji diplomskega dela so naslednji:
narediti izpeljavo cevi, ki bo zmanjšala hitrost surovcu in posledično ublažila padec v
zaboj,
izbira rešitve za zagotavljanje konstantne temperature na traku,
konstruiranje pokrova za ohlajevalni trak.
1.4 Struktura diplomskega dela
V prvem delu diplomskega dela bom najprej predstavil podjetje Unior d. d. in na kratko
predstavil njegove programe. Sledi prestavitev problema izbire surovcev in analiza
obstoječega stanja. Nato je prikazana idejna zasnova rešitve zmanjšanja mehanskih poškodb
in potek modeliranja končne rešitve.
V drugem delu bo predstavljeno obstoječe stanje ohlajanja odkovkov na ohlajevalnem
traku, kjer na podlagi podanega zahtevnika sledi prikaz rešitve zmodeliranega pokrova. Sledi
še zaključek.
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-4-
1.5 Predstavitev podjetja
Začetki segajo v 18. stoletje, ko so na obrobju Pohorja nastale prve železarne, ki so delovale
kot manufakturne kovačnice, katere so na ročni način izdelovale obrtniško in poljedelsko
orodje.
Leta 1919 je bila ustanovljena Štajerska železo-industrijska družba z omejeno zavezo.
Kovaški obrat s skrajšanim imenom Štajerska Zreče je v času pred drugo svetovno vojno
zaposloval 250 ljudi. Kovačnica je bila preurejena v strojno kovačijo, kjer so proizvajali
kovano orodje, namenjeno za kmetijstvo, rudarstvo in obrt.
V času druge svetovne vojne je bil kovaški obrat požgan. Po prenovi in dograditvi so
se leta 1947 preimenovali v Tovarno kovanega orodja Zreče. Rekonstrukcija tovarne je bila
povezana z novo tehnologijo ameriškega načina utopnega kovanja. Nov način tehnologije je
bil osnova in smernica za razvoj dveh proizvodnih programov:
ročno orodje,
utopno kovani odkovki.
Slika št. 1.1: Unior po prenovi
V sedemdesetih letih se je tovarna preimenovala v UNIOR. Ime je sestavljeno iz besed
univerzalno in orodje, po katerem je družba dobro poznana. V tem času se je začela družba
usmerjati tudi v turizem. V osemdesetih letih se je Unior uveljavil v Evropi kot eden izmed
večjih proizvajalcev lažjih odkovkov ter kot eden največjih proizvajalcev s področja
proizvodnje ojnic za bencinske motorje. V naslednjih desetletjih je Unior razširil po vsem
svetu razvejano mrežo za prodajo in distribucijo orodja v Nemčiji, Italiji, Avstriji, Veliki
Britaniji, Singapurju, Makedoniji, Franciji, Grčiji in Španiji. [2]
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-5-
Danes je podjetje Unior delniška družba, ki je na trgu prisotna s štirimi programi:
odkovki,
ročno orodje,
strojna oprema,
turizem.
Program odkovki je najstarejši in pomeni začetek ustvarjanja podjetja Unior. Največji delež
proizvodnje predstavlja avtomobilska industrija, za katero se kujejo ojnice, krmilni
mehanizmi ter deli menjalnikov in pogonskih gredi. V program odkovki spada tudi obrat
Sinter, kjer se proizvajajo zahtevni deli za avtomobilsko industrijo, rotorji črpalk, zobniki in
razni deli okovja za stavbno pohištvo.
Program ročno orodje je program, zaradi katerega je Unior v svetu najbolj znan.
Ponuja mnoge vrste klešč, ključev, izvijačev in druga specialna orodja, izdelana iz visoko
kvalitetnega jekla.
