PVPS 6 Beztrieskove Tecnologie1

Projektovanie výrobných procesov netrieskových operácií Projektovanie zlievarní Výroba odliatkov: • využitie hlavne v automobilovom priemysle • pre výrobu tvarovo zložitých súčiastok – súčiastka získava po stuhnutí tvar formy • dlhú dobu boli procesy odlievania závislé od kvalifikovaných pracovníkov zlievačov –

prevažne ručné operácie • až v poslednej dobe sa tieto procesy v širšej miere mechanizujú a automatizujú (napr.

nasadenie robotov pri výrobe foriem) – umožňujú to: o nové materiály na odlievanie a ich vlastnosti (tvárna liatina, liatina

s červíkovitým grafitom) o nové formovacie materiály s novými spojivami – pevnejšie a presnejšie formy

Technológie odlievania: Odlievanie: • vytváranie súčiastok z tekutého kovu, ktorý tuhne vo forme, odpovedajúcej tvaru

súčiastky • zásady návrhu odliatkov:

• zaoblené tvary, plynulé prechody rozdielnych hrúbok • minimálne hrúbky stien • hrúbky prierezov stien musia nadväzovať tak, aby sa prierez postupne rozširoval

smerom k vyústeniu vtokovej sústavy • vtok zároveň slúži ako zásobník tekutého kovu pri jeho zmrašťovaní v dôsledku

tuhnutia kovu • zaistenie usmerneného tuhnutia (zdola, nahor, zo vzdialenejších miest smerom k

náliatku) Modely (telesá zhodného tvaru s odliatkom):

• drevené (odlievanie do pieskových foriem) • voskové (vytaviteľné modely)

Metódy odlievania:

• liatie do pieskových foriem (najrozšírenejšie, jednorázové použitie formy) • liatie do kovových foriem (kokily - vhodné pre sériovú výrobu malých odliatkov

jednoduchých tvarov): gravitačné liatie (kov zaplňuje formu pôsobením gravitácie) nízkotlaké liatie (na kov pôsobí vzduch o pretlaku 0,05 MPa) liatie pod tlakom (odlievanie odliatkov zložitejších tvarov o hmotnosti obvykle do

5 kg): o so studenou komorou: kov sa leje z panvy do valca, odkiaľ je piestom

vtlačovaný do formy o s teplou komorou – kov je neustále ohrievaný a piest ho vytlačuje priamo

z taveniny do formy

• liatie do keramických foriem (tenkostenné formy zo zmesi piesku, teplom taviteľnej a tvrditeľnej živice a ďalších prísad)

• odlievanie s vytaviteľným modelom (model zo zmesi voskov zložitého tvaru je obklopený formovacou keramickou zmesou, čím sa vytvorí škrupina, forma sa následne zahreje na teplotu 200 °C, čím sa zbaví modelu a následne sa vypáli pri teplote 1000 °C) – presné liatie zložitých odliatkov

• metóda spáliteľného modelu – obdobná ako metóda vytaviteľného modelu, model je však z penového polystyrénu

• odstredivé liatie (využíva odstredivú silu na docielenie tvaru a kvality odliatku, odlievanie rúr, valcov, krúžkov)

• kontinuálne liatie (výroba odliatku bezprostredne z tekutého kovu, tuhnutie sa zrýchľuje vodnou sprchou, odlietok vyťahujú ťažné valce a reže sa horizontálnymi pílami alebo kyslíkovým horákom) – vysokoproduktívna výroba odliatkov jednoduchého profilu s veľkou dĺžkou

• odlievanie vo vákuu (nasávanie roztaveného kovu do kovovej formy a tuhnutie kovu vo forme pri pôsobení podtlaku) – odlievanie tyčí a rúrok z neželezných kovov

• sklopné liatie (piesková forma sa pevne nasadí na obúkovú pec, v ktorej je presné množstvo kovu, pec i s formou sa otočí o 180°, kov plní formu kĺzaním po jednej strane formy a pozdĺž druhej strany vystupuje vzduch z dutiny formy)

• lisovanie tekutého kovu (do nepohyblivej polovice formy – matrice - sa zhora naleje kov, pohyblivá časť formy – razník – sa po naliatí kovu pohybuje smerom nadol a vytláča kov do medzery medzi matricou a tŕňom, po zaplnení celej dutiny medzi matricou a razníkom sa lisovací tlak prenáša na celý objem kovu – tuhnutie pod tlakom) – najlepšie mechanické vlastnosti odliatkov

Formovanie: • výroba pieskových foriem na odlievanie • formovacie zmesi:

• základné zložky – piesky + hliny + spojivá • odlievanie na surovo (formy sa nesušia) – malý obsah hliny (do 10%) • formy sušené v peci – mastné piesky (obsah hliny do 20%) • požiadavky na formovacie zmesi:

pevné ale priedušné lacné (jednorázové použitie formy) žiaruvzdorné

• formovanie: • pod lisom • pomocou vibrácií • s použitím otočných a preklápacích stolov

• dutiny v odliatkoch sa tvoria pomocou jadier: • pravé jadro – úplne obliate kovom • nepravé polojadro – stýka sa s kovom len na časti prierezu

Špecifiká zlievární: • patrí medzi teplé prevádzky – vstupný materiál je potrebné ohriať, transportovať

k odliatiu, naliať do formy a odliatok tepelne spracovať • výroba netrvalých foriem znamená presun veľkého množstva formovacieho materiálu (na

1 tonu odliatkov cca. 0, až 2 tony formovacej zmesi) • výroba netrvalých foriem musí prebiehať v rovnakom rytme ako výroba odliatkov • veľký objem formovacích zmesí a nutnosť manipulácie s veľkým objemom roztaveného

kovu ⇒ veľký dôraz na optimalizáciu toku materiálu (predmetné usporiadanie) a mechanizáciu a automatizáciu manipulácie

• veľký dôraz na hygienické opatrenia v zlievarňach – silné negatívne vplyvy (teplo, prach, výpary v znikajúce pri formovaní a odlievaní)

• veľký podiel fyzicky namáhavých a hygienicky závadných prác (výroba foriem a jadier, čistenie odliatkov, odstraňovanie náliatkov a vtokov, atď.) ⇒ maximálne využitie mechanizácie a automatizácie

