F = 0, 6 S k K (pozor na jednotky při dosazování)

Transkript

1 KAPACITNÍ VÝPOČTY Na základě stanovení příslušného typu tvářecího stroje je nutné určit či ověřit jeho velikost. Velikost stroje je možné v prvém přiblížení stanovit na základě diagramů výrobců tvářecích strojů. Ty jsou obvykle uváděny pro běžné uhlíkové oceli a vycházejí z hmotnosti výkovku, jeho tvarové složitosti a půdorysné plochy včetně plochy můstku výronkové drážky. Pro přesnější výpočty je možné využít národní normy nebo kovárenské příručky. Nejpřesnější metoda výpočtu tvářecích sil a energií je pomocí numerické simulace. Kování na kovacích lisech. Kovací lisy patří mezi stroje zdvihové, kde základním parametrem je jmenovitá síla lisu. Dalšími důležitými parametry zde jsou: využitelný počet zdvihů, výška zdvihu a jmenovitá dráha před dolní úvratí, na které lze max. sílu lisu využít. Pro konečnou volbu je nutné proto kontrolovat, zda průběh síly během kování nepřesáhne sílu, které je k dispozici. Z tohoto důvodu se proces kování obvykle dělí do více operací. Z hlediska konstrukce rozeznáváme svislé kovací lisy a vodorovné kovací lisy. Pro výpočet maximální síly při kování na svislých kovacích lisech lze orientačně použít např. nomogram firmy EUMUCO, který platí pro uhlíkové oceli. Z uvedeného nomogramu byly zjištěny tyto rovnice: F = 40. S c pro tvarově jednoduché výkovky a pro R m = 400 MPa F = 50. S c pro tvarově jednoduché výkovky a pro R m = MPa F = 56. S c pro tvarově složité výkovky a pro R m = 400 MPa F = 70. S c pro tvarově složité výkovky a pro R m = MPa Za hodnotu S c je nutné dosazovat plochu průmětu výkovku včetně můstku výronkové drážky v cm 2 a síla F pak vyjde v [kn]. Hodnota R m je pevnost kovaného materiálu. Rovněž firma ŠMERAL uvádí ve svém katalogu nomogram pro výpočet kovací síly. Z tohoto nomogramu byla autorem odvozena rovnice ve tvaru F = 0, 6 S k K (pozor na jednotky při dosazování) c p ts kde F [kn] kovací síla S 4 ( D 2 b) 2 c = π v + [cm 2 ] celková plocha průmětu výkovku a můstku výronkové 0,16 0,5 drážky, b = ( 3 5)s, s = 0,1725 G0 Dv, G0 je hmotnost polotovaru v [kg] k p [MPa] přetvárná pevnost pro danou teplotu, viz následující tabulka K ts = 1 až 1,42 - koeficient vlivu tvarové složitosti výkovku viz obrázek 1

2 Hodnotu k p lze volit podle následující tabulky, a to pro zvolenou dokovací (!) teplotu. Hodnoty přetvárné pevnosti k p v MPa při dané teplotě pro ϕ& = 5 s -1 a pro ϕ = 0.1 Materiál kovací teplota ve C ČSN Pro kování na vodorovných kovacích lisech uvádí norma ČSN pro výpočet kovací síly nomogram viz obrázek, kde uvedené staré jednotky je nutné přepočítat, případně rovnici: F = 5 2 ( 1 0,001 Dv ) ( Dv + 10) Rm() t kde R m(t) ( = σ s ) pevnost materiálu při kovací teplotě D v max. průměr výkovku Vzorec platí pro výkovky s průměrem D v 300 mm. Při výpočtu nekruhových výkovků se použije stejný vzorec, ale místo hodnoty D v se dosadí D dred : D = 1, 13 dred S v kde S v je průmět plochy výkovku do roviny kolmé k rázu Z hlediska kapacitních výpočtů byly tyto dvě skupiny lisů doplněny o automatické kovací linky typu TWK výrobce ŠMERAL Brno. Jedná se o linky se svislým kovacím lisem, kde je instalován transferový podavač. Vodorovné kovací lisy s označením LKL mají vodorovnou dělicí rovinu zápustek, ostatní mají svislou dělicí rovinu. Další důležité parametry kromě jmenovité síly zde jsou využitelný počet zdvihů, max. průměr kované tyče a síla na svěracím beranu. Typ lisu Tvářecí síla v MN Označení výrobce 10 LKM 1000, LZK LKM 1600, LZK 1600, LMZ 1600 Svislé kovací lisy 25 LKM 2500, LZK ,5 LKM LKM 4000, LZK LZK TWK 1600 Linka TWK 31,5 TWK TWK