Slika št. 1.2: Ročno orodje UNIOR
Program strojna oprema se ukvarja z razvojem namenskih CNC obdelovalnih strojev, ki so
namenjeni obdelavi aluminijastih odkovkov in odlitkov. Nudijo razvoj nove strojne opreme
vse do izdelave, montaže in servisiranja. Program turizem ima široko ponudbo skozi vse letne
čase. Rogla pozimi ponuja urejena smučišča in steze za tek na smučeh, poletje pa je primerno
za pohodnike in kolesarje. V Zrečah je ponudba dopolnjena s termalnimi bazeni in ostalimi
ponudbami.[2]
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-6-
2 PREDSTAVITEV PROBLEMA IZBIRE SUROVCEV
2.1 Predstavitev obstoječega stanja
Prva faza pred toplim kovanjem se izvaja na obratu razreza, kjer se jeklene palice določenega
materiala razrežejo na predpisano dolžino. Delavec v razrezu mora skrbeti za pravilno dolžino
in maso surovca, katero mora sproti preverjati. Za transport surovcev je zadolžen delavec z
razreza, ki mora pravočasno dostaviti surovce na delovno mesto pri zalaganju peči.
Za segrevanje surovcev na kovaško temperaturo se uporabljajo elektroinduktivne peči
s pomočjo inducirane napetosti električne energije. V pečeh je možno segrevati le materiale,
ki so feromagnetni, zato bakra, aluminija in nekaterih magnetnih jekel ni možno segreti.
Zalaganje elektroinduktivne peči je v večini primerov avtomatizirano z vibracijskimi
nakladalniki (slika št. 2.1), raznimi šaržerji ali z elevatorskimi nakladalniki.
Slika št. 2.1: Vibracijski nakladalnik
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-7-
Za doseganje kvalitetnega odkovka je pomembno pravilno segrevanje surovcev. Nad izhodom
peči je optični pirometer (slika št. 2.2), ki deluje na principu primerjave barve segretega jekla
- surovca. Sestavni del pirometra je objektiv, ki zazna barvo segretega surovca. Ta podatek
preko elektronskega vezja pretvori v digitalni zapis in ga posreduje instrumentu, ki ga prikaže.
Za preverjanje temperature ob kateremkoli trenutku se uporablja registrator, ki je povezan z
optičnim pirometrom. Omogoča nastavitev zgornje in spodnje meje temperature za kovanje,
ki je med 1230 C in 1280 C.
Slika št. 2.2: Optični pirometer
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-8-
Loputi, ki razvrščata segrete surovce (slika št. 2.3), sta povezani z optičnim pirometrom in
registratorjem temperature. Surovci, ki so segreti znotraj temperaturnega tolerančnega
območja, so usmerjeni na pot do valjarke ali utopnega kladiva, pozicija loput je takšna, kot
kaže slika spodaj. Za surovce, ki dosežejo temperaturo nad 1280 C, se zapre loputa 1 in so
nato usmerjeni po cevi, ki vodi do zaboja za izmet. Pregreti surovci namreč niso več uporabni.
Za surovce, segrete pod temperaturo 1230 C, loputa 1 ostane odprta, loputa 2 pa se zapre,
tako so surovci usmerjeni do zaboja, katerega peljejo na peskanje in nato nazaj na ponovno
segrevanje.
Slika št. 2.3: Loputi za razvrščanje
LOPUTA 1
LOPUTA 2
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-9-
Zaradi višinske razlike med pečjo in zabojem surovec pridobi precejšnjo hitrost med potjo po
cevi in ob padcu v zaboj pride do mehanskih poškodb, ki se ob ponovni vrnitvi na segrevanje
v nadaljnjem postopku kovanja prenesejo v sam odkovek. Poškodbe se na odkovku kažejo kot
razpoke, zagube ter nepravilne oblike (slika št. 2.6).
Slika št. 2.4: Levo zaboj za izmet, desno zaboj prehladnih surovcev
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-10-
2.2 Napake odkovkov
Zaradi mehanskih poškodb na surovcih (slika št. 2.5) lahko pride do napak na odkovkih.
Najpogostejše napake so:
razpoke,
zagube,
neizpopolnjena oblika odkovka.
Da bi se izognili čim manjšim stroškom podjetja, kot so reklamacije, se odkovki
pregledujejo na posebej namenjenih kontrolnih linijah za zagotavljanje kakovosti.
Odkovek se namagneti in polije s tekočino, katera vsebuje kovinski prah. Kovinski
prah se razleze v razpoke, katere so nato vidne pod UV svetlobo (slika št. 2.6).
Razpoka na poškodovanem odkovku se označi z barvno kredo in se pošlje na ponovno
obdelavo, kjer jo poskusijo izbrusiti, če ta ni pregloboka.