• nedeliteľnou súčasťou procesu výroby odliatkov je ich následné tepelné spracovanie • rôznorodé technologické procesy v zlievarni (tavenie, výroba foriem, sušenie foriem,

liatie, tuhnutie odliatkov, atď.) – rôzne technologické časy ⇒ potreba väčších priestorov (rozpracovaná výroba, formy, materiály)

Projektovanie zlievarní závisí predovšetkým od (čím uzší sortiment a väčšie množstvá, tým menej technológií, vyššia sériovosť a možnosť mechanizácie a automatizácie procesov): • materiálu odliatkov (sivá liatina, oceľ na odliatky, temperovaná, tvárna lietina, neželezné

kovy) • sortimentu odliatkov • hmotnosti odliatkov • požadovaných množstiev odliatkov Prevádzkové útvary zlievárne: • základná výroba:

o prípravňa formovacích pieskov – zahŕňa procesy vykládky materiálu (piesok, hlina, spojivá), sušenie, skladovanie, drtenie a mletie, preosievanie, miešanie zmesi

o jadrovňa a formovňa – prevádzka výroby foriem a jadier – obsahuje formovacie stroje a sušiace komory

o taviace pece o lejáreň, o vyberanie odliatkov:

• z pieskovej formy – roztlčením formy (ručne, pneumatickými vibrátormi) • z kovovej formy – otvorením formy ručne alebo s využitím manipulátora resp. pri

vysokotlakých formách pomocou vyhadzovačov, ktoré sú súčasťou formy o čistenie odliatkov – patria sem zariadenia ako čistiace bubny, pieskové

tryskače, tryskacie komory (tryskanie pieskom, brokmi, alebo vodou), pneumatické sekače, prenosné a pojazdné brúsky, okružné píly

o povrchová úprava odliatkov – v blízkosti zlievarne by mala byť hrubovňa – odliatky odchádzajú do výroby už opracované na hrubo – väčšina triesok ostáva v zlievarni na opätovné pretavenie + možnosť odhalenia prípadných vád odliatkov priamo v zlievarni

• pomocná výroba a obslužné prevádzky: o modelárska dielňa o sklad modelov o prípravňa materiálu o laboratórium o údržbárska dielňa

• skladové hospodárstvo – pre manipuláciu s materiálom v skladoch sa používajú hlavne drapákové žeriavy, mostové žeriavy:

o sklady vsádzkového materiálu a prísad o sklady paliva o sklady žiarovzdorných materiálov o sklady formovacích pieskov a prísad o sklady vratného odpadu a nepodarkov o sklady modelov a kokíl o sklady náhradných dielov a réžijného materiálu

Hlavné problémy projektovania zlievarní • analýza výrobného programu – podľa druhu použitého materiálu, objemu výroby,

hmotnosti odliatkov, zložitosti a technologického postupu formovania a liatia • kapacitné prepočty:

o na prepočítaný výrobný plán – zlievarne so širokým sortimentom o na presný výrobný plán – zlievarne s veľkosériovou výrobou

• výber vhodného druhu, veľkosti a počtu taviacich pecí- na základe druhu odlievaného materiálu a jeho taviacej teploty

• riešenie materiálového toku – tak aby bolo možné použiť jednoduché prostriedky mechanizácie (dôležité hlavne prepojenie taviace pece – priestor odlievania - formovňa)

• voľba dostatočného stupňa mechanizácie a automatizácie výrobného procesu – hlavne procesy:

o príprava formovacích zmesí o výroba foriem a jadier o liatie do foriem o čistenie odliatkov

• riešenie pracovného prostredia a pracovnej pohody – eliminácia negatívnych vplyvov, pokiaľ je to možné priamo v mieste ich vzniku (výpary, vysoké teploty, prašnosť, hlučnosť, atď.)

Taviace pece • výber konkrétneho typu pece závisí od taveného materiálu:

o sivá liatina – kuplové pece o oceľová liatina, neželezné kovy – rotačné, odporové, oblúkové, indukčné pece

• výkon zlievarne: o vychádza sa z ročného výrobného plánu zlievarne (druhy, počty a hmotnosti

odliatkov) o odliatky sa rozdelia do skupín podľa chemického zloženia materiálu

a vypočíta sa ročná výroba pre jednotlivé skupiny o množstvo vytaveného kovu za rok – pri výpočte potreby tekutého kovu sa

vychádza z bilancie tavby: • dobré odliatky • vratný materiál (nepodarky, vtoky, náliatky)

• nevratný materiál (straty prepalom a rozstrekom) o kapacitný prepočet – počet taviacich pecí – vychádza z požadovanej ročnej

výroby a výkonnosti jednej pece:

q*S*EK*Q

kfp

nvp =

kde: Qv - množstvo vytaveného kovu za rok (t/rok) Kn - koeficient nerovnomernosti odberu kovu (1 – rovnomerný hodinový odber

kovu počas celého roka, bežne 1,2 až 1,8) Efp - efektívny časový fond pece v jednej zmene (hod/rok) S - zmennosť q - hodinová výkonnosť pece (t/hod) – kuplovne 2 až 10 t/hod, elektrické pece od

niekoľkých kg/hod až po desiatky t/hod o z jedného druhu pece by sme nemali mať len jeden kus – taviaci proces je

pretržitý (vsádzkovanie – tavenie - odber), mohli by nastať problémy pri prechode na iné chemické zloženie kovu a pri poruche by bola prerušená dodávka tekutého kovu

• výkonu taviacich pecí sa prispôsobuje kapacita formovne, jadrovne a všetkých pomocných oddelní

Formovňa • v kusovej výrobe - prevažne ručné formovanie (strojné tam, kde počet odliatkov umožní

neprerušený chod formovacieho stroja aspoň 2 hodiny) • v sériovej výrobe – predovšetkým mechanizované formovanie • počet formovacích strojov:

ffp

f

qZS*E

nk−

=

kde: n - počet formovaných rámov za rok (ks/rok) Ef - ročný časový fond stroja pri jednozmennej prevádzke (hod/rok) S - zmennosť výroby Z - straty zoraďovaním v hod/rok qf - hodinová výrobnosť stroja (ks/hod)

