ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA

FAKULTA STROJNÍ

KATEDRA TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ

POUZDRO POHONU

PROJEKTOVÁNÍ VÝROBNÍCH PROCESŮ

Jiří Vyšata 27.7.2010

Obsah 1 Úvod.................................................................................................................................................3 2 Charakteristika součásti....................................................................................................................3

2.1 Popis tvaru a hlavních rozměrů................................................................................................4 2.2 Zvláštní požadavky specifikované na výkrese..........................................................................4

3 Posouzení technologičnosti konstrukce............................................................................................5 3.1 Z hlediska materiálu..................................................................................................................5 3.2 Z hlediska přesnosti a jakosti povrchu......................................................................................5 3.3 Z hlediska tvaru a rozměrů.......................................................................................................6 3.4 Z hlediska tuhosti a upnutí........................................................................................................6 3.5 Z hlediska polotovaru...............................................................................................................7

4 Návrh technologie ve variantách......................................................................................................7 4.1 Volba rozměrů polotovaru.........................................................................................................8 4.2 Rámcový návrh technologického postupu................................................................................8 4.3 Návrh první varianty.................................................................................................................9 4.4 Návrh druhé varianty..............................................................................................................13

5 Specifikace strojů a použitého nářadí, stanovení technologických podmínek...............................14 6 Stanovení velikosti výrobní dávky a celkové pracnosti výroby.....................................................15 7 Zhodnocení technologických variant.............................................................................................15 8 Závěr...............................................................................................................................................15

8.1 Závěr o technologickém postupu............................................................................................15 8.2 Specifika strojírenství pro jadernou energetiku......................................................................16

2

1 ÚvodTato práce má více cílů. V první řadě slouží jako příklad technologie v jaderném průmyslu. Vedle toho slouží i jako vzorová práce z předmětu „Projektování výrobních procesů“, aby tak poskytla návod k vypracování studentské semestrální práce pro přidělenou součást a zároveň studenty seznámila s technologií výroby součástí pro jaderný průmysl a jejími některými specifiky. Oba účely vhodně spojuje skutečnost, že práce zobrazuje celý proces návrhu výrobního postupu včetně průběžných rozborů, rozvah, voleb a optimalizací a nikoliv jen jejich finální výsledek, kterým je samotný výrobní postup na průvodce.

Práci budou průběžně doprovázet komentáře, poznámky a vysvětlivky v rámcích, jako je tento, jejichž účelem je případně vysvětlit, proč se v práci postupuje daným způsobem, upozornit na případný jiný možný postup a vůbec všeobecně napomoci studentovi v tvorbě jeho vlastní semestrální práce.

Výroba strojních součástí a zejména tak specifických součástí, jako jsou výrobky pro jadernou energetiku, bývá náročným úkolem z hlediska nalezení vyhovující varianty nejen volby samotné technologie a strategie zpracování, ale také volby optimálních pracovních podmínek z ekono-mického hlediska ale i s přihlédnutím k ergonomické a ekologické stránce a případně ohledům dalším. Proto u součástí s vyšším stupněm složitosti výroby a nebo s vyšším stupněm sériovosti je potřeba stanovit výrobní postup tak, aby se pokud možno dosáhlo co nejúspornější výroby a co největšího přiblížení žádoucím parametrům i z ostatních hledisek. Stanovený postup se pak bude formulovat jako závazný dokument v takzvané průvodce, která spolu s výrobním výkresem je základním a závazným dokumentem pro výrobu i výrobní kontrolu součásti, je významným prvkem stanovení zodpovědností a podílí se tak zásadně na zajištění jakosti výrobku.

Pouzdro pohonu je součást zařízení jaderné elektrárny, na které jsou kladeny zvláštní nároky zejména z hlediska bezpečnosti. Tomu musí také odpovídat jeho výrobní postup. Tato práce tudíž pomůže ukázat také některá specifika jaderného strojírenství. Věnuje se postupně charakteristice součásti, jíž je pouzdro pohonu, a to jejího účelu a popisu. Pak provede analýzu její technologičnosti, přičemž získá první informace pro volbu technologických prostředků a postupu ve variantách, což jsou další následující kroky. S přihlédnutím k vlastnostem vybraných prostředků a k materiálovým vlastnostem obrobku stanoví výchozí řezné podmínky. Nakonec posoudí výhodnost obou variant.

Pro účely stanovení technologického postupu budeme předpokládat malosériovou výrobu s objemem výroby asi 500 kusů ročně. Je možné, že i to je vůči skutečnosti poněkud nadsazeno.

Úvod má obecně dva možné cíle a tedy i dvě možné formy. Jeden možný cíl vyplývá již z označení „úvod“. Uvádí totiž čtenáře z širší platformy do oblasti, kterou se publikace míní zabývat. Ta širší platforma souvisí s mírou zasvěcenosti do problematiky, jakou u čtenáře předpokládáme. Pro nezasvěceného čtenáře je tou platformou obecný život ve společnosti, pro strojaře je jí oblast strojírenství, výroby a tvorby zisku. Již první věta (nebo několik málo vět) úvodu by měla být argumentem o tom, že pro čtenáře, který je předpokládaným adresátem, má smysl práci číst. Další část úvodu tento argument rozvádí či konkretizuje.

Druhý typ úvodu se zase zaměřuje spíše na jakousi službu průvodce, který čtenáře seznámí se samotnou strukturou práce a pomůže mu se v ní zorientovat. Oba typy úvodu je navíc možno zkombinovat, přičemž první typ se hodí spíše pro jeho začátek a typ druhý spíše do druhé části úvodu.

3

2 Charakteristika součástiNázev součásti je „pouzdro pohonu“. Je to díl, který se patrně přimontuje k víku reaktoru. Totiž

přimontuje se jich k víku větší množství. V nich se potom pohybují ústrojí, která mění polohu regulačních tyčí s jejichž pomocí se řídí činnost reaktoru.

Může nastat situace, že účel součásti nebude zřejmý. Pak lze alespoň zmínit možné hypotetické účely. Alespoň předpokládaný účel je potřebný například pro posouzení technologičnosti součásti.

2.1 Popis tvaru a hlavních rozměrůPouzdro pohonu je rotační součást, jejímž základním tvarem je trubka celkové délky 2784 mm

a vnějšího průměru nejdelšího (hlavní průměr) osazení ø120 mm. Průměr díry nejdelšího osazení je ø97 mm. Na jednom konci je opatřená přírubou vnějšího průměru ø228 mm délky 75 mm s devíti otvory na roztečné kružnici ø185 mm. Tři otvory po 120° mají závity M27. Každý z nich je v roztečném úhlu 30° obklopen dvěma dírami ø29 . Příruba je na straně směrem k opačnému (volnému) konci trubky vyztužena kuželovým přechodem dlouhým přibližně 80 mm. Na opačné straně je za přírubou ústí trubky s vnějším průměrem ø107 e8. V přírubě je devět kruhových vybrání ø50 mm pro výše popsané díry. Od volného konce trubky se odměřují osové vzdálenosti vnitřních i vnějších čel a dalších prvků. Po délce je hlavní – trubková část z vnější strany opatřena několika zápichy a osazeními a ve třech ne zcela rovnoměrných vzdálenostech od vnějšího čela v blízkosti příruby směrem k volnému konci je opatřena návarky, které patrně mají funkci vodicích nebo distančních plošek. Na vnitřní straně je díra třikrát osazena. Čtyři různé průměry se směrem od příruby zvětšují. Přitom od volného konce druhý průměr (ø97 mm) představuje naprostou většinu délky. Součást má být před obráběním svařena ze dvou polotovarů v blízkosti příruby s přechodem.

2.2 Zvláštní požadavky specifikované na výkrese

Zařízení jaderné energetiky mají velmi specifické požadavky, které se u běžných součástí příliš často nevyskytují. Tato kapitola odpovídá oněm specifickým požadavkům a v případě běžných dílů, které nemají žádné specifické požadavky uvedeny, není potřebná a je lépe, když se v práci neobjeví.

Zvláštní požadavky se na výkrese píší zpravidla v prostoru nad rohovým razítkem.

Výkres obsahuje běžné tolerance tvaru a polohy a běžné požadavky na drsnost. Také jsou formulovány požadavky na kvalitu svarů. Svar obou základních dílů se podle požadavků na výkrese má provést elektronovým paprskem. To vyžaduje mimořádně nákladné zařízení pravěpodobně stavěné přímo na zakázku. Náklady na takové zařízení lze těžko odhadnout ale mohou narůst až do desítek milionů korun. V praxi se výroba zařízení pro jaderný průmysl realizuje ve specializovaných provozech. V takovém případě má smysl pořídit takové speciální zařízení, jakým je zařízení pro svařování elektronovým paprskem. Zde jsme narazili na dva charakteristické rysy výroby pro jadernou energetiku. Jednou zvláštností je používání vysoce specializovaných zařízení a druhou je výroba téměř výhradně ve specializovaných provozech a to i tehdy, kdyby nebylo zapotřebí zvláštních výrobních prostředků. Jedná se totiž o výrobu zařízení, u kterých se klade mimořádný důraz na spolehlivost z důvodu maximálního zajištění bezpečnosti provozu jaderných elektráren. Všude na světě jsou výrobny komponentů pro jaderný průmysl pod stálým dohledem

4

příslušných úřadů pro jadernou bezpečnost. Proto většinou není možné takové produkty vyrábět v běžných strojírenských provozech.