Slika št. 2.5: Mehanske poškodbe
Slika št. 2.6: Razpoke
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-11-
3 REŠITEV ZMANJŠANJA MEHANSKIH POŠKODB
3.1 Zahtevnik
Pred samim začetkom konstruiranja rešitve so mi v podjetju predlagali, naj se osredotočim le
na eno utopno kladivo v proizvodnji. V tem primeru sem s pomočjo mentorja v podjetju izbral
utopno kladivo 33 (UK33) predvsem zaradi lepše izpeljave cevi, skozi katero so usmerjeni
premalo segreti surovci.
Izpeljavo cevi, ki bi blažila padce segretih surovcev v zaboj, je potrebno skonstruirati,
da bo lahko nastavljiva za različne dimenzije surovcev. Pozorni moramo biti na dolžine, ki so
različne, odvisno od artikla (tabela št. 3.1), predvsem pa na različne možnosti nastavitve
nagiba, da surovec zagotovo zdrsi v zaboj.
Naslednja zahteva je bila sama nosilnost konstrukcije, predvsem v primeru zamenjave
zaboja, tako da ima voznik viličarja dovolj prostora za zamenjavo zaboja ter da ga pri delu ne
ovira kakšna od komponent (npr. podporne noge).
Geometrijske veličine, ki so bile podane, so premer cevi, ki znaša 90 mm, kar bo
služilo kot izhodišče za sam začetek konstruiranja, ter dolžina in širina zaboja, kateri merita
800 mm (dolžina) ter 600 mm (višina).
Zagotoviti je bilo potrebno nemoteno delovanje, da ne bi prišlo do zastoja. V primeru
dveh zaporednih premalo segretih surovcev mora prvi prispeti v zaboj pravočasno, da pri tem
ne ovira naslednjega, ki pride za njim. Časovni razmik med dvema zaporednima surovcema
na poti do zaboja je 8,5 sekund.
Tabela št. 3.1: Dimenzije surovcev za UK33
Naziv
artikla
Koda
artikla
Dolžina surovca
[mm]
Premer surovca
[mm]
Ojnica 11922 229 36
Ojnica 14253 234 33
Ojnica 14262 234 33
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-12-
3.2 Idejna zasnova
Začetek konstruiranja izhaja iz obstoječe cevi, katere premer znaša 90 mm. Na to cev je
privijačen fiksni nastavek, ki ima najprej izpeljavo iz obstoječe cevi do zaustavljalne stene
(slika št. 3.1), katere naloga je, da ustavi surovec in ga preusmeri na spodnji del fiksnega
nastavka. Prvi del poti je pod kotom 30°, zaključek fiksnega nastavka pa pod kotom 20°, tako
da začne surovec ponovno drseti in pridobivati na hitrosti, da zagotovo preide na nastavljivi
del drče.
Zaustavljalna stena
Slika št. 3.1: Stena, ki ustavi surovec in ga preusmeri
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-13-
Na nastavljivem delu drče je utor, prav tako je utor na nosilni ročici, kar omogoča
nastavljanje dolžine in hkrati kot nagiba, ki je potreben, da surovec zaradi različnih dimenzij
surovcev na obravnavanem utopnem kladivu zdrsi v zaboj, kot prikazuje slika št. 3.1. Za vse
spojene dele se uporabljajo vijačne zveze. Slika prikazuje tudi samo pot surovca. Pozicija 1
predstavlja pot surovca skozi cev. Na poziciji 2 je surovec že na delu, kjer preide na
nastavljivi del drče. Pozicija 3 kaže zgornjo lego, kjer bo surovec preusmerjen v zaboj, kot
kaže pozicija 4.
Slika št. 3.2: Princip delovanja rešitve
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-14-
3.3 Preizkus
V velikih proizvodnih obratih, kot je Unior, je potrebno zagotoviti čim bolj nemoteno
obratovanje proizvodnje. Tudi pri izpeljavi te cevi smo si zadali cilj, da mora delovati
brezhibno, brez ustavljanja ali zatikanja surovcev.
