ZÁPUSTKOVÉ KOVÁNÍ OZUBENÉHO KOLA

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY ZÁPUSTKOVÉ KOVÁNÍ OZUBENÉHO KOLA DROP FORGING OF GEAR WHEEL DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. TOMÁŠ BRADÁČ Ing. MAREK ŠTRONER, Ph.D. BRNO 010

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 009/010 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Tomáš Bradáč který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Strojírenská technologie a průmyslový management (303T005) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: v anglickém jazyce: Zápustkové kování ozubeného kola Drop forging of gear wheel Stručná charakteristika problematiky úkolu: Na základě literární rešerše aplikovat vhodnou technologii pro výrobu zápustkového výkovku ozubeného kola. S ohledem na cyklicky namáhané ozubené kolo a potřebu zvýšení jeho mechanických vlastností a životnosti, která je funkcí vyšší primární únavové pevnosti uplatnit pochody objemových technologií tváření s větším přetvořením za tepla - zápustkovým kováním v uzavřené zápustce. Cíle diplomové práce: Zpracování technologického postupu pro zvolenou technologii a daný případ. Vypracování výkresové dokumentace spolu s technologickými výpočty. Technicko-ekonomické zhodnocení.

3 Seznam odborné literatury: 1. DVOŘÁK, Milan., GAJDOŠ, František., NOVOTNÝ, Karel. Technologie tváření : plošné a objemové tváření.. vyd. Brno : CERM, s. ISBN FOREJT, Milan. Teorie tváření a nástroje. 1. vyd. Brno : VUT, s. ISBN HAŠEK, Vladimír. Kování. 1. vyd. Praha : SNTL, s. TISK. ISBN NOVOTNÝ, Karel. Tvářecí nástroje. 1. vyd. Brno : VUT, s. ISBN PRIMUS, František. Teorie objemového tváření. 1. vyd. Praha : ČVUT, s. 50. ISBN nemá. Vedoucí diplomové práce: Ing. Marek Štroner, Ph.D. Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 009/010. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 4 ABSTRAKT Diplomová práce vypracovaná v rámci magisterského studia předkládá návrh technologie výroby ozubeného kola pomocí zápustkového kování. Součást je z oceli (16MnCr5). Polotovar je tyč ø75-11 ČSN EN Roční produkce ks. Na základě literární studie je zpracován technologický postup zápustkového kování. Výkovek bude kován na svislém kovacím lisu LMZ 1600 A, od firmy Šmeral Brno a.s. Pro tuto variantu jsou provedeny potřebné technologické výpočty, výkresová dokumentace a simulace tvářecího procesu pomocí softwaru FormFEM. Na závěr je provedeno technicko ekonomické zhodnocení dané technologie výroby součásti. Klíčová slova Zápustkové kování, výkovek, ozubené kolo, svislý kovací lis ABSTRACT This master s thesis submit a project of technology of production of gear wheel the way of drop forging. A part is made of steel (16MnCr5). A semi-product is a stick of parametres ø75-11 ČSN EN 10060, with a production of pieces a year. Technological process of drop forging are worked up based on a study presented in technical literature. A forging will be working up on a vertical forging press LMZ 1600 A made in Šmeral Brno, Inc. For this option, the required technological calculation, drawing documentation and forming process simulation which is implemented by way of the software FormFEM have been carried out. Technical and economical evaluation of the component technology producing is brought in as a conclusion of the thesis. Key words Drop forging, forging, gear wheel, vertical forging press

5 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BRADÁČ, T. Zápustkové kování ozubeného kola. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce Ing. Marek Štroner, Ph.D.

6 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Tímto prohlašuji, že předkládanou diplomovou práci jsem vypracoval samostatně, s využitím uvedené literatury a podkladů, na základě konzultací a pod vedením vedoucího diplomové práce. V Brně dne Podpis

7 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 7 PODĚKOVÁNÍ Tímto děkuji panu Ing. Marku Štronerovi, Ph.D. za cenné připomínky a rady týkající se zpracování diplomové práce. Tímto děkuji panu Ing. Miloslavovi Kopřivovi za cenné připomínky a rady týkající se zpracování simulace kování v programu FormFEM.

8 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 8 OBSAH Zadání Abstrakt Bibliografická citace Čestné prohlášení Poděkování Obsah ÚVOD MOŽNOSTI VÝROBY DANÉ SOUČÁSTI Obrábění Odlévání Objemové tváření za tepla Volba způsobu výroby Porovnání bucharu a lisu Volba tvářecího stroje LITERÁRNÍ STUDIE Postup zápustkového kování Výkres výkovku Přídavky na obrábění Přídavky technologické Úchylky a tolerance rozměrů a tvarů Poloha dělící roviny Výronková drážka Dělení výchozího polotovaru Řezání Stříhání Lámání Ohřev materiálu Kovací teploty Ohřívací doba Ohřívací zařízení Velikost lisu... 3