3 Vodorovné kovací lisy 2,5 LKH LKL LKH LKL LKH GKM 2000 Stanovení spotřeby času při kování na svislých klikových lisech Pro určení vytížení daného kovacího agregátu, případně stanovení počtu tvářecích strojů je nutné stanovit spotřebu času pro výrobu daných výkovků a tuto potřebu porovnat s kapacitou tvářecích strojů, která je k dispozici. Tyto časy jsou rovněž důležitým podkladem pro stanovení ceny výkovku. Spotřeba času byla dříve dána jednotnými normativy, v dnešní době je to dáno spíše interními normami a zvyklostmi té které kovárny. V dalším je uvedena převzatá interní metodika Kovoprojekty Praha (1) z 80. let minulého století. Dále uvedené tabulky a dispoziční řešení sloužily jako praktická pomůcka pro rychlé stanovení orientačních výkonů tvářecích linek s klikovými kovacími lisy. Výsledky výpočtu kapacity lisu lze využít pro určení potřebného počtu strojů, či vytížení zvolené kovací jednotky a pro posouzení kapacity ohřívacího zařízení. Vzorová dispoziční řešení lze využít pro plánování velikosti pracovních ploch a pro stanovení počtu pracovníků. Uvedené tabulky ovšem nelze použít pro zpracování skutečných norem času na konkrétní výkovek pro potřebu současné výroby. Pro kapacitní výpočty je rovněž nutné stanovit časový fond pracovní doby jak dělníků, tak i tvářecích strojů a dalšího zařízení. V případě dvousměnného provozu byl časový fond pro dělníka stanoven na 1824 odpracovaných hodin za rok, pro využití stroje se předpokládalo 3710 hodin ročně. To odpovídá 226 pracovním dnům dělníka a 225 čistým pracovním dnům stroje, kde jsou zahrnuty ztráty z hlediska údržby a oprav. Potřebný počet tvářecích strojů se určí jako podíl celkové spotřeby času v hodinách a hodnoty časového fondu. Při stanovení spotřeby času na jednotlivé úkony se přihlíží ke tvarové složitosti výkovků a také k jejich hmotnosti, které odpovídá i zvolená velikost kovacího lisu - viz tabulka. Pro jednoduchost byly uvažovány 2 třídy tvarové složitosti, které však platí pouze pro svislé kovací lisy. Příklady zařazení do skupin jsou znázorněny přímo v tabulce. Do skupiny I (tvarově jednodušší) patří: rotační výkovky s malými rozdíly průřezů ve směru rázu souměrné výkovky podélné s malými rozdíly průřezů v obou směrech krátké i dlouhé výkovky s malými rozdíly průřezů v obou směrech výkovky plné s dutinou Do skupiny II (tvarově složitější) patří: výkovky jednostranně i oboustranně rozvidlené výkovky s šikmou i lomenou dělicí rovinou výkovky s většími i velkými rozdíly průřezů ve směru rázu i kolmo ke směru rázu výkovky tenkostěnné a s hlubokým prokováním kování více výkovků společně S rostoucí hmotností výkovků s jejich tvarovou složitostí roste i spotřeba času, proto jsou jednotlivým velikostem lisů orientačně přiřazeny i třídy hmotnosti výkovků v[kg], které se na daném lisu obvykle kovají, uvedené max. hmotnosti jsou: Typ lisu LZK 1000 LZK 1600 LZK 2500 (LZK 3150) LZK 4000 LZK 6300 Hmotnost < 0,8 až 1,4 < 1,41 až 4 < 4,01 až 8 < 6,01 až 19 < 12,01 až 33 3