Sledil je praktični preizkus, ki je pokazal, kateri je minimalni kot nagiba nastavljivega
dela drče, da surovec začne drseti po žlebu. Komponente, ki so bile potrebne za preizkus, so
(slika št. 3.2):
žleb,
navojna palica,
matica,
surovec.
Slika št. 3.3: Komponente za preizkus
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-15-
Najprej je bilo potrebno zvrtati luknjo na začetku žleba, skozi katero se je žleb nataknil na
navojno palico. Navojna palica je bila zabita v zemljo, čisto pri dnu zemlje pa je bila matica.
Matica, na katero je bil žleb naslonjen, je služila namenu, da smo lahko postopoma počasi
dvigovali žleb in opazovali, kdaj bo surovec začel drseti (slika št. 3.3).
Način preizkusa je bil najbolj primeren predvsem zaradi večje natančnosti za pridobitev
čim bolj optimalnih rezultatov. Ko je prišel žleb tako visoko, da je začel surovec drseti, smo
izmerili višino, do katere se je povzpel in znaša 300 mm ter razdaljo od navojne palice do
začetka žleba, ki meri 950 mm. Tako je bilo možno izračunati kot nagiba, pod katerim začne
surovec drseti, ki znaša 17,5˚.
Slika št. 3.4: Priprava za izvedbo preizkusa
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-16-
3.4 Računalniško modeliranje
Za risanje idejnih modelov za bodoči sklop izpeljave cevi sem uporabil modelirni program
CATIA V5, ki spada v sam vrh programskih paketov, namenjenih za računalniško podprto
oblikovanje, proizvodnjo in načrtovanje CAD/CAM/CAE. Samo ime >>Catia Solutions<<
pove, da je to izdelek, ki ne ponuja celovite rešitve le na področju konstruiranja in
oblikovanja, ampak tudi na področju, ko je vezan na proizvodne postopke. Gre za sistem
PDM (Product Data Managment - upravljanje s podatki o proizvodnji), torej za postopke, ki
so vezani na spremljanje proizvodnega kroga v podjetju.
Programski paket CATIA je najbolj uveljavljen v avtomobilski industriji. Sredi
devetdesetih let je na trg prišla četrta nadgradnja programa, takrat je postal prvi standard na
tem področju. Osnovno CAD/CAM orodje uporablja kar od 17 do 25 največjih svetovnih
proizvajalcev iz evropske avtomobilske industrije, kot so Volkswagen, Audi, Renault,
Peugeot, Daimler Chrysler, BMW, Citroen in drugi.
Njegovo dobro področje je računalniško vodenje proizvodnje (CAM). Vsebuje več
modulov za struženje, in sicer 2,5-osno, 3-osno in 5-osno rezkanje. Poudariti velja prednost
preproste uporabe, kar pomeni, da se program naučimo uporabljati razmeroma hitro. Ob tem
CATIA V5 nudi izredno visoko kvaliteto ter zelo prijetno podobo, zato ni zanimiva samo za
velike uporabnike. [3]
Slika št. 3.5: Catia logotip
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-17-
Na podlagi idejnih skic sem se najprej lotil modeliranja dela, ki bo privijačen na obstoječo
cev. Dimenzija, iz katere sem izhajal, je imela premer cevi 90 mm. Ker je cev speljana do
zaboja pod kotom, je bilo najprej potrebno izračunati kot, kateri znaša 30. Ta podatek je
nakazal začetek izpeljave fiksnega nastavka (slika št. 3.2).
Slika št. 3.6: Zmodeliran fiksni del drče
Sledilo je modeliranje nastavljivega dela. Potrebno je bilo upoštevati, da mora biti
višina med nastavljivim in privijačenim delom dovolj velika, da surovec na poti v zaboj ne
obstane. Pri samem modeliranju je bilo najlaže priti do ideje, kako narediti, da bo vse skupaj
nastavljivo glede na različne dolžine surovcev, ki se kaže kot utor za reguliranje dolžine (slika
št. 3.2). Ostale dimenzije je bilo potrebno prilagoditi predvsem na dolžino in premer surovca.