Kromě zvláštních požadavků na výrobu jsou především předepsány četné kontroly a zkoušky v různých fázích výroby. To je další specifikum výroby zařízení pro jadernou energetiku, které ale vlastně souvisí s již uvedenou skutečností o dohledu úřadu pro jadernou bezpečnost.

• Kontrola svaru obou dílů polotovaru vnější prohlídkou, proměřením, prozařováním a KPM. Na zkušebních vzorcích se provede zkouška tahe při 20°C, zkouška rázem v ohybu – U vrub, Kontrola makrostruktury a zkouška proti MKK.

• Kontrola vnější prohlídkou přivaření destiček.• Zkouška vnitřního přetlaku 24,5 MPa po dob• u 10 min a 19,6 MPa po dobu prohlídky.• Zkouška těsnosti vakuově heliem.• Zkouška těsnosti na čelních plochách.• Zkouška radiálního házení na ø120 mm před navařením destiček i po něm.

Kromě zkoušek jsou také požadavky na ražbu značení. Razí se údaje o materiálu, číslo tavby, pořadové číslo PP, identifikace výrobku a rok výroby. Údaje se razí postupně v průběhu výroby a při případném odobrobení se pečlivě přenáší. Průběžně se také razí pomocné značky. Tento důraz na dokonalou průběžnou identifikaci se také u běžných strojírenských výrobků zpravidla nevyskytuje.

3 Posouzení technologičnosti konstrukce

Všimněme si řazení hledisek tak, aby se volba výrobníh prostředků postupně zpřesňovala. Zde uvedený postup je vhodný ale ne jediný možný. Student nechť si svobodně zvolí řazení a případné slučování hledisek, jak mu vyhovuje. Cílem je nicméně pokud možno neopominout žádný faktor, který významnější měrou přispívá k určení výrobních prostředků a postupů. Každé hledisko také může přispívat k volbě technologických prostředků a k volbě samotné technologie tak, že se postupně zužuje jejich výběr. Pokud tomu tak u konkrétního hlediska je, pak je velmi vhodné onen zpřesňující závěr učinit a v textu výslovně uvést.

Je také třeba mít na paměti, že v této fázi se provádí posuzování a nikoli návrhy. U každého hladiska se hodnotí to, jak šťasná je koncepce součásti pro její výrobu. Každý prvek a každý požadavek u součásti lze realizovat s určitými náklady. V této kapitole je tedy přeba u každého hlediska hodnotit zda jednotlivé náklady výroby jsou náležitě odůvodnitelné funkcí součásti. Je však též potřeba brát v úvahu i takové skutečnosti, že například estetické a případně jiné obdobné požadavky mohou mít vliv na prodejnost výrobku a nepovažovat je při hodnocení technologičnosti za nepodstatné.

3.1 Z hlediska tvaru a rozměrůZákladní tvar součásti „pouzdro pohonu“ je rotační. Je tedy možno jej vyrábět na soustruhu.

Většina doplňkových tvarů (čelní, obvodové i rohové zápichy, přechodové kužely a sražení) je také rotační okolo hlavní osy součásti a proto je také možno je vyrobit na soustruhu. Vybrání, otvory a závity v přírubě je nutno provádět na jiném stroji. Je pro ně možno použít vodorovnou vyvrtávačku. Vesměs všechny tvary lze vyrobit s použitím běžných nástrojů. Ze speciálních nástrojů se použijí rádiusové zapichovací nože pro čelní i vnější zápichy u soustružení a nástroje pro zpětné zahlubování a zpětné vyvrtávání u vyvrtávačky.

Rozměry součásti však vyžadují stroje příslušné velikosti. Vzhledem k téměř třímetrové délce je potřeba použít soustruh, do kterého je třímetrovou součást možno upnout. Minimální délka lože od

5

sklíčidla ke koníku tedy musí být asi tři metry. Na déklu součásti je třeba brát zřetel i pro pracoviště vodorovné vyvrtávačky. Není sice nezbytně nutné, aby stůl byl hluboký až tři metry, protože součást může přes stůl přečnívat, budou-li splněny bezpečnostní požadavky. Při projektování pracoviště s použitím menšího stolu vyvrtávačky je proto potřeba hranici pracoviště posunout tak, aby přes ni obrobek nepřečníval. Stůl by však měl mít hloubku více než jeden a půl metru, aby se při upínání a odepínání součást nemohla převážit.

Na výkrese je na detailu E předepsán svar v blízkosti konce s přírubou, který napovídá, že výsledná součást je složena ze dvou samostatných dílů. Stojí tedy za úvahu, zda by nebylo možné a vhodné některé operace na přírubě provést před svařením a vyhnout se tak zpětnému zahlubování. Je však třeba mít na paměti, že v důsledku svařování dojde k nezanedbatelnému zkřivení součásti.

3.2 Z hlediska přesnosti a jakosti povrchu

Na výkrese nejsou pro součást požadovány žádné tolerance, které by nebylo možno dodržet při výrobě na běžném soustruhu nebo frézce případně na vyvrtávačce. Stejně tak není požadavek takové drsnosti, kterou by těmito stroji nebylo možno dosáhnout. Není tedy nutno používat žádné speciální dokončovací technologie (například broušení). Součást také obsahuje prvky značení, která rovněž souvisejí s kvalitativními požadavky. Značení neklade zvláštní nároky na pracoviště, bude-li se provádět přenosnými prostředky (razníky, elektrická popisovací jehla).

3.3 Z hlediska tuhosti a upnutíS ohledem na délku 2784 mm a převažující vnější průměr ø120 mm je součást dosti štíhlá, takže

při obrábění na soustruhu bude potřeba řešit její podpírání lunetou. V opačném případě by hrozilo její chvění a prohnutí při obrábění a to by vedlo k nedodržení rozměrové tolerance. Součást je ovšem trubka, která má v některých místech již poměrně tenkou stěnu. Ta může způsobovat rozkmitání při obrábění, zejména když je tento jev podporován celkovou značnou štíhlostí byť v podepření lunetou. Proto u těch operací, které probíhají v situaci, kdy je stěna již poněkud tenká, je potřeba opatrněji volit řezné podmínky (zejména hloubku řezu), aby nedošlo ke ztrátě stability řezu rozkmitáním.

V mnohých studentských semestrálních pracech se vyskytuje výrok, který tvrdí, že pokud součást vyhovuje z hlediska materiálu a z hlediska rozměrů, pak vyhovuje i z hlediska tuhosti. Uvědomme si ale, co vlastně ta věta říká. Slibuje, že pokud není materiál příliš drahý a těžko obrobitelný a neklade na výrobu součásti žádné další požadavky a pokud se součást dobře vejde do upínacích prostorů příslušných strojů ani není příliš titěrná, aby se k ní dobře dostaly nástroje i ve stavu upnutí, potom je prý vyloučeno, že by se při obrábění zdeformovala nebo že by chvěla při řezu. Doufejme, že je nyní každému jasno, jak je ta věta nesmyslná.

Často se také vyskytuje domněnka, že tuhost je dána hmotností nebo velikostí. Pětimilimetrová kulička, kterou na dlani sotva cítíme, má ale větší tuhost než pružina ze zadní nápravy nákladního auta a to i tehdy, když tuhost budeme vztahovat k rozměrům součásti. Tuhost je poměr pružné deformace tělesa ku síle, která tu deformaci vyvolává. Chceme-li ji navíc vztáhnout k rozměrům součásti, pak můžeme říci, že tuhost je poměr mezi procentní změnou rozměru ku deformační síle.

Tedy je třeba vědět, že pro hledisko tuhosti je podstatná štíhlost a tenkostěnnost a ne hmotnost nebo velikost. Z materiálových hodnot tuhost ovlivní koeficient pružnosti (který je však pro všechny třídy ocelí téměř stejný), ale nikoli samotné složení materiálu a už vůbec ne cena nebo obrobitelnost.

Pro upínání na soustruhu nebude nutno použít jiné prostředky než sklíčidlo, koník s aplikacemi, lunety, nebo unášecí srdce a osovou podpěru (hrot). Lze předpokládat, že při dobře voleném sledu

6

operací bude vždy dostupná nějaká vhodná upínací plocha. Při výrobě otvorů na roztečné kružnici je možno obrobek vložit do prizmatických podpěr a upnout upínkami.

Při upínání je třeba pokud možno se vyhnout tomu, aby upínací síly procházely dutinami. V takovém případě totiž dojde k pružné deformaci a po obrobení a uvolnění obrobku se materiál vrátí a obrobený tvar zdeformunje. Situace, kdy obrobek je v konvexních (vypuklých) místech spojitě obtížen tlakem a nejlépe, když velikost obtížení roste a klesá s rostoucí a klesající křivostí vypuklého povrchu (čemuž do jisté míry mohou odpovídat třeba i měkké čelisti) ovšem není ten případ i když zatížení je okolo dutiny. Tehdy je směr sil rovnoběžný s povrchem obrobku. To tvrzení by prokázala analýza sil v obecném elementu hmoty obrobku.