4 NORMATIV SPOTŘEBY ČASU PRO SVISLÉ KOVACÍ LISY LZK Určení a popis úkonů Do časů na výrobu představitelů jednotlivých zápustkových výkovků jsou zahrnuty spotřeby času na jednotkové pracovní úkony t A, které se dělí na úkony za klidu t A11, na úkony za chodu t A12 a na úkony nepravidelné obsluhy. Pracovní úkony u svislých kovacích strojů se dělí následovně: Úkon č.1 Vložení a ustavení - na rovné kovátko - do tvaru zápustky - předkovku (předvalku) do tvaru zápustky Úkon č.2 Kování - jedním zdvihem pro výkovky tvarové složitosti I (tvar.slož II) - dvěma zdvihy pro výkovky tvarové složitosti I (tvar.slož II) - na tři zdvihy pro výkovky tvarové složitosti I (tvar.slož II) Úkon č.3 Vyjmutí výkovku ze zápustky a odložení na skluz pásového dopravníku Úkon č.4 Čištění a mazání zápustek 4

5 Do potřeby času na výrobu výkovků jsou promítnuty i ztrátové časy na přípravu a úklid pracoviště, časy na přirozenou potřebu a na svačiny. Jedná se o tzv. směnové ztráty času t C, kam se rovněž započítají časy potřebné na nepravidelnou obsluhu pracoviště. S oddechovými přestávkami se nepočítá, předpokládá se střídání pracovníků - viz následující tabulka. SMĚNOVÉ ZTRÁTY ČASU Pro stanovení dávkového času t B je připojena samostatná tabulka pro stanovení potřeby času na výměnu nástrojů podle jednotlivých typů strojů. Tyto časy se do výkonových tabulek na výrobu jednotlivých výkovků nezapočítávají. Tabulka se použije pro stanovení celkových ztrát z časového fondu na výměnu nástrojů na základě počtu výměn pro zajištění požadované výroby s přihlédnutím k sériovosti výroby. DÁVKOVÉ ČASY V MINUTÁCH NA STROJ A ÚKON 5

6 Projektování pracovišť kovacích lisů Na základě znalosti potřebné velikosti hlavního tvářecího stroje se volí (je-li zapotřebí) velikost stroje pro ostřihování a děrování a podle druhu ohřevu se navrhuje dispoziční uspořádání kovací buňky. Existuje celá řada možností uspořádání, která se liší podle místních poměrů. Rozhodující je obvykle způsob zavážení vstupního materiálu, transport hotových výkovků a odpadu a umístění jeřábů pro montáž a demontáž strojů. Následující příklady ukazují nejtypičtější řešení, pokud neexistují nějaké omezující podmínky. TYPOVÁ USPOŘÁDÁNÍ PRACOVIŠŤ KOVACÍCH LISŮ LZK Na dalším obrázku jsou typová uspořádání automatických linek pro rotační výkovky, kde je jednak použit transferový podavač (TWK 3150) a pro kování ojnic, kde je pro předkování zařazen stroj ULS 100 pro příčné klínové válcování. Na dalším obrázku jsou pak typová uspořádání pro případ kování na horizontálních kovacích strojích. 6

7 AUTOMATICKÉ KOVACÍ LINKY TWK TYPOVÁ USPOŘÁDÁNÍ PRACOVIŠŤ HORIZONTÁLNÍCH KOVACÍCH STROJŮ 7

8 Stanovení spotřeby času při kování na vodorovných klikových lisech Pro stanovení spotřeby času při kování na vodorovných kovacích lisech je postup stejný jako v předchozím případě. Uvedené jednotlivé úkony jsou uvedeny v následujícím normativu a platí pro obsluhu jedním pracovníkem. Při obsluze dvěma pracovníky se u úkonu č.1 vypouští vyjmutí z cívky a rovněž se vypouští úkon č.6 (založit materiál do cívky). Úkon č.8 se stává úkonem č.7 a jeho náplň se mění na návrat ke stroji po odložení výkovku. Při obsluze třemi pracovníky se tento úkon (návrat ke stroji) vypouští. NORMATIV SPOTŘEBY ČASU PRO VODOROVNÉ KOVACÍ LISY 8