Zásady dispozičného riešenia zlievárne: • treba brať do úvahy, že vstupný tok materiálu je 2,5 až 3 krát väčší ako na výstupe (palivo

do pecí, formovacie materiály, atď.) • prvým krokom dispozičného riešenia je situovanie taviacich pecí

o umiestnenie v okrajovej časti výrobnej lode – lepší prísun paliva a vsádzky, zložitejší prísun foriem a jadier

o umiestnenie v strede výrobnej lode – dobré využitie haly, jednoduché toky v zlievárni, zložitejší prísun paliva a vsádzky

• nevyhnutnou súčasťou hlavne väčších zlievarní je mostový žeriav – v dosahu žeriavu treba situovať všetky hlavné výrobné oddelenia (okrem jadrovne vyrábajúcej malé jadrá)

• sklady musia byť umiestnené čo najbližšie miestu spotreby • priestor pre odlievanie do foriem musí byť čo najbližšie pri taviacich peciach

(minimalizácia manipulácia s roztaveným kovom – obtiažna a nebezpečná manipulácia, riziko ochladenia kovu pod teplotu liatia)

• formovňa musí byť umiestnená vhodne medzi priestorom na odlievanie a prípravňou formovacích zmesí (snaha o jednoduchú mechanizáciu prísunu a odsunu)

• v prípravni formovacích zmesí využívať mechanizované prostriedky prepravy – dopravníky, pneumatická doprava (materiál prachového charakteru)

• formovňa a jadrovňa by mala byť oddelená od lejárne (prašné prostredie) • vytĺkanie a čistenie odliatkov by malo byť v samostatnej miestnosti (hlučnosť a prašnosť)

a musí byť zabezpečený systém odsávania • snaha o predmetné usporiadanie a prepojenie jednotlivých pracovísk do linky pomocou

dopravníkov alebo dopravných tratí • pri projektovaní sa kladie dôraz aj na dostatočnú výšku haly (10 až 14 m):

o vysoké technologické zariadenia – pece o manipulačné zariadenia pracujúce vo výške – žeriavy o dostatočný objem a výmena vzduchu

• súčasťou dispozičného riešenia zlievárne musí byť aj riešenie systému vzduchotechniky, klimatizácie a odsávania

Zlievareň s nízkym stupňom mechanizácie: • v jednej výrobnej lodi umiestnený sklad vsádzky a jej príprava • v druhej lodi príprava formovacích zmesí, výroba jadier, tavenie a pomocné útvary • v tretej lodi formovňa, lejáreň a úprava odliatkov

sklad vsádzky

prípravňa piesku jadrovňa

formovňa

taviareň pomocné oddelenia

úprava odliatkov

sklad formova-

cích zmesí liatie

Mechanizovaná linka (formovanie do rámov): • formovacie stroje sú umiestnené vo vnútri dopravníkového okruhu – výhodné z hľadiska

využitia priestoru, vozíkový dopravník je jednoduché preklenúť vrchným dopravníkom formovacej zmesi

• vzdialenosť formovacích strojov pre spodný a vrchný rám závisí od času potrebného pre vloženie jadier do spodného rámu a rýchlosti dopravníka

• presun zaformovaných rámov na vozíkový dopravník môže byť: o ručný: pracovník prenáša pomocou otočného žeriavu o automatizovaný

• hotový odliatok sa presúva mimo dopravníka a prepravuje sa do čistiarne • použitý piesok padá na pásový dopravník a pod podlahou sa prepravuje do úpravne

formovacích zmesí na regeneráciu

0 - vozíkový dopravník (doprava prázdnych, zaformovaných a odliatych rámov,) 1, 2 - dvojice formovacích strojov na vrchnú a spodnú časť formy (umiestnené vedľa

dopravníka – minimálna vzdialenosť prepravy foriem na dopravník) 3 - vkladanie jadier (výroba jadier obvykle oddelená od linky) 4 - zaťažovanie 5 - liaci chodník (pozemný pásový dopravník unášajúci zlievača so sklápacou panvou

rovnakou rýchlosťou ako sa pohybuje vozíkový dopravník, sklopná panva je umiestnená na liacej drážke)

6 - liaca drážka (musí byť v blízkosti taviacich pecí – preprava tekutého kovu mechanizovaná – drážky, špeciálne vozíky, kladkostroje)

7 - chladiaci tunel (dĺžka daná rýchlosťou dopravníka a časom chladnutia odliatku) 8 - uvolnenie formy 9 - vytĺkací rošt (uzavretá komora – kvôli prašnosti) 10 - úprava formovacích zmesí Mechanizovaná zlieváreň sivej a temperovanej liatiny: • tri formovacie linky sú zásobované z jednej strany tekutým kovom, z druhej strany

jadrami a formovacími zmesami • odliatky prechádzajú čistiarňou pred aj po temperovaní • odliatky prechádzajú tepelnou úpravou temperovaním (priebežné plynové agregáty) 1 prísun materiálu vlečkou 2 sklad vsádzky 3 taviace pece 4 sklad pomocných materiálov 5, 6, 7 formovacie linky 8 Jadrovňa 9 údržba, sklady 10 prípravňa piesku 11 sociálne a správne plochy 12 temperovacie pece 13 čistenie odliatkov 14 Expedícia 15 odsun odliatkov

1 2

4

9

11

10

8

5 6 7

3 14

13

12

15

Mechanizovaná zlievareň neželezných kovov – tlakové liatie hliníkových zliatin: Zásady: • oddeliť dráhu tekutého kovu a hotových odliatkov • dráha tekutého kovu čo najkratšia • umiestnenie udržovacej pece vedľa tlakového stroja • triedenie vratného materiálu podľa druhu zliatin v rámci linky apertúry odliatkov

(odstraňovanie náliatkov, vtokov, čistenie odliatkov)

1 - sklad a príprava vsádzky 2 - taviace pece (elektrické) 3 - centrálna čerpacia stanica (pre chladenie foriem vodou) 4 - stroje tlakového liatia 5 - linky apertúry odliatkov 6 - vytvrdzovacie pece 7 - sklad hotových výrobkov 8 - údržba 9 - sklad foriem

Projektovanie kováční Metódy objemového tvárnenia za tepla: • kovanie (ručné alebo strojové) – tvárnenie kovov v plastickom stave silami vyvolanými

určitou hmotou úderom: • lisovanie (takmer vždy strojové) - tvárnenie kovov v plastickom stave silou vyvolanou

kľudným tlakom • kovanie prebieha obvykle pri teplotách 200 °C nad čiarou premeny austenitu • typy kovania/lisovania:

• voľné – medzi dvoma rovnými , prípadne zaoblenými plochami • zápustkové – vtlačovaním kovu do dutín určitých geometrických tvarov

• stroje a nástroje pre kovanie: • ručné kovanie – nákova a kladivo • strojové kovanie – buchary (nákovu nahrádza spodné kovadlo, kladivo vrchné kovadlo

umiestnené v barane) • strojové lisovanie – lisy (nákovu nahrádza spodné kovadlo, kladivo vrchné kovadlo

umiestnené v šmýkadle) • zápustkové kovanie – zápustka – obvykle dvojdielna, s dutinou odpovedajúcou

vonkajšiemu tvaru výkovku (materiál sa vloží do spodnej zápustky a vrchnou zápustkou sa pritlačí tak, až vyplní dutinu, prebytočný materiál vytečie do priestoru medzi vrchnú a spodnú zápustku – výronok – ten sa odstráni pretlačením výkovku strižnicou)

Kovanie na bucharoch: • zápustková dutina je zapĺňaná postupne niekoľkými údermi barana • výhody:

• možnosť vyvodiť ráz ľubovolnej intenzity • možné tvárnenie materiálov s vyšším pretvárnym odporom • možnosť kovať súčiastky s vyššími výstupkami, rebrami

Kovanie na kľukových lisoch: • lis pôsobí kľudným tlakom a má prakticky stály zdvih – na jeden zdvich musí byť

vykonaná jedna operácia v jednej dutine • polotovary musia byť zbavené okují, musia mať presnejšie rozmery a hmotnosť • výkovok je vyhotovený na jeden zdvih alebo na viac zdvihov (v postupovej zápustke) • výhody:

• rovnomernejšie mechanické vlastnosti výkovku Vysokoenergetické metódy tvárnenia: • patrí sem:

• tvárnenie výbuchom – výbušná látka je umiestnená vo vani s vodou, po odpálení sa tlaková vlna prenáša vodou na plech formovaný do tvaru vane

• elektrohydraulické tvarovanie – používa energiu elektrického výboja, tlaková vlna sa prenáša vodou na plech

• impulzné magnetické tvarovanie – materiál sa deformuje silou magnetického poľa od induktora

Pneumaticko-mechanické tvárnenie vysokými rýchlosťami: • využíva niekoľkonásobne vyššie tvárniece rýchlosti:

• klasické tvárnenie: rýchlosti 0,1 m/s (lisy) až 10 m/s (buchary) • vysokorýchlostné tvárnenie: rýchlosti 15 až 60 m/s

• pohon baranov založený na expanzii plynu (vzduch, dusík) • výhody:

• znižovanie hmotnosti tvárniacich strojov • stroje nevyžadujú masívne základy • možno tvárniť zložité tvary jedným úderom • dokonalejšie plnenie zápustky • nižšie výrobné tolerancie • možnosť tvárnenia ťažko tvárniteľných materiálov • lepšie mechanické vlastnosti výkovku

Tvárnenie vysokými tlakmi: • hydrostatické pretláčanie – využíva hydrostatický tlak – priamy kontakt prietlačníka je

nahradený vysokotlakým médiom (voda, petrolej, benzín, olej, etylalkohol), ktoré obklopuje polovýrobok zo všetkých strán

• pracovné tlaky až 1000 Mpa • použitie: pretláčanie ocelí, neželezných kovov, krehkých materiálov, práškov (tvárnenie

obtiažne tvárniteľných materiálov) Tvárnenie nepevnými nástrojmi: • strihanie gumou – na tvárnenie a strihanie plechov, nástroj – puzdro s gumovým

vankúšom • ťahanie gumou (marform) – ťažnica tvorí univerzálne puzdro s pryžovým vankúšom, tlak

v gume je regulovaný hydraulickým systémom • ťahanie kvapalinou (hydroform) – tvárniaca kvapalina je uzavretá v špeciálnom puzdre,

tlak kvapaliny pôsobí na dielec rovnomerne zo všetkých strán • hydromechanické ťahanie – pre hlboké ťahanie a ťahanie asymetrických nádob

s prírubami a prelismi • radiálne vypínanie – cieľom je dosiahnutie rovnomerného tlaku na vnútornom povrchu

polovýrobkov (s pevnými, nepevnými nástrojmi, kvapalinovými systémami) Technológia kovania: • plastický kov je tvarovaný:

o úderom bucharu (rázová práca): • kovanie do otvorených zápustiek (výronkové) • kovanie do uzavretých zápustiek (bezvýronkové)

o tlakom kovacieho lisu alebo kovacieho stroja: • vretenové lisy • hydraulické lisy

• výkovky majú dobré mechanické vlastnosti, aké nemožno dosiahnuť žiadnym iným

spôsobom spracovania (odolnosť proti únave a rázu) • u kovania sa dosahuje lepšieho využitia materiálu (odlievanie – náliatky, vtokové sústavy)

• tvárnenie – kratšie operačné časy (výroba v dávkach – po ukončení dávky treba vymeniť zápustky)

• mohutné technologické zariadenia – vysoké investície • technológia kovania je drahšia ako technológia zlievania – drahšie stroje aj nástroje • proces pretvárania je potrebné rozdeliť do vhodného počtu operácií, aby bolo optimálne

opotrebenie nástrojov • spôsoby kovania:

o voľné kovanie: veľké výkovky, príprava polotovarov, kusová výroba, menej presné výkovky

o zápustkové kovanie: väčšie série, presnejšie a menšie výkovky Technologický postup výroby zápustkových výkovkov: • delenie materiálu • ohrev materiálu na tvárniacu teplotu • predkovanie polotovaru na kovacích valcoch (postupné valcovanie východzieho materiálu

v niekoľkých kalibroch) • kovanie v zápustke • ostrihnutie príp. dierovanie výkovku • kalibrovanie výkovku (rovnanie) • tepelné spracovanie Faktory vplývajúce na výber technológie zápustkového kovania: • rozmery, hmotnosť a tvar výkovkov:

o malé výkovky (do 5 kg) – buchary, mechanické lisy o stredné výkovky (5 – 50 kg) - menšie množstvá na bucharoch, väčšie

množstvá na lisoch o veľké výkovky (nad 60 kg) – buchary (lisy silou nestačia) o tvarovo zložité výkovky s rôznymi prierezmi – buchary o výkovky s bočnými výstupkami – hydraulické lisy (potreba zaistenia dobrého

toku materiálu v zápustke) • materiál: niektoré materiály pri vysokej rýchlosti kovania praskajú • presnosť výkovku: z hľadiska vyššej presnosti sa dáva prednosť lisom • prevádzkové náklady:

o lisy: úspora pracovných síl, potrebná nižšia kvalifikácia, kratší operačný čas, väčšie investičné výdavky (4 až 6 krát vyššia cena lisu ako bucharu)