3.4 Z hlediska materiáluJaderná zařízení obecně mají velmi vysoký požadavek na kvalitu materiálu. S ohledem na

skutečnost, že uvedený díl bude přímo součástí sestavy reaktoru, budou nároky na kvalitu a zaručenost vlastností tím vyšší. Budou totiž stejně jako reaktor vystaveny vysokým teplotám a vysokým tlakům. Z důvodů ochrany duševního vlastnictví firmy Škoda JS není na výkrese uvolněném pro účely této práce uvedena norma materiálu ani žádné jiné jeho označení. Lze ale očekávat, že kromě poměrně vysoké ceny se bude vyznačovat i vysokými mechanickými hodnotami a je tedy zapotřebí očekávat nižší obrobitelnost. Můžeme proto přibližně vycházet z obrobitelnosti nástrojových ocelí, nerezi, austenitické oceli nebo obecně vysoce legované oceli. Budeme tedy přžedpokládat třídu 11b. Výchozí řezná rychlost by při použití slinutého karbidu byla 100m/min a při použití rychlořezné oceli 20m/min. Tloušťka třísky a hloubka záběru bude záviset na výkonu stroje a na tuhosti soustavy SNO. Řezný odpor předpokládejme 3000MPa (ve skutečnosti je ale poněkud závislý na hloubce řezu a na posuvu).

Specifikem součásti jsou ale vysoké požadavky na kvalitu materiálu a proto je nutno provádět řadu kontrol, zkoušek a testů. Pro tyto účely je buď nutno vybavit speciální pracoviště příslušným zařízením a nebo objednávat tuto činnost u externí firmy. Druhá možnost je rozumnější jen v případě, že se navrhuje technologie pro podnik, který se ale jinak nezabývá výrobou součástí, které vyžadují materiálové kontroly a tato technologie je pro něj jen jakýmsi doplňkovým či dotěžovacím programem. Tato možnost je navíc komplikována požadavkem na vysoce opatrnou manipulaci s obrobkem i hotovým výrobkem při jeho převozu na kontrolní pracoviště kooperujcího podniku a zpátky.

Studentské práce často vycházejí z vlastních návrhů součásti. Je třeba si uvědomit, že při návrhu součásti student v podstatě provádí práci konstrukční, jejíž součástí je i volba materiálu. Posouzení technologičnosti součásti je ale práce technologa a je proto velmi vhodné, aby v tu chvíli na návrh součásti včetně volby materiálu nahlížel, jakoby to byla práce někoho jiného. Není tedy namístě, aby jen konstatoval, jaký materiál byl vybrán a proč. Naopak je potřeba, aby o materiálu zhodnotil všechno, co se dotýká výroby součásti. Těmi parametry jsou zejména cena materiálu, jeho obrobitelnost a případně jiné vlastnosti, které by mohly mít vliv na náročnost výroby (například šedá litina špiní stroj a ucpává čerpadlo chladicí kapaliny, zinek v některých slitinách zalepuje vakuové pumpy určitých zařízení, a podobně).

3.5 Z hlediska polotovaruTvar součásti je popsán v kapitole 2.1 Popis tvaru a hlavních rozměrů. Ve vzdálenosti přibližně

2400 mm od volného konce je na výkrese předepsán svar. Přesná kóta polohy svaru na výkrese není, takže patrně z hlediska konstrukce příliš na poloze nezáleží. Měli bychom ale zachovat relativní polohu vůči prvkům výkresu. Víme, že svar je v části s průměrem ø120 h12 v blízkosti kuželového přechodu a průměru ø124mm. Můžeme tedy zvolit míru 2400 mm.

7

Polotovarem trubkové části může být trubka. Tvar přírubové části neodpovídá žádnému normalizovanému polotovaru a proto se zdá jako vývodné za polotovar zvolit výkovek či odlitek a zajistit tak co nejmenší odpad odobrobeného materiálu. Výkovky všeobecně mají lepší mechanické vlastnosti než odlitky, protože procházejí tvářením. Vysoké nároky na kvalitu materiálu tedy směřují k upřednostnění výkovku před odlitkem. Tvar a rozměry této části jsou dány zvláštním výkresem. Na výkrese součásti je ale okolo ústí trubky přírubové části vyznačen přídavek 6 mm a polotovar nazančen čarou s dvojitým čerchováním. Můžeme předpokládat, že podobný přídavek bude podél celého základního tvaru s výjimkou v případě prvků jako jsou díry na roztečné kružnici, zahloubení, zápichy a díra v ose součásti, jejíž průměr v místě svaru musí být ø70 mm a na opačném konci ne větší než 76 mm. Pro jednoduchost však můžeme předpokládat válcovou díru ø70 mm. Zmíněné prvky se pak budou vyrábět až třískovým obráběním. Vyrobit polotovar tohoto tvaru volným kováním nelze. V úvahu tedy připadá zápustkové kování. Nákladnou zápustku ale má smysl používat až při sériové výrobě, aby se její pořizovací cena, která činí řádově stovky tisíc korun, „rozpustila“ ve velkém počtu výrobků. Při kusové výrobě tedy nakonec bude nejlépe použít kruhovou tyč o průměru větším než ø228mm a smířit se se značným odpadem.

Polotovar stejně jako materiál zpravidla volí konstruktér. V takovém případě lze posuzovat to, jak vhodně je tato volba provedena s ohledem na výrobu. Někdy ale polotovar volí technolog a potom může posuzovat, jak je koncepce součásti vstřícná dobré a ekonomické volbě polotovaru. Ve výsledku pak může posouzení přinášet návrhy možných polotovarů.

4 Návrh technologie ve variantách

Při návrhu technologie můžeme vycházet ze závěrů, ke kterým jsme došli v popisu součásti a v technologickém rozboru. Pracoviště která připadají v první řadě v úvahu jsou svařovací pracoviště, soustruh, horizontka a různá kontrolní pracoviště. Soustruh a horizontka musí být schopny upnout třímetrovou součást. Pro zajištění lepší tuhosti na soustruhu je nutno použít lunetu. Pro zamezení chvění je na soustruhu zejména u posledních úseků záběrů, kde tloušťka stěny je již značně malá, potřeba volit opatrně řezné podmínky – zejména hloubku řezu. Výchozí1 řezná rychlost při použití řezných nástrojů ze slinutých karbidů bude 100m/min a při použití nástrojů z rychlořezné oceli 20m/min.

4.1 Volba rozměrů polotovaru

Volbu polotovaru standardně v podniku provádí konstruktér. Tehdy má především smysl provádět rozbor technologičnosti této volby. Někdy ale může volbu polotovaru provádět technolog a nebo může tato volba vyplynout ze vzájemné diskuse technologa, konstruktéra ale třeba také nákupčího materiálu nebo skladníka.

Volba polotovaru v praktické studii v reálném podniku musí vycházet ze skutečné znalosti situace na trhu a ze znalosti materiálu. Z důvodu ochrany duševního vlastnictví ale v našem případě tuto možnost nemáme a proto od této povinnosti abstrahujeme. V praxi bychom ale materiál znali a komunikací s dodavatelem materiálu ověřili jeho dostupnost i cenové relace. V praxi se také při kooperacích někdy stává, že některé údaje jsou pro nás nedostupné a tak i tehdy jsme zbaveni nutnosti té části práce, která zatajované infomace zpracovává. Místo toho si vyžádáme výsledky (toho, co tedy sami nepočítáme) od zadavatele.

1 Vždy je teoretický návrh řezných podmínek jen výchozí. Skutečné řezné podmínky se od výchozích mohou lišit v závislosti na tuhosti konkrétního upnutí na stroji a na mnoha dalších okolnostech, které lze dopředu těžko předvídat.

8

Volba tvaru a rozměrů polotovaru se často provádí před samotným návrhem technologie jako samostatný krok. Je ale potřeba si uvědomit, že pro různé varianty technologie se může lišit i vhodný polotovar a to nejen s ohledem na objem produkce ale i na samotné zvolené technologie a strategie. V našem případě například můžeme mít polotovar přírubové části s osovou dírou nebo bez ní. Také můžeme uvažovat, zda všechny plochy vyrábět až po svaření a nebo zda některé vyrobit ještě před svařením alespoň nahrubo. O velikosti přídavků také rozhoduje použitá technologie vyroby polotovaru. Proto je někdy vhodnější volbu polotovaru zahrnout do všeobecného návrhu technologie.

Rozměry polotovaru by v semestrální práci měly být zdůvodněny na základě jednoho z možných způsobů výpočtů a eventuelně argumentačně podepřena případná volba rozměrů jiných.

Největší vnější průměr trubkové části je ø123,5 mm a nejmenší vnitřní průměr je ø90 H11. V katalogu firmy Ferona a.s. je trubka bezešvá hladká kruhová rozměr 127×28. Protože neznáme přesnou normu materiálu, budeme věnovat pozornost pouze rozměrům a budeme předpokládat, že dodavatelská firma případně zhotoví trubky i pro dodatečně specifikovaný materiál, když zvolený rozměr umí vyrobit z materiálu jiného. Materiálu o rozměrech 127×28 odpovídá vnitřní průměr ø71 mm. Vnější přídavek je tedy 1,75 mm na plochu a vnitřní 9,5 mm na plochu. Další rozměr je v katalogu 133×25. Tomu odpovídá díra ø83 mm. V tomto případě je vnější přídavek 4,75 mm a vnitřní 3,5 mm. Ještě další rozměr v katalogu je 127×20. Tomu odpovídá vnitřní průměr ø87 mm. Vnější přídavek je tedy 1,75 mm na plochu a vnitřní 1,5 mm na plochu. Zhruba by velikost průměrového přídavku měla být 5% rozměru a 2mm navíc. V našem případě 123,5⋅0,05 / 2 + 1 = 4,0875 (Přídavek na plochu je polovina přídavku na rozměr). Přesná velikost přídavku je ovšem dána přesností a drsností polotovaru (před každým obráběním) a zohledněním minimální tloušťky třísky. Trubka se může na metru podle dodavatele odchýlit od jmenovitého tvaru až o tři milimetry, ale kritický přídavek je u vnějšího průměru jen do délky 70 mm a u díry jen v osazení pro slícování obou polotovarů před svařováním v délce menší než 20 mm. V takových vzdálenostech se nerovnost neprojeví v podstatné míře a přídavky 1,75 mm a 1,5 mm postačují. První upnutí však musí být v místech poblíže míst s kritickým přídavkem. V ostatních místech je přídavek větší než 3 mm. Na čele postačí přídavky po 4 mm, pokud můžeme spoléhat na to, že pila, která materiál dělí příliš nepodřezává. K tomu připočtěme vzorek pro materiálové zkoušky 12 mm (i s úpichem). Takže polotovar pro trubkovou část bude TR KR 127×20-2420.