9 Kování na bucharech Buchary patří mezi energetické tvářecí stroje, kde se tvar výkovku vytváří postupně opakovanými údery. Na rozdíl od kovacích lisů jsou buchary charakterizovány jmenovitou energií jednoho úderu. Nejsilnějším úderem obvykle bývá poslední úder, kde je výkovek již nejchladnější. Dalším důležitým parametrem je max. počet úderů za minutu. Z hlediska přetěžování je důležitý celkový počet požadovaných úderů na vykování daného výkovku, kde se obvykle předpokládá max. počet úderů 3 až 5, jinak je nutné zvolit buchar o vyšší jmenovité energii. Typ bucharu Jmenovitá energie v kj Označení výrobce Hydraulický 20 KJH 2, KHZ 2 40 KHZ 4, 80 KHZ 8 16 KHZ 16 Parovzdušní zápustkové dvojčinné buchary energie úderu [kj] váha beranu [kg] počet úderů [min -1 ] max. zdvih beranu H [mm] průchod ve stojanu c [mm] min. šířka vedení e [mm] min. hloubka beranu [mm] min. výška zápustek h [mm] Průmět výkovku S c včetně výronku [cm 2 ] * , * Platí pro materiál o pevnosti 450 MPa; pro materiál o pevnosti MPa max. průmět výkovku 0,8. S c Určení velikosti bucharu. Katalog firmy ŠMERAL uvádí výpočet energii jednoho úderu A j v [kj] pro výkovky z ocelí s nízkým a středním obsahem uhlíku a pro nízkolegované oceli v závislosti na hmotností výkovku G V v [kg] ve tvaru: A j = 13, 62 G 059, V (pozor na jednotky při dosazování) Pro jiné materiály je nutné použít přepočítávací koeficient. Pokud je velikost bucharu dána hmotností padajících částí, pak je nutné energii A j přepočítat. Dle ČSN platí tyto vztahy mezi hmotností beranu m B v [kg] a deformační prací posledního úderu bucharu v [J] tyto vztahy: pro jednočinné buchary m B = A/11 9

10 pro dvojčinné buchary m B = A/(18 až 28) Pokud se hodnota A dosadí v kj, pak hmotnost beranu vyjde v tunách. V prospektech firmy BÊCHÉ jsou uvedeny nomogramy pro výpočet deformační práce A při kování výkovků z uhlíkových a nízkolegovaných oceli na bucharech, a to buď na základě vsádkové hmotnosti G 0, nebo na základě plochy průmětu výkovku včetně můstku výronkové drážky S c. Z nomogramu byly odvozeny následující rovnice, které platí pro stanovení jmenovité energie bucharu, kterou je tento schopen vyvinout v jediném nejsilnějším úderu: Tvarová složitost G 0 [kg] A [kj] S c [cm 2 ] A [kj] G ,800 A = 5,35. G 0 S c 560 1,330 A = 0, S c Tvarová skupina 1 G 0 > 52 0,499 A = 17,57. G < S c ,262 A = 0, S c S c > ,310 A = 0, S c G 0 25,7 0,796 A = 9,30. G 0 Tvarová skupina 2 G0 > 25,7 0,502 A = 24,16. G 0 Tvarová skupina 3 G o 14 A = 15,67. G 0 0,780 G 0 > 14 A = 31,97. G 0 0,510 S c 400 1,313 A = 0, S c S c > 400 1,021 A = 0, S c S c 280 A = 0, S c 1,337 S c > 280 A = 0, S c 0,986 Do tvarové skupiny 1 patří výkovky jednoduché, tlustostěnné se zaoblenými hranami, do tvarové skupiny 2 výkovky střední složitosti a do tvarové skupiny 3 výkovky složité, tenkostěnné s úzkými žebry a ostrými hranami. Kapacitní výpočty Firma BÊCHÉ uvádí navíc rovněž nomogram, ze kterého lze pro buchar o dané jmenovité energii A v [kj] odečíst teoretickou produktivitu bucharu P v [kg/hod]. Platí zde vztahy: Jmenovitá energie A Teoretická produktivita P A 31,5 P = 22,82. A 1,02 31,5 < A 51 P = 151,15. A 0, < A 110 P = 37,70. A 0,825 A >110 P = 147,48. A 0,535 Skutečná produktivita je však pouze 60 až 90 % teoreticky dosažitelné v důsledku výměny zápustek, prostojů, dovolené a pod. Literatura (1) Mrázek Stanislav: Projektování technologických pracovišť a kapacitní výpočty. Sborník z konference s