Špecifiká kováční: • pri kovaní za tepla sa pracuje v pomerne úzkom rozsahu teplôt (teplota materiálu pri

manipulácii a kovaní nesmie klesnúť pod prípustnú hranicu) ⇒ krátke manipulačné časy, krátke časy kovania

• pracovný takt zariadení je veľmi rýchly ⇒ čas výmeny zápustky musí byť čo najkratší • ručná manipulácia s ohriatym a ťažkým materiálom je obtiažna ⇒ krátke vzdialenosti,

mechanizácia a automatizácia manipulácie • nevyhnutnou súčasťou výroby výkovkov sú tepelné a povrchové úpravy • pracovné prostredie je negatívne ovplyvňované sálavým teplom, výparmi z mazadiel,

hlukom a otrasmi • pri kovaní je potrebné veľké množstvo prípravkov a zápustiek, ktoré sú veľké –

umiestnenie skladu prípravkov a zápustiek v blízkosti kováčne

Hlavné problémy projektovania zápustkových kováční • roztriedenie plánovanej ročnej výroby výkovkov podľa ich hmotnosti, technologického

postupu kovania a počtu kusov – vytvorenie pracovnej náplne pre jednotlivé druhy kovacích jednotiek

• voľba vhodného ohrevu z hľadiska zdroja energie – druh pece, režim práce pece (kapacita ohrevu musí byť v súlade s výkonom kovacej jednotky)

• voľba vhodných kovacích jednotiek a vytvorenie kovacích liniek/buniek – čo najrýchlejší priebeh operácií vykonávaných za tepla

• vhodné priestorové usporiadanie výrobnej bunky – mechanizácia a automatizácia operačnej a medzioperačnej manipulácie

• stanovenie druhu a rozsahu tepelného spracovania výkovkov – voľba vhodných pecí (priebežné pece umožňujú nastavenie predpísaných parametrov – časy a teploty – a automatickú reguláciu)

• zaistenie energií a ich transformácia – hlavne pre ohrevy (meniče frekvencie pre indukčný ohrev)

Kapacitný prepočet potreby výrobných zariadení: • voľba kovacích jednotiek podľa tabuliek „veľkosť stroja (hmotnosť pohybujúcej sa časti –

barana – u bucharov, sila u lisov) vs. hmotnosť a tvar (trieda zložitosti tvaru) výkovku“ • často sa pri kapacitných prepočtoch používa ukazovateľ výrobnosti zariadení (kg

produkcie na hodinu) • hodinový výkon je odvodený od počtu zdvihov za hodinu a od priemernej hmotnosti

výkovku

q*S*EQk

fp

rp =

kde: Qr - ročný objem výroby pre určitú hmotnostnú skupinu (kg/rok) Efp - efektívny časový fond stroja v jednej zmene (hod/rok) S - zmennosť q - hodinová výrobnosť stroja (kg/hod) • pri prepočte podľa presného plánu (sériová výroba) musia mať kovacie bunky pridelený

súbor súčiastok • celá kovacia bunka pracuje v jednotnom rytme, ktorý udáva najdrahší článok (kovací

stroj) Zásady dispozičného riešenia zápustkovej kováčne: • tok materiálu v kováčni má byť čo najkratší a nesmie sa križovať • sled hlavných operácií pri kovaní:

o prísun tyčového materiálu do objektu kováčne a jeho uskladnenie o príprava materiálu (delenie tyčí) o ohrev materiálu o vlastné kovanie (predkovanie – kovanie v niekoľkých dutinách –

dokončovacie kovanie - ostrihovanie)

o tepelné spracovanie o apertúra (očistenie okují, výronkov, atď.) o rovnanie a kalibrovanie za studena o výstupná kontrola o expedícia

• usporiadanie kovacej bunky / linky: o kovacie linky sa navrhujú ako univerzálne pre určité rozmedzie hmotností

výkovkov (zmena výkovku znamená len výmenu zápustiek, ostrihovadiel, upínačov manipulačných zariadení)

o zariadenia sa snažíme spojiť do liniek (buniek) v nasledovnom poradí: ohrievacie zariadenie – predkovací stroj – kovací stroj – stroj na ostrihovanie výronkov – kalibrovací a rovnací stroj

o pracoviská musia byť prepojené takým systémom manipulácie, aby bol výkovok dotvárnený pred ochladnutím na dolnú hranicu tvárniacej teploty (dostatočná rýchlosť manipulácie)

o ručná manipulácia s ohriatym materiálom (kliešťami) má byť minimálna (max. desiatky decimetrov)

o je potrebné zamedziť nadmernému pôsobeniu sálavého tepla na obsluhu (otvor pece a palety s teplými výkovkami mimo dosahu sálavého tepla na obsluhu, vytváranie izolačných medzistien)

o organizovať usporiadanie pracovísk tak, aby bol materiál prevažne odoberaný zľava a odkladaný vpravo

o prechod súčiastok bunkou: • lisy majú štandardne dvojstojanovú konštrukciu (staršie typy – hlavne buchary – majú

stojany plné nepriechodné, novšie typy – majú v stojanoch otvor pre prechod materiálu) • pri nepriechodných stojanoch je ručná manipulácia s ohriatym materiálom dlhšia približne

o rozmer stola lisu

Lisy s plnými stojanmi (možnosti toku materiálu)

Lisy s plnými stojanmi (usporiadanie kovacej bunky)

Lisy s priechodnými stojanmi (možnosti toku materiálu)

Lisy s priechodnými stojanmi (usporiadanie kovacej bunky)