Přírubová část bude vyrobena z tyče, k čemuž jsme dospěli v rozboru technologičnosti z hlediska polotovaru. Přídavky musejí zohledňovat i skutečnost, že po svaření může dojít v místě příruby k vychýlení až o 1,5 mm. Průměr polotovaru tedy nemůže být ø230 mm. V katalogu firmy Ferona je nejbližší vyšší ø240 mm, což je již dostatečné. Svar je v délce 2400 mm od konce trubkové části. Čistá délka přírubové části je tedy 384 mm. Po svaření má na straně ústí za přírubou být přídavek 6 mm. Pokud bychom mohli spoléhat na přesnost pily, mohli bychom vystačit s celkovým přídavkem 16 mm a délkou polotovaru 400 mm.

4.2 Rámcový návrh technologického postupu

Některé obrobky mohou být tak náročné, že i pro zkušenějšího technologa může být problém vytvořit technologický postup a nepřehlédnout přitom, například, že obrábí upnutou plochu, že zapomněl některou plochu obrobit a operace na sebe nemohou ve skutečnosti navazovat, jak předepsal a podobně. Pro takové případy je dobré stanovit si nějakou metodiku, která pomůže se v úkolu zorientovat a která zárověň bude zabraňovat možným výše zmíněným chybám. Pokud se do takové situace student dostane při zpracování své semestrální práce, může zkusit využít následující metodiku, která by měla být nápomocná pro zvládání takových složitějších postupů. (Pokud někdo v této metodice nalezne nějaký nedostatek nebo možnost zlepšení, autor bude vděčný za případné upozornění či návrh.)

9

1. Vytisknete si výkres na papír (možná budete pořebovat více výtisků – pro každou variantu jeden) a připravte si pomocný (může být linkovaný) papír se svislou čárou uprostřed jako na slovíčka.

2. Vezmete červenou pastelku a nakreslíte polotovar, aby co nejvíce odpovídal skutečnosti. Některé plochy výrobku mohou být vyrobeny rovnou na polotovaru a červená čára pak povede po dané kontuře.

3. Světle žlutou si obtáhnete každou plochu a zaznamenáte na pomocný papír, s jakou přesností a s jakou drsností má být vyrobena. Pokud je nějaká plocha červená (je to plocha polotovaru), znamená to, že ji nebudeme obrábět a tak ji neřešíte ani nežlutíte. Na pomocném papíře pište zatím jen do levé části a mezi jednotlivými plochami si nechávejte dost místa (tři řádky) na další vpisování. Plochu na pomocném papíře je třeba seznačit s plochou na výkrese, aby se to nepletlo. Pravá strana bude mít potom záznamy o technologii. Práci se žlutou stačí provést na jediném výkresu v případě více variant.

4. Zkontrolujete si, že Vám nezbývá žádná neožlucená kontura.

5. Pak si k příslušné ploše na pomocném papíře zaznamenáte případné další požadavky uvedené na výkrese a můžete je zase žlutit. Je možné, že konstrukrér chce provádět nějaké tepelné zpracování (například cementovat a kalit, zušlechtovat, žíhat apod.)

6. Pak si na výkrese projdete a zažlutíte všechny kóty, údaje o toleranci a drsnosti a zkontrolujete si, zda je máte náležitě uvedeny na pomocném papíře.

7. Potom si zkontrolujete výkres, jestli na něm nezbylo nezažluceno něco, so se zažlutit mělo a pokud ano, napravíte to a zaneste tu informaci do pomocného papíru k všem příslušným plochám.

8. Nyní si na pomocném papíře u každé plochy zaznamenejte technologie, které povedou ke splnění vlevo uvedených požadavků. Pište je v pořadí od dokončovací po první, a pokud na určité úrovni připadají v úvahu dvě nebo tři technologie, uveďte si je všechny. Takže si nějak budete muset oddělovat technologie na stejné úrovni a o něco výrazněji oddělovat různé úrovně. Například je možno technologie na stejné úrovni oddělovat čárkou, úrovně mezi sebou oddělovat pomlčkou. Pomlčka má na obou stranách mezeru, ale čárka má mezeru jen za sebou a těsně se přimyká k předchozímu slovu. Samozřejmě můžete vymyslet i jinou konvenci – hlavně, aby se Vám v tom dobře orientovalo. Nezapomeňte na tepelné zpracování.

9. Podle počtu operací si ke každé ploše stanovte počet a velikost jednotlivých mezioperačních přídavků.

10. Světle modrou si okolo každé plochy na výkrese naznačíte příslušný počet přídavků – rovnoběžek s hotovou plochou. (Nemusejí být úplně od kraje ke kraji.) Tepelné zpracování může být vhodné vyznačit také například vlnovkou nebo přerušovanou časou a sice v pořadí, jaké mu mezi přídavky náleží.

11. Vyberete si první plochu, kterou budete chtít vyrobit tak, aby se dala vyrobit při spolehlivém upnutí a tak, aby ona sama se mohla stát spolehlivou upínací plochou. To druhé je důležitější než to první, protože je možné, že za tuto plochu budete upínat vícekráte a je téměř jisté, že plochu za kterou budete polotovar upínat před prvním obráběním již podruhé k upnutí neužijete, pokud náhodou to není plocha na polotovaru, která by byla v tak dobré toleranci, že by vyhovovala pro další obrábění z hlediska přesnosti upnutí. Kdyby to náhodou byla taková dobrá plocha, pak ji nebudete upínat do tvrdých ale do měkkých čelistí.

12. Upnutí, které je zváženo v předchozím kroce se na výkrese vyznačí zelenou pastelkou. Pokud se upíná za plochu s kvalitním povrchem a s kvalitní tolerancí tvaru a rozměru, bude se upínat do měkkých čelistí. Za plochu s nekvalitním povrchem a tolerancí lze upínat jen jedinkrát a to tvrdými čelistmi. Případné další upnutí za nekvalitní plochu povede ke značným odchylkám polohy jednotlivých ploch (například souososti a podobně). Teoreticky může nastat situace, kdy to nevadí, ale ve zvláštním výjimečném případě. V blízkosti čelistí napíšete zelenou číslici, která odpovídá pořadí. V tomto pořadí se střídají jednotlivé druhy obrábění spolu s příslušnými způsoby upnutí. Takže u tvrdých čelistí bude nejspíše číslo 1 a u následující pravděpodobně hrubovací dráhy číslo 2 a tak dále. Tato čísla tedy vyznačují časovou posloupnost.

13. Tmavě modrou pastelkou obtáhnete a očíslujete postupně všechny kontury přídavků a případně i hotových ploch, které při tomto upnutí vyrobíte. Dvě kontury, mezi kterými leží vlnovka tepelného zpracování, nelze obrábět na jedno upnutí, ale mezi nimi musí být provedeno tepelné zpracování. Takže ta spodní kontura nakonec musí mít vyšší číslo než jí příslušné čelisti či upínače a ty musejí mít vyšší číslo než je číslo u tepelného zpracování.

14. Z ploch které jsou nyní k dispozici se vybere ta, za kterou bude možno obrobek upínat pro další obráběcí operaci.

10

15. kroky 12, 13 a 14 opakovat, Dokud celý obrys obrobku není obarven buď červeně (je vyroben již na polotovaru) nebo tmavě modře. Žlutá pastelka z kroku tři nám modrou na kontuře vlastně lehce zabarví dozelena. Takže všechny čáry obrysu potom budou buď černené a nebo zelené.

16. Podle čísel upnutí a drah a podle příslušného popisu na pomocném papíře se zapíše postup, ve kterém se očíslované popíše. Každou plochu je třeba identifikovat tak, aby si ji dělník nemohl splést s jinou plochou. Na pomocném papíře si přitom můžeme škrtat užité technologie. Nad neškrtnutými technologiemi, se můžeme zamyslet a pokud se nám nejeví nevhodné, můžeme se pokusit je realizovat variantním postupem.

17. V případě nouze lze místo od prvního upnutí a první dráhy postupovat od posledních a vymyslet číslování jinak. Kombinace obou směrů je ještě náročnější na číslování a na to vyznat se v celkovém konečném pořadí. Může to ale přispět k předběžnému vyřešení toho, co je zřejmé a skutečný problém nechat na konec, kdy ostatní věci jsou již vyjasněné.