Pri samem modeliranju nosilnosti je bilo potrebno upoštevati dano zahtevo, da nosilna
konstrukcija ne sme ovirati voznika viličarja pri delu, ko zamenjuje zaboje. Kot rešitev te
zahteve sem zmodeliral nosilne ročice, nameščene na vsaki strani, in imajo prav tako narejen
utor, ki bo služil v primeru spreminjanja dolžine. Za dolžino nosilnih ročic sem najprej v
modulu assembly sestavil nastavljivi in privijačen del na največji razmak, kar bo sklop
omogočal, ter izmeril medosno razdaljo med luknjami, kjer bosta nosilni ročici privijačeni.
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-18-
Na začetku opravljanja obveznega praktičnega usposabljanja sem spoznaval
proizvodni proces podjetja, med katerim sem opazil, da se zvarni spoji pri raznih drčah in
ostalih zadevah ne obnesejo najbolje predvsem zaradi vibracij, katere so produkt močnih
udarcev, ki nastanejo pri utopnem kovanju. Kot posledica se na mestu zvarnih spojev kažejo
razpoke. Zato sem se pri svoji rešitvi odločil, da bom za spajanje uporabil vijačne zveze, kjer
ne prihaja do razpok in imajo to prednost, da so razstavljive.
Slika št. 3.7: Model končnega izdelka
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-19-
4 PROBLEM OHLAJEVANJA ODKOVKOV
4.1 Predstavitev obstoječega stanja
Po končani obdelavi odkovkov na kovaških kladivih se odkovki odložijo na ohlajevalne
trakove. Temperatura odloženih odkovkov je med 900C in 1050C, kar pomeni, da so še na
avstenitnem področju. Želena mikrostruktura, ki jo želimo imeti, je tako imenovani kovaški
perlit, to je v območju med 727C in 550C. Kot dodatna prednost doseganja kvalitete je
možna nastavljivost hitrosti pomikanja traku.
Dosedanja praksa ohlajanja odkovkov na trakovih je, da so odkovki po končani
obdelavi takoj odloženi na ohlajevalni trak in se ohlajajo prosto na zraku. Za doseganje
kvalitete materiala, kjer je potrebno počasnejše ohlajevanje, pa so ohlajevalni trakovi pokriti s
pločevinastimi pokrovi. Zaradi visokih temperatur, ki jo oddajajo odkovki, prihaja do
deformacije pločevine in do upogibanja. Vsaka zračnost med pokrovi omogoča uhajanje
toplote, kar hkrati pomeni neenakomerno hitrost ohlajanja, ki se nato kaže v sami
mikrostrukturi odkovka. Namen ohlajevalnih trakov torej je, da bi po kovanju s čim manj
stroški izpeljali ohlajanje odkovkov do perlitne mikrostrukture, brez potrebe po kakšni izmed
ponovnih termičnih obdelav (popuščanje, normalizacija ...).
Slika št. 4.1: Ohlajevalni trak s pokrovi
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-20-
V primeru, da je kovanje enega od artiklov odkovkov končano, ohlajanje pa je potekalo pod
pokrovi, je potrebno v primeru, da se naslednji odkovki prosto ohlajajo na zraku, pokrove
odstraniti z ohlajevalnega traku, kar predstavlja dodatni porabljen čas in prav tako veliko
dodatnega porabljenega prostora za shranjevanje pokrovov.
Slika št. 4.2: Ohlajevalni trak brez pokrovov
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-21-
5 KONSTRUIRANJE POKROVA
5.1 Zahtevnik
S strani podjetja je bilo podanih več zahtev:
pokrovi morajo biti dimenzijsko narejeni, da ustrezajo trenutno obstoječi konstrukciji
ohlajevalnega traku,
prilagoditi jih je potrebno glede na dolžino ohlajevalnega traku, ki znaša 4,5 m,
v primerih, ko odkovke odlagajo na trak roboti, je potrebno upoštevati velikost
prijemala, s katerim se jih prenaša (do 0,5 m),
pokrovi morajo biti izolirani, debelina izolacije je 50 mm,
možnost odpiranja v primeru ohlajanja odkovkov na prostem, da ni potrebno pokrove
odstraniti s traku kot v dosedanji praksi.