Legenda: 1 – paleta s polotovarom 2 – pec (ohrev) 3 – dopravník 4 – kovacia jednotka

5 – ostrihovací lis 6 – paleta na výkovky 7 – paleta na ostrih

• dôležitou súčasťou dispozície kováčne je ohrievacie zariadenie – pec (elektrické –

odporové, indukčné - a plynové): o komorové pece (vstup a výstup tým istým otvorom) o priebežné pece (kruhové, priamkové - vstupný a výstupný otvor zvlášť,

plynulý pohyb materiálu po dopravníku) o vozíkové pece (ťažké obrobky) o šachtové pece o kováčske vyhne

• správne dimenzovanie pece je významná súčasť technologického projektu: o poddimenzovaná pec – bráni plnému využitiu tvárniaceho stroja o predimenzovaná pec – zbytočné plytvanie energiou, veľké tepelné straty

• z hľadiska plynulosti tvárnenia sa volí priebežná pec alebo dvojica komorových (resp. vozíkových) pecí (jedna pec ohrieva materiál na kovaciu teplotu, druhá pec – ohriaty materiál pripravený na kovanie)

• umiestnenie pece tak, aby pracovník nebol priamo vystavený sálavému teplu z pece • pec a tvrániaci stroj by mali byť prepojené dopravníkom • s ohľadom na riešenie základnej výroby sa rozmiestňujú pomocné a obslužné prevádzky

dielne – uloženie ťažkých prípravkov a zápustiek, tak aby sa manipulácia s nimi čo najviac zjednodušila

• súčasťou dispozície kováčne musí byť aj pracovisko tepelného spracovania (žíhanie, zušľachťovanie) – uprednostňujú sa priebežné pece s automatickou reguláciou a kontrolou teplôt + snažíme sa využiť zostatkové teplo z procesu kovania (obmedzenie spotreby energie na opätovné ohriatie súčiastky)

• pre čistenie výkovkov sú umiestnené za jednotlivými agregátmi pre tepelné spracovanie otryskávacie zariadenia

• pracovisko morenia (odstraňovanie korózie a okují v roztoku kyselín a solí) je umiestnené mimo dielne, je izolované a vybavené odsávaním (vznik agresívnych výparov spôsobujúcich koróziu) – jeho súčasťou je aj zaistenie intenzívneho oplachu po morení výkovku vodou

• súčasťou technologického projektu je aj riešenie ochrany pracovníka pred sálavým teplom:

o izolácia ohrievacích pecí: izolačné nátery, izolačné clony o ochladzovanie pracovníka: vzduchové sprchy (prúd vzduchu na pracovníka) o prostriedky individuálnej ochrany

• kováčňa – hlučná prevádzka – riešenie problému: o automatizácia a diaľkové riadenie s obsluhou v hermetizovaných kabínach o konštrukčné úpravy strojov, pružné uloženie, kryty so zvukotesnými vrstvami o umiestnenie najhlučnejších strojov oddelene o náhrada bucharov lismi o použitie prostriedkov individuálnej ochrany (tlmiče hluku)

• potreba znižovania nadmerného tepla a odvodu plynných škodlivín sa rieši prirodzeným vetraním (využitie rozdielnej hustoty teplého a studeného vzduchu):

o otvory pre prívod vzduchu sú naspodku budovy o otvory pre odvod vzduchu sú na vrchu budovy

Príklad usporiadania kováčne:

1

2

4

9

11

10

8

5

6 7

3

13

12

4

4

4

4

4

4

4

5

1 prísun materiálu (väčšinou tyče) 2 kontrola 3 sklad a príprava materiálu (rezanie, lámanie, strihanie) 4 kovacie agregáty 5 tepelné spracovanie (žíhanie, zušľachťovanie) 6 kalibrácia 7 konečná kontrola 8 sklad výkovkov 9 odsun výkovkov 10 meniče frekvencie 11 údržba 12 sklad náhradných dielov 13 sklad zápustiek Mechanizácia manipulácie v kováčňach: • pracovný chod stroja zaberá len malý podiel z celkového času – snaha skracovať ostatné

časy mechanizáciou a automatizáciou • rytmus práce bunky udáva kovacia jednotka – ostatné zariadenia sa musia kapacitne

prispôsobiť tomuto rytmu • mechanizačné prostriedky:

o na vkladanie materiálu do zariadenia (nástroja alebo jeho dutiny): • mechanizuje sa hlavne na prvých operáciách (vkladanie do pece a do

predkovacej operácie – materiál má jednoduchý tvar) • na operáciách kovania je nutné riešiť automatizovaný univerzálny

manipulátor (uchopenie správne orientovaného polotovaru, presun po žiadanej dráhe, vloženie do dutiny zápustky v presnej polohe)

o na premiestňovanie z dutiny do dutiny – väčšinou ručné o na vyberanie z nástroja – používajú sa spodné vyhadzovače o na medzioperačnú dopravu – používajú sa sklzy a článkové dopravníky

• automatické kovacie bunky / linky (konštrukčné riešenie):

o vybavené programovateľnými manipulátormi pre operačnú manipuláciu o kovacie linky s transférovými podávačmi (hrebeňové čeľuste s vratným

pohybom) Projektovanie lisovní Plošné tvárnenie: • technológia výroby súčiastok z plechu • základné typy operácií:

• ohýbanie – pôsobením ohybovej sily sa vyvolá trvalá deformácia (opačným prípadom je rovnanie – z ohnutého tvaru chceme vytvoriť súčiastku s rovnou osou): ohýbanie na lisoch (mechanické, hydraulické) – pohyblivá čelusť vykonáva

priamočiary vratný pohyb ohýbanie na ohýbačkách ohraňovanie (výroba rôznych profilov na ohraňovacích lisoch) zakružovanie lemovanie

• tlačenie – plech sa otáča okolo osi rotácie a pôsobením tlačného nástroja sa postupne tvárni – výrobkom je výtlačok (výroba tenkostenných plechových nádob, konzervových škatúľ)

• ťahanie – z rovinného plechu sa v jednom alebo niekoľkých ťahoch vyrobí duté teleso- výťažok (skrine, kryty, poklopy, karosérie, nábojnice, atď.), pri ťahaní je potrebné materiál ťahať aj pridržovať