Polotovar je na počátku dvoudílný. Tato skutečnost nám dává možnost alespoň některé práce provést ještě před svařením. Je ovšem nutno počítat se skutečností, že po svaření dojde k deformaci celkového tvaru. Na výkrese je specifikován požadavek, aby po provedení svau nebyl odklon osy příruby vůči ose trubky větší než 1,5 mm. S touto skutečností tedy můžeme počítat. V přírubě jsou zahloubení ze strany, která po svaření bude nedostupná. Nabízí se nyní možnost je vyrobit před svařením. Polohová tolerance je ale menší než povolená úchylka osy po svaření. A proto je nelze před svařením vyrobit načisto. Ale snad by bylo možno je alespoň vyhrubovat s přídavkem odpovídajícím povolené toleranci úchylky osy po svaření. V tom případě by však při soustružení kuželu nahrubo i načisto byl přerušovaný řez a tato operace by měla zvýšené náklady, takže celkově by tato varianta byla neekonomická a zvláště, když musíme započítat manipulační náklady navíc, kdyby se součást měla upínat na vyvrtávačku dvakrát. Ačkoliv je obtížný přístup k zahloubením, bude je nakonec přeci výhodnější vyrobit až po svaření v rámci jedné operace. Kdyby však nevadila 0,75 až 1 mm velká úchylka souososti finálního tvaru kuželu a osy pouzdra – či obvodové házení kužele, pak by ještě před svařením mohl být vyroben kužel na čisto i zahloubení nahrubo. Na výkrese takový požadavek není formulován a z hlediska funkce patrně nemá příliš velký význam. Můžeme tedy tento postup vyzkoušet jako variantu a posoudit, zda a případně jakou úsporu by jeho eventuelní realizace přinesla. Jednalo by se tedy o výrobu kuželu načisto a o výrobu 9 zahloubení ø50mm nahrubo, protože tolerance souososti jejich roztečné kružnice s osou součásti je 0,5mm.

Před svařením je třeba obrobit plochy pro slícování obou dílů a vytvořit na nich tak jakýsi zámek. Svar (ale nejen ten) vyžaduje zkoušky v průběhu celé technologie. Jsou to zkoušky KPM, MKK, RTG i zkouška těsnosti. Pro zkoušku KPM je potřeba drsnost povrchu oblasti svaru Ra 3,2.

Protože průvodka vždy musí mezi pracovišti postupovat společně s materiálem, může být výhodné, aby operace před svařením byly pro trubku i pro přírubu na samostatných průvodkách. Tak je možná nezávislá a případně i paralelní výroba obou dílů. Obdobně je možno vytvořit průvodku i pro destičky. V této práci je ale budeme považovat za nakoupený materiál a jejich výrobou se nebudeme zabývat.

Z rozboru technologičnosti vyplývá, že nejvhodnější je vyrobit základní tvar na soustruhu. Dále z rozporu technologičnosti z hlediska rozměrů plyne, že velikost soustruhu musí být větší než tři metry o velikost koníku. Více než šestimetrový soustruh navíc může přinést další výhodu pro výrobu podélné díry. Základní rotační tvar tedy po svaření lze obrábět na soustruhu za použití podepření lunetou. Tu je možno umístit přibližně v polovině délky výkovku (poz. č. 1). Tím se odchylka přímosti rozdělí přibližně na poloviny kolem osy, která bude dána upnutím na straně vřetene a podepřením lunetou. Pásek pro lunetu je však potřeba mít připraven ještě před svařením. V případě, že polotovrem bude tyč o průměru ø240mm, ještě před svařením se z ní vyrobí hrubý tvar s přídavkem zohledňujícím úchylku po svaření. Po odebrání vrchních vrstev materálu se obrobek může ještě poněkud zkřivit vlivem vnitřního napětí. Proto je vhodné ponechat větší přídavek pro soustužení načisto (asi 2 mm) a nebo dokonce vrstvy odebírat postupně v celé délce průběžně na všech plochách. Polotovar nese značení, které je nutno zachovat a proto se musí

11

v každé operaci, která má odebrat vrstvu se značením toto značení přenést na nový povrch za přítomnosti TK a AO.

Konkrétní postup se může několikrát změnit, než nabude finální podoby podle toho, jak se vyvíjí názor na vhodnou technologii. Vývoj názoru je pak dobré do semestrální práce zaznamenat tak, aby zároveň sloužil jako argumentace pro finální verzi nebo finální verze několika variant a pro zavržení možností jiných. Tento záznam argumentů také pomáhá technologovi, aby se již nevracel k jednou zavržené verzi a nebo naopak, aby se k ní případně vrátil, pokud se změnily okolnosti proti těm, za kterých byla zavržena. Při tvorbě zde uvedených výrobních postupů byl právě tento způsob využíván, takže výrobní postup se několikrát přepracovával a v textu kapitoly je uváděn sled úvah.

Při popisu technologie je nutno uvádět, za co a jak se bude upínat a to nejen ve vlastním textu práce ale také v přiložených průvodkách.

4.3 Návrh první variantyPolotovar přírubové části ø240 mm délky 400 mm se upne na soustruh letmo do tvrdých čelistí v

délce 100 mm. Vyvrtá se průchozí díra ø70 mm. Zarovná se čelo. Osoustruží se vnější ø146 mm až ke kuželu – tedy do vzdálenosti 192 mm od zámku. Od této míry se provede kužel až po povrch polotovaru. Vznikne tak na něm přídavek 6 mm kolmo na povrch. Na konci vzniklé trubky se vyrobí zámek podle detailu B. Polotovar se přepne za ø146 mm do měkkých čelistí až ke kuželu. Ø240 mm zůstane nedotčen s výjimkou oblasti ústí, která se obrobí s přídavkem 6 mm podle vyznačení čarou s dvojitým čerchováním.

Polotovar trubkové části se upne na straně vřetene opartně, aby se příliš nezdeformoval do sklíčidla s možným použitím měkkých čelistí. Na druhém konci se podepře přes středicí kužel hrotem. Ve vzdálenosti 50 až 100 mm od kraje se osoustruží pásek pro lunetu. Pak se konec podepře lunetou a vyrobí se zámek podle detailu B. Oba díly se sesadí a svaří. Pak se provedou předepsané kontroly svaru. Pro kontroly prozařováním je potřeba vyrazit značku začátku a směru prohlídky. Tuto značku je potřeba při odobrobení plochy přenášet se zachováním její polohy a orientace.

Svařenec se upne za díru na konci trubky a podepře u přechodového kuželu lunetou. Přibližně ve vzdálenosti 1400 mm od levého konce se osoustruží pásek pro lunetu ø123 mm. Poté se v tomto místě obrobek podepře lunetou. Je tedy zapotřebí dvou lunet. Svařenec by sice bylo možno podepřít pro výrobu pásku koníkem přes kužel, ale úchylka v házení by se tak nerozdělila a kužel by nám pak mohl házet až 1,5 mm. V tomto upnutí se osoustruží čelo s přídavkem2 2 mm a vnitřím nožem se obrobí díra ø82 H11 na ø76 mm. Do díry se pak vloží středicí kužel a podepře koníkem. Lunetu u přechodového kuželu je nyní možno uvolnit. V tomto upnutí se osoustruží ø107 e8 na ø113 mm a přilehlé čelo s přídavkem 2 mm, ø228 (+0,1 -0,3) se obrobí na ø235 mm a nakonec přibližně ve vzdálenosti 200 mm od levého konce se obrobí pásek pro lunetu ø123 mm. Na čelech zůstaly přídavky 2 mm, které jsou pro dokončování příliš velké. Před dokončením bude potřeba je napřed zmenšit na 0,2 mm. Velký přídavek je i přesto vhodnější. Obrobek se totiž může během odebírání vrstev při obrábění a případně také při manipulacích až do druhé soustružnické operace deformovat a proto je vhodnější po prvním upnutí ponechat větší přídavky. Následně se obrobek otočí, upne za ø235 mm (do měkých čelistí) a podepře lunetami (ve vzdálenosti 200 a 1400 od čela). V tomto upnutí se obrobí čelo s přídavkem 2 mm a díry ø97H9 a ø97 (+0,1 -0,3) se obrobí na ø94 mm až do hloubky 2615 mm. Z vnější strany se trubková část obrobí na ø124 mm do vzdálenosti 20 mm před svarem. Svar se přerovná s povrchem okolí do vzdálenosti 20 mm okolo svaru. Za svarem se obrobí

2 Přídavek 2 mm na čele nelze odebrat finálním soustružením pomocí kopírovacího nože. Je nutno jej napřed zmenšit asi na 0,2 mm a poté teprve lze použít kopírovací nůž, Který bývá výhodným při práci na stroji s NC řízením. Jinak je ovšem možno případně odebrat i dvoumilimetrový přídavek čelním nožem a to rovnou načisto. Při tomto způsobu obrábění ale vznikají velké síly ve směru kolmém na osu obrobku a proto lze tento způsob použít jen při spolehlivě tuhém upnutí.

12

ø140 mm až 148 mm od čela příruby (včetně přídavku 2 mm na čele). Odtud se napojí kužel pod úhlem 30° až po povrch ø235 mm (takto stále zůstává přídavek 3mm).