Slika št. 5.1: Izolacijske plošče
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-22-
5.2 Izolacija
V zahtevniku mi je bila podana debelina izolacije, katero sem moral upoštevati pri
konstruiranju pokrova. Izolacija je bila naročena v podjetju Unifrax, ki ima za evropski trg
sedež v Franciji. Debelina same izolacijske plošče je 50 mm, v širino in dolžino pa meri 610 x
1000.
Splošne značilnosti izolacije so:
imajo visoko temperaturno obstojnost (do 1500C),
nizko toplotno prevodnost,
so lahka in prožna,
so izjemno prilagodljiva,
so enostavna za oblikovanje in rezanje. [6]
Tabela št. 5.1: Fizikalne lastnosti
Tališče 1760C
Gostota 433-497 kg/m3
Razvrstitev temperature 1260C
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-23-
5.3 Modeliranje pokrova
Pred samim začetkom modeliranja pokrova je bilo najprej potrebno izmeriti mere na
konstrukciji traku, ki bodo služile kot izhodišče modeliranja. Dolžina traku je 4,5 m. Na
podlagi te mere smo se odločili, da bo dolžina enega pokrova 0,8 m, torej pride na en trak pet
pokrovov, 0,5 m pa ostane za prijemalo robota, ki oddaja odkovke na trak.
Dosedanja praksa je pokazala, da se pokrovi, ki so bili izdelani v eni celoti s krivljeno
pločevino zaradi toplote, ki jo oddajajo odkovki, zelo krivijo, kar se vidi na sliki št. 4.1. Na
profil konstrukcije traku bosta z vsake strani naslonjena profila iz krivljene pločevine, na
katero bodo privarjene jeklene plošče, ki bodo tvorile okvir pokrova, vmesni prostor pa je
namenjen za ploščo izolacije ( slika št. 5.1).
Slika št. 5.2: Krivljena pločevina s pokrovom
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-24-
Prazen prostor znotraj okvirja je zapolnjen z jekleno mrežo, ki je privarjena na notranji rob
okvirja. Za jekleno mrežo smo se odločili predvsem zaradi njene večje odpornosti pri
krivljenju zaradi toplote, kot se je to dogajalo z obstoječimi pokrovi. Za zapolnitev prostora
na spodnji strani se je prav tako uporabila jeklena mreža, na katero je bila naslonjena plošča
izolacije.
Za razliko od zgornje bodo na več koncih spodnje mreže privarjena ušesa, skozi katera
bo speljana navojna luknja, mreža pa bo privijačena na krivljeno pločevino (slika št. 5.2).
Spodnja mreža je privijačena predvsem z namenom, da bo, ko bo potrebno izolacijo
zamenjati, možno odpreti pokrov, mrežo odvijačiti in zamenjati ploščo izolacije.
Slika št. 5.3: Način pritrditve spodnje mreže
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-25-
Ročice, ki so privarjene na okvir pokrova, služijo za odpiranje pokrova. Pokrov se odpira s
pomočjo tečajev, ki so privarjeni na bočni strani, katera je obrnjena proti utopnemu kladivu.
Slika št. 5.4 prikazuje končni model pokrova, ki je zmodeliran glede na zahteve, ki so bile
postavljene na začetku.
Slika št. 5.4: Končni model pokrova
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-26-
6 ZAKLJUČEK
V današnjem času je za dobro poslovanje podjetja potrebno zagotavljanje kakovosti, kar
pomeni čim manj reklamacij, kar je glavnega pomena pri zmanjšanju stroškov za podjetje in
kar tudi povečuje konkurenčnost na trgu dela.
V prvem delu naloge je predstavljeno iskanje rešitve za zmanjšanje mehanskih
poškodb na surovcih, ki nimajo ustrezne temperature za kovanje. Potrebno je bilo upoštevati
zahteve, predvsem možnosti pri nastavljanju dolžine pri različnih dimenzijah surovcev.
Glavni cilj je zmanjšanje hitrosti pri samih surovcih, kar posledično pomeni zmanjšanje
poškodb surovcev na poti v zaboj. Najprej sem naredil idejno zasnovo, ki je prikazala sam
princip delovanja izpeljave cevi v zaboj. Sledilo je določanje kotov nagiba. Celotna naprava je
sestavljana iz dveh delov, in sicer fiksnega dela ter nastavljivega dela. Lažji predstavi
potrebnega kota nagiba, da surovec iz nastavljivega dela drče zagotovo zdrsne v zaboj, je
sledil praktični preizkus, kjer se je pokazalo, da je kot 17,5 tisti kot, ko začne surovec drseti.