Technológia lisovania: • lisujú sa hlavne plechy, menej drôty a tyče • vysoko produktívna metóda výroby s krátkymi operačnými časmi a vysokou frekvenciou

opakovania – rýchly prechod veľkého objemu lisovňou • pri vyššej sériovosti výroby je to najlacnejšia a najrýchlejšia technológia výroby • lisovacie nástroje sú drahé, ale majú vysokú životnosť – vhodné pre výrobu vo veľkých

sériách (technológia sa zriedka používa v kusovej a malosériovej výrobe – musí byť použitý zjednodušený nástroj)

• lisovacie nástroje až na malé výnimky nie sú univerzálne, pre jeden druh výlisku musí byť jeden alebo niekoľko nástrojov

• použitie postupových nástrojov: o vyššia cena, použitie automatického lisu o úspora pri obsluhe, manipulácii s materiálom, skladovaní, kontrole

• voľba lisu: o lisy s veľkým počtom krátkych zdvihov – vystrihovanie, dierovanie o lisy s veľkým zdvihom a nižšou rýchlosťou – ohýbanie a ťahanie

• materiál do lisovní prichádza vo forme zvitkov, tabulí a pásov • pri výrobe zo zvitkov je potrebný celý rad pomocných zariadení:

o odvíjačka o rovnačka o podávač

Špecifiká lisovní: • rýchly priechod veľkého množstva materiálu dielňou • veľké množstvo neskladného odpadu • zmena tvarových a rozmerových charakteristík manipulovaných dielcov v procese

lisovania • ostré hrany materiálu, vratný pohyb nástroja, krátke cykly ⇒ väčšie nebezpečenstvo úrazu • zariadenia lisovne sú väčšinou univerzálne (možnosť rýchlej výmeny nástroja) Hlavné problémy projektu lisovania plechov za studena: • rozbor súčiastkovej základne:

o ročné výrobné množstvo, o veľkosť výliskov, o technológia výroby, o počet operácií

• rozbor a návrh materiálového toku lisovne (dvoj- alebo trojúrovňový) – zabezpečiť dostatočný prietok materiálu bez križovania prepravných ciest

• prepočet a správne dimenzovanie a vybavenie skladov, prípravy materiálu a výrobných stredísk

• voľba vhodných druhov lisov, optimálna mechanizácia a automatizácia operačnej a medzioperačnej manipulácie

• skladovanie, rýchla výmena a nastavenie nástrojov (minimalizácia prestojov lisu pri výmene nástroja)

• odstraňovanie odpadu od lisov, mechanizácia jeho dopravy a úpravy na pakety • zabránenie možnosti úrazov pri vkladaní a vyberaní výliskov • riadenie prevádzky lisovne, zber informácií o prevádzke lisov, ich poruchách a

zoraďovaní Kapacitný prepočet – určenie potreby lisov: • lisy – vysokoproduktívne zariadenia – operačné časy: sekundy alebo zlomky sekúnd • lisy – univerzálne zariadenia • lisovne využívané hlavne v stredne sériovej až hromadnej výrobe

• využívané predmetné aj technologické usporiadanie • predmetné usporiadanie – usporiadanie lisov do liniek pre jednotlivé skupiny výliskov

(podobnosť technológií a rozmerov, pokiaľ je to možné rovnaký počet operácií) • technologické usporiadanie - zoskupovanie lisov (lisy rovnakej veľkosti spolu) – z dôvodu

zameniteľnosti nástrojov a spoločného vybavenia skupiny strojov nástrojmi a prípravkami • súčasťou lisovne môžu byť dokončovacie operácie, príp. aj zvarovňa • triedenie výliskov do podskupín podľa veľkosti, technologickej podobnosti a zložitosti –

výrobná náplň jednotlivých stredísk resp. liniek Hrubý kapacitný výpočet: • vychádza z počtu operácií potrebných pre zhotovenie výrobného programu za časovú

jednotku (napr. za rok):

f*nn v= kde: nv - počet výliskov, ktoré treba spracovať za časovú jednotku (rok) f - priemerná vybavenosť náradím na 1 diel (koľko nástrojov je potrebné pre zhotovenie

1 dielu) • druhým vstupom je hodinová výrobnosť lisu – koľko kusov je schopný lis vyrobiť za

hodinu.

Typ lisu Dĺžka operácie (min.) Výrobnosť (ks/hod) I. jednočinné lisy do 50 kN 0,05 až 0,10 1200 až 600 50 až 100 kN 0,06 až 0,12 1000 až 500 100 až 250 kN 0,15 až 0,25 400 až 250 250 až 600 kN 0,24 až 0,45 200 až 135 nad 600 kN 0,30 až 0,50 200 až 120 II. dvojčinné lisy 100 až 250 kN 0,15 až 0,40 400 až 150 250 až 600 kN 0,30 až 0,80 200 až 75 nad 600 kN 0,40 až 1,00 150 až 60 III. automaty 0,02 3000 až 50000

• výsledná potreba lisov určitej skupiny je vypočítaná ako:

spll k*t*q

nk =

n - počet operácií za časovú jednotku ql - hodinová výrobnosť lisu (ks/hod) t - dĺžka časovej jednotky (hod.) ksp - koeficient strát pretypovaním (straty pretypovaním: malé dávky 12 – 30%, stredné

dávky 7 – 18%, veľké dávky 6 – 12%) Presný kapacitný výpočet: • vychádza sa z presného výrobného plánu (druhy výrobkov, množstvá, kusovníky,

nepodarkovosť, výroba náhradných dielov) a z presných výrobných postupov (presné operačné časy)

Zásady dispozičného riešenia lisovne • veľký objem prepravovaného materiálu, veľký objem prepravovaného odpadu (až 40%) –

veľká pozornosť sa venuje manipulácii a doprave – snaha riešiť dopravu v niekoľkých úrovniach

• moderné lisovne majú na jednej strane (kolmo k lisovacím linkám alebo skupinám lisov) zbernú loď pre príjem, skladovanie a prípravu vstupného materiálu, na druhej strane zbernú loď pre medzisklad a expedíciu výliskov – lode sú krátke aby sa zabezpečil rýchly prietok materiálu lisovňou a zároveň zaistila možnosť jednoduchého rozšírenia lisovne o ďalšie linky