Po hrubovacím soustružení se provedou předepsané kontroly. Pokud se kdykoli při obrábění (při soustružnických operacích nahrubo i načisto i případně při jiných operacích) má odebrat vrstva se značením, je potřeba značení pečlivě přenést na nové vyrobenou plochu do odpovídajícího místa. Mimo kontrol předepsaných na výkrese existuje množství kontrol specifikovaných ve zvláštním dokumentu PKZ3 a kontroly se pro každý kus protokolují. PKZ stanoví, v jaké fázi výroby se mají provést jaké kontroly. Každý kus má jedinečné označení, ke kterému se pak všechny protkoly vztahují. Výrobci zařízení pro jadernou energetiku totiž podléhají Státnímu úřadu pro jadernou bezpečnost, který stanoví podmínky pro výrobu a další nakládání s výrobky a který také výrobu dozoruje. To sice výrobu poněkud prodražuje, ale zajištění bezpečnosti za takové prodražení stojí.

Obrobek se po kontrolách přesune opět na soustruh pro obrábění načisto. Takto se dokončí rotační tvar podle výkresu. Upne se za ø235 (do měkkých čelistí) a lehce podepře koníkem přes středicí kužel. Nesmí se příliš tlačit, aby se obrobek neprohýbal při namání na vzpěr. V tomto upnutí se malými přísuvy (ap) přesoustruží a vystředí pásky pro lunety na ø120,5 mm a obrobek se podepře oběma lunetami. Kdyby byl ovšem stroj vybaven lunetou, která se pohybuje souběžně s nožem, bylo by výhodnější toho využít. Pak by tedy nebylo potřeba soustružit oba pásky pro lunety, ale postačí přerovnat pásek 200 mm od kraje. Tam je nutno podepřít lunetu při obrábění čela a díry. V tomto upnutí se nejprve obrobí čelo načisto. Vyvrtávací tyčí se dokončí díra ø97+0,1

−0,3 do hloubky 2600 mm. Je třeba si nyní uvědomit, že obrábění díry dlouhým nástrojem vyžaduje také odpovídající točnou Délku stroje. Díru můžeme vyrobit buď na soustruhu, ale může se také vyrobit na horizontální vyvrtávačce nebo pomocí speciálního stroje pro vrtání dlouhých děr, jaké vyrábí třeba portugalská firma HETO. Pro naše potřeby a s přihlédnutím k sériovosti tento speciál můžeme rovnou zavrhnout. Otázkou je zda bude výhodnější použít soustruh s točnou délkou pouze kolem tří metrů a díru obrábět na horizontce s téměř třímetrovým rozjezdem stolu ve směru osy vřetena (Z) a nebo použít soustruh s točnou délkou kolem šesti metrů. Tato varianta je patrně poněkud náročnější na strojové vybavení. Ne však příliš, protože horizontka s menším rozjezdem přeci jen také bude o něco levnější. Varianta vrtání díry na soustruhu ale bude přesnější a manipulačně snazší. Na výkrese je požadavek na souosost této díry s dírou ø82H11. Za předpokladu dalších zakázek (což ovšem závisí na mnoha faktorech globálně-ekologicko--společenského původu) byla by patrně tato varianta i ekonomicky výhodnější. Volba stroje a tudíž i technologické varianty ale také závisí na celkovém výrobním programu a dalších možnostech jeho využití. Tato práce však musí tyto aspekty abstrahovat. Můžeme ale předpokládat, že při jaderném výrobním programu by se práce pro šestimetrový soustruh asi bez problémů našla. Vnitřím nožem se vyrobí načisto kužel 30°, díra 103H8 s drsností Ra1,6 a díra 97H9 s drsností Ra 3,2 (do hloubky 70 mm od čela). Vnějším stranovým nožem a nožem na dokočení se potom na čisto vyrobí ø123,5e8 načisto v délce 70 mm, kužel 15° a ø120h12. Tento průměr se buď vyrobí v celé délce 2430 mm od čela pokud není pohyblivá luneta a nebo jen k lunetě umístěné 200 mm od konce, pokud je k dispozici pohyblivá luneta. S tou by se pak dokončil ø120h12 v délce 2430. Na ø123,5e8 se pak vyrobí zápich R4,5 a hrana 1x45° také načisto. Obrobek se podepře lunetou v blízkosti svaru. Je případně také možno jej podepřít koníkem. V tomto podepření se na přírubové části vyrobí načisto (malý) přechodový kužel 60°, ø124−0,2

−0,4, ø134h12, a kužel vyztužující přírubu až k povrchu.Obrobek se otočí a upne. Nejlépe by bylo jej upnout za ø134 0

−1. To by ale vyžadovalo soustruh s průchozím vřetenem s dírou pro průměr nějméně 125 mm. Nevýhodou by pak byla vyčnívající část obrobku vřeteníkem ven ze stroje. Při upnutí za konec trubkové části by ale bylo velké nebezpečí torzního chvění. V praxi je tedy nutno vyzkoušet, které upnutí bude více vyhovovat. Je možné, že podpory lunetami budou torzní chvění tlumit. V obou případech se použijí měkké čelisti. Při upnutí za konec trubkové části se upraví čelisti tak (vytvoří se širší), aby téměř obepínaly celý průměr a obrobek se tak nebude deformovat. V tomto upnutí se načisto obrobí čelo, ø101d11, ø116+0,1

+0,3, čelo a obvod příruby. (Popis obrábění čela načisto při přídavku 2 mm viz výše.) Načisto se

3 Tato informace nevyplývá z výkresu. Bylo jí dosaženo konzultací ve Škoda JS.

13

také vytvoří sražení 30°, zápich 1,2 dle detailu D, čelní zápich R2,25 a k zápichu přilehlá hrana 1x45°. Vnitřním stranovým nožem se vyrobí náběhový kužel 20° a ø82H11. Vnitřním levým stranovým nožem a vnitřím tvarovým nožem se vyrobí ø79−0,3

+0,2, rádius R3, přilehlé čelo, rádius R2 a 10 mm dlouhé osazení ø84H11 i s výběhem v úhlu 45°. Dokončovacím nástrojům v průběhu celé této operace pochopitelně předcházejí nástroje hrubovací, protože přídavky jsou stále dosti velké.

Po dokončení soustružnických operací opět proběhne sada předepsaných kontrol a zaproto-kolování jejich výsledků. Vedle materiálových kontrol, které jsou vzhledem k účelu a bezpečnosti naprosto zásadní se ovšem provádí pochopitelně i kontroly rozměrů.

Na součásti zbývá vyrobit devět specifických otvorů v přírubě i se zpětným zahloubením. Toho lze nejlépe dosáhnout pomocí horizontky vybavené potřebným nářadím. V našem případě zpětným záhlubníkem. Díry jsou dvou typů. Trojice děr má závit M27 se stoupáním 3 mm. Průměr doporučeného vrtáku je tedy ø24 mm. Od hloubky 35 mm je ale tento závit odlehčen na ø280

+0,5 mm až k zahloubení. Každá z těchto děr se závitem je obklopena dvěma dírami ø290

+0,5 mm. Pro nás je zde důležité, že průměr stopky zpětného záhlubníku může být nejvýše ø24 mm lícovaný spíše na vůli – tedy směrem dolů. Při cenách speciálních nástrojů takového tvaru a charakteru kolem deseti až dvaceti tisíc korun je patrně rozumné si při případném nedostatku odpovídajícího konfekčního nástroje nechat vyrobit nástroj speciální, aby jeho stopka měla co největší průměr a tuhost a aby byl nástroj v díře veden. Firma Fanyco dodává zpětné záhlubníky ale také zpětné frézy se třemi vyměnitelnými břitovými destičkami. Takový nástroj je značně produktivní a zdá se, že s takovým nástrojem se tato varianta nakonec ukáže jako progresivnější. Nejprve se tedy ve všech devíti bodech na roztečné kružnoci navrtá díradůlek pro zavedení vrtáku ø24 mm. Úhel důlku bude 120° (podle výkresu – technologicky by ale bylo pro závitník výhodnější sražení 45°) a průměr na čele ø28, aby se později dobře zaváděl závitník. Pak se vyvrtají otvory ø24 mm skrz. Potom se s pomocí zpětné zahlubovací frézy vyrobí všechna osazení. Pak se zpětným nožem vyrobí odlehčení ø280

+0,5 mm a zpětným záhlubníkem sražení 2 x 45°. Šest děr obklopujících závity se rozšíří na ø290

+0,5 mm a kuželovým záhlubníkem nebo úhlovou frézou ve vyrobí kuželová zahloubení 15°. Kdyby sroj byl vybaven NC řízením, bylo by bezpečnější použít frézu, protože poměrně dlouhý kužel malého úhlu by se v těžko obrobitelném materiálu mohl svírat a hrozilo by nebezpečí zničení nástroje nebo poškození povrchu obráběné plochy.

Po operaci na vyvrtávačce a předepsaných kontrolách se na povrch trubkové části navaří vodicí plošky. Potom se dokončí série předepsaných zkoušek a kontrol, výrobek se očistí, odmastí, zabalí do polyetylénového obalu a uloží (také pod kontrolou) do palety.

4.4 Návrh druhé variantyDruhá varianta se od první liší pouze způsobem výroby přechodového kuželu a zahloubení. Ty se

zde vyrobí ještě před svařením obou dílů. Kužel hotově a zahloubení s přídavkem 2 mm na plochu. Všechny ostatní práce se provedou stejně jako v první variantě.

