MANIPULACIJA SUROVCEV IN OHLAJANJE ODKOVKOV PRI … · MANIPULACIJA SUROVCEV IN OHLAJANJE ODKOVKOV PRI TOPLEM KOVANJU Ključne besede: utopno kovanje, toplo kovanje, manipulacija

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.


-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).


-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.


-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]


-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]


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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.


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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


-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.


-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]

http://studentski.net/gradivo/vis_scv_meh_tpr_sno_preoblikovanje__kovanje_02?r=1

http://www.unior.si/cgi-bin/cms.cgi?doc=10149

http://www.unifrax.com.au/prodsheets/Fiberfrax%20Duraboard%20HD.pdf


-29-

8 PRILOGE

Priloga 1: Sestavna risba pokrova

Priloga 2: Podatki o izolaciji


-30-

Priloga 1 : Sestavna risba pokrova


-31-

Priloga 2: Podatki o izolaciji

Documents

MANIPULACIJA SUROVCEV IN OHLAJANJE ODKOVKOV PRI … · MANIPULACIJA SUROVCEV IN OHLAJANJE ODKOVKOV PRI TOPLEM KOVANJU Ključne besede: utopno kovanje, toplo kovanje, manipulacija