• sklad plechov má byť v tej istej hale ako lisovňa (minimalizácia transportných

vzdialeností, ochrana pred poveternostnými vplyvmi), má byť vybavený mostovým žeriavom (vykládka ťažkých zvitkov alebo zväzkov plechov) a má byť vybavený dostatočným priestorom pre vykladanie z nákladných automobilov príp. železničných vagónov (nutné aj zavlečkovanie skladu)

• príprava materiálu (strihanie) musí byť umiestnená buď vo vstupnom sklade, alebo na začiatku výrobnej lode (minimalizácia transportu) – treba riešiť aj mŕtve polia (miesta neovládané mostovým žeriavom) medzi prechodom lodí (napr. koľajovým vozíkom)

• začiatok lisovacích liniek umiestňujeme čo najbližšie skladu, linky nesmú byť umiestnené za sebou

• hlavná transportná ulička musí byť dostatočne široká (obojsmerná manipulácia s paletami pomocou vysokozdvižných vozíkov)

• medzisklad je umiestnený buď na konci výrobného toku lisovne alebo na začiatku dielne ďalšej výrobnej fázy – dostatočné dimenzovanie s ohľadom na rozdielny rytmus práce lisovne a odberateľského strediska

• dôležitou súčasťou projektovania je aj vymedzenie trás pohybu odpadu a jeho návrh jeho skladovania (obvykle v sklade materiálu – využitie technických prostriedkov skladu)

• protismerný tok odpadu by sa mal riešiť v inej úrovni (napr. pod zemou) • sklad nástrojov (najmä ťažkých) nemá byť príliš ďaleko od strojov – využitie ABC

klasifikácie nástrojov podľa frekvencie ich používania (A nástroje umiestniť v regáloch pri lisoch – nesmú prekážať manipulácii s materiálom)

• koncepcia odvozu odpadu: o palety vysokozdvižnými vozíkmi – menšie lisovne o dopravníkmi uloženými v podúrovňových kanáloch (väčšie lisovne)

• koncepcia úpravy odpadu – paketovanie – zlisovanie plechového odpadu do kocky alebo hranola (500x500x500 mm)

Stroje a zariadenia lisovní: • príprava materiálu:

o nožnice na delenie zvitkov alebo tabúľ plechu (rovné strihy) o lisy s tvarovými nástrojmi (tvarové nástrihy)

• vlastná lisovňa: o lisy rôznej sily a rozmerov:

• mechanické: výstredníkové, kľukové, vretenové • hydraulické: len na náročné ťažné operácie (sú pomalšie a drahšie)

o ohýbačky a dierovačky o stroje na opravu nástrojov - priamo na dielni pre operatívne zásahy (aspoň 1

stroj z každej technológie – frézovanie, hobľovanie, vŕtanie brúsenie, sústruženie, atď.)

o zdvíhacie a dopravné zariadenia: • podzemné – doprava odpadu (dopravníky) • pozemné – medzioperačná doprava dielov a doprava nástrojov (vozíky) • nadzemné – preprava ťažkých nástrojov a vstupného materiálu (mostové

žeriavy)

• sklad výliskov:

o stohovanie paliet (4 až 6 vrstiev) resp. ukladanie paliet do regálov a manipulácia s vysokozdvižným vozíkom

o alebo zavesenie na podvesný dopravník a preprava do ďalšej fázy spracovania (lakovanie, montáž)

o súčasťou môže byť práčka výliskov (čistiaca zóna, oplach, sušenie) – očistenie výliskov od mazív pred ich výdajom

• spracovanie odpadu: o ručné vozíky, vysokozdvižné vozíky - transport odpadu z lisovne v paletách

(malé lisovne) o článkové a pásové dopravníky - transport odpadu z lisovne pod podlahou

(veľké lisovne) o paketovacie pracovisko – lis, ktorý lisuje odpad do pakiet rozmerov

200x400x600 mm

Usporiadanie technologického pracoviska plošného tvárnenia • ovplyvňujúce faktory:

o typ lisu o veľkosť výliskov o druh polotovaru

• pracovisko lisovania: o z prístrihov: súčasťou pracoviska je paleta s prístrihmi, lis, paleta s výliskami,

paleta na odpad o zo zvitkov: súčasťou pracoviska je pomocné zariadenie na prísun materiálu

(odvíjač, rovnačka, podávač), lis, paleta na odpad a paleta na výlisky

Lisovanie z tabúľ plechu

Lisovanie zo zvitkov

Legenda: 1 – vstupný materiál 2 – lis 3 – výlisok 4 - odpad Usporiadanie lisov na dielni:

a) usporiadanie chrbtom k sebe b) usporiadanie v rade za sebou c) šikmé usporiadanie

Usporiadanie lisov podľa priebehu súčiastky lismi: • súčiastka vyrobená na jednu operáciu:

o súčiastka vyrobená na jednom lise na jeden zdvih o usporiadanie lisov nie je rozhodujúce

• súčiastka má viac operácií a vyrába sa v malých dávkach (100 až 2 000 ks): o na jednom lise sa vykoná prvá operácia na celej dávke, potom sa vymení

nástroj a robí sa ďalšia operácia o usporiadanie lisov nie je rozhodujúce o dôležité je dimenzovanie plochy pre uskladnenie medzioperačnej zásoby (celá

dávka) • súčiastka vyrábaná vo väčších dávkach (5 000 až 20 000 ks):

o usporiadanie lisov do linky o budovanie združených liniek – lisuje sa na linke viac podobných súčiastok

• súčiastka vyrábaná hromadne: o jednoúčelová linka bez výmeny nástrojov

Zvyšovanie produktivity v lisovniach: • zvyšovanie počtu zdvihov lisov – použitie rýchlobežných lisov (o 50% vyššia rýchlosť) • maximálne využitie počtu zdvihov - mechanizáciou a automatizáciou vkladania

a vyberania výlisku (využitie zdvihov 40 až 70%) – obracače, manipulátory • spájanie operácií do postupového nástroja, použitie postupového lisu – na jeden zdvih sú

vykonané všetky operácie združené do postupového nástroja • skracovanie času medzioperačnej dopravy – automatizované linky (sklzy, dopravníky,

manipulátory) • lepšie využívanie disponibilného času – skracovanie časov výmeny a zoraďovania

nástrojov (prestoje v lisovni by nemali presiahnuť 25% z celkového času)