Na soustruhu se polotovar přírubové části obrobí z první strany stejně jako v první variantě až po zarovnání čela. Kužel se vyrobí načisto, také na ø146 mm se ale napojuje ve vzdálenosti 204 mm od zámku. Při druhém upnutí se vyrobí osazení jako u první varianty a navíc se přerovná ø240 mm. Potom se polotovar upne za ø240 mm na frézku tak, aby užší konec směřoval k vřeteni. Drážkovací frézou ø45 mm se vyrobí zahloubení a ta se rozšíří na vybrání podle řezu A-A. Toto rozšíření v první variantě není vůbec možné. (Bylo by možné neúměrně náročným frézováním válcovou frézou.) Je však pravdou, že také nemá žádnou funkčnost. Výroba zámku trubkové části a svaření obou dílů jsou stejné jako v první variantě.

Hrubovací soustružení se provede jako v první variantě, jen hrubování přechodového kužele na závěr operace se vypustí.

Všechny kontroly, navaření destiček (ovšem po všech obráběcích operacích), čištění a balení se provedou stejně jako u první operace.

14

Operace sousrtružení načisto se opět provede stejně jako u první varianty jen se zase vypustí soustružení přechodového kužele.

Na vyvrtávačce se vyvrtají díry ø24 mm i s navrtáním jako u první varianty. Potom se zpětným nožem vyrobí zahloubení načisto. Všechny ostatní plochy se vyrobí stejně jako u první varianty.

5 Specifikace strojů a použitého nářadí, stanovení technologických podmínek

5.1 SoustruhPro soustružení je potřeba soustruh s větší délkou mezi hroty, než 5500 mm. Je také potřeba, aby

stroj byl vybaven nejméně jednou lunetou. Lepší by však bylo, kdyby byl vybaven lunetami dvěma.

Kdyby měl stroj délku alespoň šest metrů, bylo by na něm možno i vyvrtat a vystružit díru ø97−0,3+0,1

15

Obr. 1: SUA 125P/8

Obr. 2: Heyligenstaedt 1600-4A/10-8000 CNC

Obr. 5: SUA 63 Numeric

Obr. 4: AMUTIO CAZENEUVE HB810

Obr. 3: Škoda SIU 126

a ø97 H9. V opačném případě ji bude nutno vyrobit na vodorovné vyvrtávačce. Pro konkrétní výběr stroje je ale potřeba uvážit i charakter ostatního sortimentu výrobků a jejich objem výroby. To může v důsledku vést třeba i k možnosti, že by se součást vyráběla například na desetimetrovém soustruhu nebo i větším. Pro některé úseky operace může být výhodou průchozí průměr díry vřetene ø124 mm. Nutným požadavkům by vyhovovalo několik strojů, které by bylo možno dokonce pořídit jako použité za nižší cenu. Jsou to stroje SUA 125P/8, Heyligenstaedt 1600-4A/10-8000 CNC (Siemens, 120 kW, 710 ot.), Škoda SIU 126, AMUTIO CAZENEUVE HB810 de 6000 CNC (Heidenhain, 64000€). Vedle toho je možno také koupit nový SUA 63 Numeric (Fagor/Heidenhain/Siemens, 30 kW, 1400 ot., 6300 Nm) od firmy TOS, a.s.

Je třeba si uvědomit, že rozhodující slovo má majitel nebo ředitel podniku. Pokud je na technologa nedelegoval (což se prakticky nestává) vybírá stroj právě on (ředitel). Technolog mu pouze vytipuje možné typy a sdělí jejich přednosti a nedostatky. Je povolaným odborníkem, kterému přísluší radit a činit návrhy, ale nepřísluší mu brát na sebe rozhodovací autoritu. Z toho důvodu je velmi nevhodné vybrat u tak velké investice jako je obrávěcí stroj, pouze jednu možnost. Tak by defakto vnucoval řediteli, co má udělat.

5.2 Vodorovná vyvrtávačkaPro výrobu děr a osazení bude vhodné použít horizontální vyvrtávačku, jak je uvedeno již

v kapitole Posouzení technologičnosti. Pro přesné a přitom snadné najetí souřadnic obráběných děr by bylo vhodné použít stroj s CNC řízením. Rozhdnutí se pro tuto volbu ale opět závisí na mnoha faktorech. Stůl stroje by měl být tak velký, aby při upínání a odepínání obrobek nepřepadával a také aby byly slněny bezpečnostní požadavky. Ty lze ovšem případně naplnit i úpravami pracoviště.

Pokud by pracoviště bylo omezeno, aby pohybující se obrobek neohrožoval bezpečnost a pokud by byl použit vhodný přípravek, pak by mohl vyhovovat například stroj WHN 9A s nosností stolu 3000kg a poněkud starším řídicím systémem NS361 a nebo poněkud modernější stroj WH 10 CNC s nosností stolu 2500kg a výkonem na vřeteni 5kW. Tyto a podobné stroje by bylo možno koupit i za nižší cenu jako repasované.

Provoz pro výrobu zařízení pro jadernou energetiku ale bude schopen využít i velké horizontky, kde pracovní plocha je zabudovaná do podlahy. V takovém případě je možno volit osvědčené stroje Škoda W200 a další řady nebo například pěknou vyvrtávačku W 160 GNR.

16

Obr. 1: WH 10 CNC Obr. 3: W 160 GNRObr. 2: WHN 9A

5.3 Použité nástrojeSoustružnické nože není nutno specifikovat. Nože dodávané jako základní vybavení stroje by

měly být dostatečně vhodné pro obrábění. Myslí se ovšem nástroje s vyměnitelnými břitovými destičkami. Je však potřeba mít na paměti, že výměnné břitové destičky musí být typu „M“ pro houžebnaté vysokolegované oceli.

Zvláštní pozornost je třeba věnovat nástrojům pro vyvrtávání díry ø97 a nástroji pro zpětné zahloubení. Je možno použít třeba dělový vrtáknapříklad od firmy Grumant a zpětnou zahlubovací frézu od firmy Fanyco. Oba nástroje jsou vybaveny výměnnými břitovými (a opěrnými v případě dělového vrtáku) destičkami ze slinutého karbidu. Pro vrtání děr a výrobu závitů je dnes dostatek dostupného výkonného nářadí a není nutno je zvláště specifikovat. Výroba závitu by patrně byla vhodnější záviotovací fézou s ohledem na vysokou houževnatost materiálu a z toho plynoucího rizika zalomení závitníku. Použití závitovací frézy ovšem předpokládá stroj s NC řízením. Tomu však vyhovují všechny navržené stroje. Výchozí technologické podmínky můžeme volit předběžně vc = 100 m/min,

6 Stanovení velikosti výrobní dávky a celkové pracnosti výroby

Pro stanovení velikosti dávky a pracnosti je zapotřebí spočítat strojní časy. Výpočet je možno provádět různými metodami. Základní a nejpřesnější metoda počítá poměr mezi dráhou nástroje a jeho rychlostí. Vedle toho mohou být další metody. Jedna vychází z úběru objemu při hrubování a z tvorby plochy při obrábění načisto. Tyto metody poněkud abstrahují od skutečnosti, že hloubka řezu nemusí být konstantní a jsou spíše přibližné. Pro rychlé stanovení předpokládaných nákladů v praxi ale bývají velmi vhodné a koneckonců korespondují s metodami založenými na práci s normativy a nebo s výpočty s podporou software, který bývá zaintegrován do podnikových informačních sítí. Tato metoda je použita i zde mimo jiné i proto, aby poskytla ukázku možného odlišného způsobu vedle způsobů představených na přednáškách.

6.1 SoustruhDestičky typu M pro vnější i vnitřní soustružení:vc = 100m/minfh = 0,25 (hrubování)

17

fd = 0,1 (dokončování)ap = 3 (jen při dostatečné tuhosti)

6.1.1 Úběr při hrubováníUh = 1000 x vc x fh x ap

Uh = 1000 x 100 x 0,25 x 3 = 75 000 [mm3/min] = 75 [cm3/min]Při odebíraném objemu cca 16 500 mm3 je čas obrábění 220 min

6.1.2 Úběr při dokončováníUd = 1000 x vc x fd

Ud = 1000 x 100 x 0,1 = 10 000 [mm2/min] = 100 [cm2/min]Při obráběnémn povrchu cca 25 000 mm2 je čas obrábění 250 min(V hodnotě povrchu je zohledněna díra a několikeré soustružení pásků prolunety)

6.1.3 Celá operacetAS = 250' + 220' = 470'tAC = 578,01 (viz. příloha normy času)tBC = 71,04 (viz. příloha normy času)

6.2 Vodorovná vyvrtávačka

6.2.1 Vrtání a zahlubováníSK podobný minutový posuv (zpětná zahlubovací fréza se 3 zuby)vf = 100 mm/min 9 děr v délce 180mmtAS.1 = 9 x 180 / 100 = 16,2 min 9 zahloubení v délce 70mmtAS.2 = 9 x 70 / 20 = 6,3 min

6.2.2 ZávitZávitová fréza – stoupání 3mmvc = 100m/min 3 závity v délce 40mm (ap = 14 – počet přísuvů – 3 – celkem tedy 9 drah) nástroj ø18L = π . d = 27 x π = 84,823tAS.3 = L x π x D x i / (1000 vc f) = 84,823 x π x 18 x (40 + 2) x 9 / (1000 x 100 x 3)

= 6,043 min

6.2.3 Celá operacetAS = 16,2 + 6,3 + 6,043 = 28,543 mintAC = 43tBC = 58

18

6.3 Stanovení velikosti dávkyStanovení velikosti dávky se zde provede metodou Prof. Straky. Hlavní operace jsou soustružení

po svaření a práce na vyvrtávačce. Mají totiž (v souladu s uvedenou metodou) největší dávkový čas mezi peracemi na nstejném stroji. U těchto operací stanovíme technologickou dávku.