Naslednji cilj je bil zmanjšanje hitrost surovca, katero pridobi od izhoda iz peči do zaboja. Za
zmanjšanje hitrosti je na prehodu iz cevi na fiksni nastavek na koncu ustavljalna stena, katera
surovec ustavi in ga preusmeri na spodnji del, kot tudi prikazuje slika št. 3.1. Na spodnjem
delu surovec začne ponovno pridobivati na hitrosti, zato je prvi del nastavka pod kotom 30 in
nato proti koncu 20, da zagotovo pride na nastavljivi del, ki je prav tako pod kotom 30,
kateri nato vodi do zaboja. Za nekoliko večje kote nagiba smo se odločili predvsem zaradi
visoke temperature surovca, ker bi se v primeru zadrževanja surovca na mestu površina
izpeljave cevi poškodovala. Celotna naprava je narejena iz krivljene pločevine debeline 3
mm. Nosilne ročice so bile iz pločevine izrezane z laserskim razrezom, prav tako debeline 3
mm. Izpeljava drče je torej bila narejena z upoštevanjem vseh zahtev, ki so bile podane.
V drugem delu naloge je predstavljano modeliranje izoliranega pokrova za ohlajevalni
trak odkovkov. Cilj je bil skonstruirati pokrov, ki bo izoliran in se bo lahko odpiral in zapiral
v primeru prostega ali kontroliranega ohlajanja odkovkov. Na podlagi podanih zahtev je bilo
najprej potrebno dobiti dimenzije obstoječe konstrukcije.
Okvir je zvarjen iz jeklenih plošč in je privarjen na krivljene profile. Z vsake strani je še
mreža, med katero se nahaja izolacija, ki je bila podana v zahtevniku. Glavni prednosti novih
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-27-
pokrovov pred obstoječimi torej sta, da v primeru, ko se odkovki kontrolirano ohlajajo in
pride do menjave artiklov, kateri se prosto ohlajajo, pokrovov ni potrebno odstaviti s traku kot
sedaj. Vse to je zavzemalo dodaten prostor, kjer so ti bili shranjeni, prihrani pa se tudi na
času, ki ga je delavec za to porabil. Druga prednost pa je, da je sama konstrukcija pokrovov
bolj odporna na upogibanje, do katerega prihaja zaradi oddajanja toplote, kontrolirano
ohlajevanje pa ima prednost zaradi dodatne izolacije.
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-28-
7 VIRI IN LITERATURA
[1] Studentski.net - kovanje. Svetovni splet [ dostopno na:
http://studentski.net/gradivo/vis_scv_meh_tpr_sno_preoblikovanje__kovanje_02?r=1] [12. 5.
2015]
[2] ] Podjetje Unior d. d. Svetovni splet [ dostopno na:
http://www.unior.si/cgi-bin/cms.cgi?doc=10149 ] [14. 5. 2015]
[3] Artiček, Uroš: Smernice za konstruiranje gibajočih delov v transfernih orodjih z uporabo
programskega paketa CATIA V5, diplomsko delo, Maribor 2009, str. 051-052.
[4] Kraut, Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja/ izdajo pripravila Jože
Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana: Littera picta, 2007.
[5] Potrč, Iztok. Zapiski predavanj pri predmetu transportni sistemi in konstrukcije. Univerza
v Mariboru, Maribor 2011.
[6] Potrč, Iztok. Transportni sistemi, skripta FS, 2004.
[7] Podjetje Unifrax. Svetovni splet. [ dostopno na:
http://www.unifrax.com.au/prodsheets/Fiberfrax%20Duraboard%20HD.pdf ]. [20. 8. 2015]
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-29-
8 PRILOGE
Priloga 1: Sestavna risba pokrova
Priloga 2: Podatki o izolaciji
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-30-
Priloga 1 : Sestavna risba pokrova
Univerza v Mariboru- Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
-31-
Priloga 2: Podatki o izolaciji
Recommended