Typ výroby nt Vzathy pro stanovení velikosti dávkyminimální kmin optimální kopt maximální kmax

kusová 1 .. 2 nt nt

2 .. 6 2 nt = 6 2 nt = 6malosériová 6 .. 18 4,56 nt 6 nt

středně sériová 18 .. 54 15,26 nt 18 nt

velkosériová 54 .. 162 45,63 nt 54 nt

hromadná 162 ... 136,9 nt 162 nt

nt2

V našem případě kmin = kopt = kmax = 1.

Technologický počet kusů vyšel mimořádně nízký. Zpravidla by měl vyjít větší než 1. U sériové výroby by měl vyjít větší než 5. V případě kusové výroby ale může někdy vyjít i takto překvapivě nízký. Pak může být motivací ke snaze zkrátit jednotkový čas.

7 Zhodnocení technologických variant

Varianty se liší ve způsobu jak a také kdy vyrobit zahloubení v přírubě. Verze, kdy by zahloubení byla vyrobena alespoň nahrubo před svařením a po svaření by se jen dokončila, má jednu podstatnou nevýhodu. Tou je soustružení kužele příruby s přerušovaným řezem (v místech zahloubení), kteréžto zejména při použití křehkých nástrojů ze slinutých karbidů je velmi neproduktivní. Řeznou rychlost je totiž nutno v takovém případě snížit na zlomek původní hodnoty (řádově na desetinu). Potom je výhodnější načisto obrábět rychlořeznou ocelí, která sníženou rychlost také snese a navíc je houževnatější a levnější na pořízení i na provoz. Kdyby ale konstruktér povolil odchylky povrchu kužele a roztečné kružnce děr, pak by se kužel i zahloubení mohly vyrobit načisto ještě před svařením. V takovém případě by se u každého kusu ušetřilo 9 montáží hlavičky zpětné zahlubovací frézy. I tak by ale byl poněkud problém s nástrojem, protože jeho délka by musela být téměř 400mm a jeho průměr je ø50. Při této štíhlosti by navíc nástroj najížděl na šikmou plochu kužele a byl by jí odtlačován. Z těchto důvodu se tedy za všech okolností jeví výroba zahloubení zpětným způsobem jako nejvýhodnější.

19

nt =

∑i = 1

n

(tBC)i

∑i = 1

n

(t AC)i

=71,04 + 58

578,01 + 43=

129,04621,01

= 0,2078

8 ZávěrZde představené technologické postupy zdaleka nejsou jediné možné a nelze ani s konečnou

jistotou říci že ten, který se ukázal jako výhodnější by byl za všech okolností nejlepší. Nové pokroky a objevy v technologii vždy mohou významně ovlivňovat nejen výhodnost ale i samotnou vyrobitelnost součásti. Technologičnost konstrukce je právě proto relativní vzhledem k dosud nalezeným technologickým možnostem. Mimoto se mohou další možnosti postupu významně lišit v závislosti na mnoha okolnostech. Mezi ně může patřit například skutečnost, zda se zavádí výroba takzvaně na „zelené louce“ a nebo naopak v situaci, kdy již stojí konkrétní hala vybavená nějakými konkrétními dosavadními stroji, které by bylo vhodné použít a dotížit. Důvodem pro odlišnosti postupů je také míra všeobecné technologické vyspělosti v dobách, kdy se postupy vytvářejí. Další relevantní příčinou odlišnosti postupů je míra dostupnosti či vůbec existence množství souvisejících informací, které například vznikají působením Státního úřadu pro jadernou bezpečnost. Kromě důvodů objektivních hraje svou úlohu také sbjektivní pohled každého technologa. Mnoho parametrů výroby musí technolog jen předpokládat a odhadovat. Konečné parametry se stanoví až přímo na pracovišti v době, kdy postup je již hotový4. To je dáno tím, že tyto parametry bývají ovlivňovány teoreticky mnohdy těžko postižitelnými příčinami jako například skutečná tuhost upnutí, která se často od předpokládané liší. Na základě zkušeností pak různí technologové mohou jako výhodnější volit pokaždé jinou strategii. Jen v této práci se ukázala řada míst, která by mohla vést k různým variantám. Kdybychom měli všechny tyto volby zohledňovat, dostali bychom v kombinacích desítky odlišných variant, které by se nakonec často lišily třeba jen nepatrnou měrou. Jindy je zase naopak míra výhodnosti natolik rozdílná, že je pak poměrně zřejmé, která varianta při daném stavu technologických možností a objemu výroby bude výhodnější. Tak jsme například jako polotovar nezvolili výkovek pro příliš malý objem výroby.

Jako výhodnější se tedy ukázala varianta první. Dostupnost výkonného nástroje pro zpětné zahlubování značně eliminuje nedostatky jinak dosti pracné výroby zahloubení zpětným zahlubováním.

Tento postup byl posléze porovnán s postupem ze Škoda JS. I u něj jsou zahloubení vyrobena zpětným zahlubováním. Nicméně je tu jisté množství odlišností. Spočívají především v množství a specifikaci kontrol a zkoušek a v odkazování na (pro nás neznámý) dokument PKZ. Díru v trubkové části ve Škoda JS předvrtávají a zdá se tedy, že nevyužívají jako polotovar trubku. Vzpomeňme si, že my jsme pouze předpokládali, že trubku určitého v katalogu deklarovaného rozměru bude dodavatel schopen vyrobit i z námi požadovaného (ne však známého) materiálu. Dlouhé díry se v porovnávaném postupu vyrábějí na vyvrtávačce a nikoli na soustruhu jako v našem případě. Tyto odlišnosti ve strategii výroby spolu s několika dalšími dokumentují výše uvedenou skutečnost, že různí technologové s různou měrou informací a s různými stávajícími technickými prostředky a konečně s různou mírou zkušeností v konkrétním specifickém provozu velmi pravděpodobně vytvoří odlišné technologické postupy.

8.1 Specifika strojírenství pro jadernou energetiku

V průběhu práce se ukázala řada specifik, kterými se výroba pro jadernou energetiku odlišuje od běžné strojírenské výroby. Nejsou tu zpravidla vysoké nároky na složitost tvarů či přesnost výroby ajakost povrchu, jak by mohl například očekávat laik. Zvláštností je tu ale množství materiálových zkoušek, vysoké požadavky na přesné značení a jeho přenášení a s tím také související shodu s příslušnými protokoly zkoušek a kontrol. Předepsané zkoušky také vyžadují specifická zařízení. Vysoké nároky se také kladou na svářecí operaci, protože právě ta může zanášet vady do objemu

4 Ten je pak možno na základě praxí nabyté nové informace možno i přepracovat či doplnit.

20

materiálu. Z toho důvodu je konstruktérem požadován mimořádně složitý a náročný způsob svařování dílů polotovaru elektronovým paprskem. Prostředkem pro takovou operaci je mimořádně sofistikované zařízení v porovnání i jen v rámci svařovací techniky. V oblasti obrábění se setkáváme sice s poněkud většími rozměry strojů a s nižší obrobitelností, ale nejsou to nijak extrémní parametry. Z hlediska výrobního systému je tedy podstatné že poměrně běžný strojový park pro třískové obrábění je doplněn mnoha vysoce speciálními zařízeními pro četné kontroly a pro svařování elektronovým paprskem. Také je specifikem naprostý důraz na stálou přesnou identifikaci každého obrobku a jeho spolehlivá spojitost se všemi protokoly o zkouškách. Charakteristikou průmyslu jaderné energetiky je podléhání Státnímu úřadu pro jadernou bezpečnost, který stanoví podmínky pro výrobu a další nakládání s výrobky a který také výrobu dozoruje. Všechna tato specifika a mimořádná péče jsou dána poctivou snahou výrobce i státu o co nejdokonalejší bezpečnost jaderných energetických zařízení.

21

MKK Mezikristalická koroze

TK Technická kontrola

PKZ Plán kontrol a zkoušek

ZR, Zr Zirkon

AO Autorizovaná osoba

RTG Rentgen

PE Polyetylen

KPM Kapilární penetrační metoda (zkoušky svaru) angl.

TPZT Těsnicí plocha pro zkoušku těsnosti

Seznam použité literaturyVýkres součásti Ae114128 5 PPTřídník výrobních strojů a zažízení ve strojírenství, Federální ministerstvo všeobecného strojírenství, Praha 1981Jednotné normativy – soustruhy s oběžným průměrem do 500 a 800mm, Federální ministerstvo všeobecného strojírenství, Praha 1979Jednotné normativy – vodorovné vyvrtávačky, Federální ministerstvo všeobecného strojírenství, Praha 1979Online katalogy firem Fanyco, Grumant, Pressl, Žďas a. s., Škoda machinetoolsIlustrační vyobrazení strojů použita z http://www.exapro.cz/

Výkres odkazuje na další dokumenty. Výroby se týkají PKZ, svařovací plán VS 16/08, technické podmínky TPE 10-40/2216/90, Ae3985/DokC

22