9 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 9.7 Vyhazovače u lisů Předkovací dutina zápustky Dokončovací dutina zápustky Rozměry zápustek Materiál zápustek Předehřívání zápustek Mazání zápustek Obnovení a vložkování zápustek Dokončování výkovků Ostřihování a děrování výkovků Rovnání a kalibrování Čištění výkovků Tepelné zpracování výkovků TECHNOLOGIE VÝROBY OZUBENÉHO KOLA VÝKOVKU Materiál výkovku Podklady pro výkres výkovku Zařazení výkovku dle ČSN Přídavky na obrábění Přídavky technologické Úchylky a tolerance rozměrů a tvarů Poloha dělící roviny Hmotnost výkovku Určení výronkové drážky Určení výchozího polotovaru Určení hmotnosti výchozího polotovaru Určení rozměrů výchozího polotovaru Dělení výchozího materiálu Ohřev materiálu pro kování Výpočet kovací síly Stanovení kovací síly z nomogramu Výpočet kovací síly podle Tomlenova (dle ČSN 8306) Výpočet kovací síly podle Storoževa Výpočet kovací síly podle Brjuchanov - Rebelského... 45

10 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Srovnání stanovených kovacích sil Volba lisu Návrh tvářecího nástroje Návrh zápustek Návrh prstencového vyhazovače Výpočet střižné síly Volba ostřihovacího lisu Tepelné zpracování výkovku Čištění výkovku Postup kování SIMULACE Výsledky simulace předkovací operace Výsledky simulace dokončovací operace TECHNICKO - EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Spotřeba materiálu Přímé náklady na materiál Přímé náklady na mzdy Ostatní přímé náklady Náklady na výrobu nástrojů Náklady na energii pro provoz strojního zařízení Náklady na sociální a zdravotní pojištění Celkové ostatní přímé náklady Výrobní režie Správní režie Odbytová režie Celková kalkulace Variabilní náklady Fixní náklady Analýza bodu zvratu... 6 ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK SEZNAM PŘÍLOH... 70

11 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 11 ÚVOD Předkládaná diplomová práce se zabývá navržením technologie výroby ozubeného kola pomocí zápustkového kování. Ozubené kolo se bude vyrábět ve výrobní sérii kusů za rok. Cílem této práce je na základě literární studie, výpočtů a příslušných norem ČSN zpracovat technologický postup výroby součásti, vypracovat výkresovou dokumentaci a na závěr provést technicko ekonomické zhodnocení navrženého způsobu výroby. Obr. 1 Model ozubeného kola

12 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 1 1 MOŽNOSTI VÝROBY DANÉ SOUČÁSTI Ozubené kolo lze v případě konvenčních metod výroby zhotovit těmito technologiemi: obráběním, odléváním, objemovým tvářením za tepla. 1.1 Obrábění Obrábění se využívá především v kusové a malosériové výrobě. Touto technologií vznikají výrobky s velkou přesností a dobrou jakosti povrchu. Jedná se o levnou metodu výroby, která nevyžaduje výrobu speciálních nástrojů. Nevýhodou je velký odpad a přerušená vlákna, takže se nedosahuje takové pevnosti materiálu jako u kování. Další nevýhodou je častá výměna nástrojů z důvodů jejich otupení. 1. Odlévání Odlévání nachází uplatnění zejména v hromadné výrobě. Odlévání je metoda s dobrou produktivitou a hospodárností výroby. Výrobky se nevyznačují tak dobrými mechanickými vlastnostmi jako u kování. Nevýhodou je energetická náročnost a vysoké náklady na výrobu nástroje formy. 1.3 Objemové tváření za tepla Objemové tváření se převážně uplatňuje v sériové a hromadné výrobě tvarově stejných součástí. Vyznačuje se vysokou produktivitou a hospodárností. Výrobky mají dobré mechanické vlastnosti, nepřerušená vlákna a nejmenší odpad. Nevýhodou je též energetická náročnost a vysoké náklady na výrobu nástroje zápustky.

13 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba způsobu výroby Na základě plánované roční výrobní série kusů a požadovaných mechanických vlastností na ozubené kolo byla zvolena pro výrobu součásti technologie objemového tváření za tepla zápustkové kování. Dále je potřeba zvolit stroj, na kterém se bude výkovek kovat. Tvářecím strojem pro výrobu výkovku je buď buchar, nebo lis. Druhy bucharů: padací, parovzdušné, protiběžné. Druhy lisů: vřetenové, svislé kovací lisy Porovnání bucharu a lisu Na bucharu se zápustková dutina vyplňuje postupně během několika úderů beranu. Rázový účinek bucharu se vyznačuje rychlejším tečením a snadnějším zaplňováním dutiny ve směru rázu. Dutina horní zápustky se zaplňuje lépe než spodní a okuje z polotovaru rázem bucharu snadněji opadávají. Buchary se využívají v malosériové i hromadné výrobě. Stroje se vyznačují zejména malou energetickou náročností a širokou technologickou využitelností. Jsou vhodné jak pro malé kovárny, tak i jako hlavní stroje kovacích souborů a linek. 8 Na lisech stačí k dokončení výkovku jeden zdvih beranu. Klidné působení síly lisu se vyznačuje lepším tečením kovu ve směru kolmém k působící síle. Výkovky kované na mechanických lisech mohou mít menší úkosy, je také možné použít na lise vyhazovačů a výkovky jsou na lisech přesnější. Zápustky se při kování na lisech méně opotřebovávají, protože žhavý kov se stýká se

14 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 14 zápustkou pouze po dobu jednoho stlačení. Hlavními výhodami použití lisů jsou rovnoměrné prokování v celém výkovku a že průběh lisovací síly není rázový, ale plynule rostoucí. Nevýhodou lisů je, že okuje se zakovávají do výkovku a tím znehodnocují jeho povrch. Klikové lisy jsou výkonnější než buchary, také nepotřebují tak mohutné základy a mají menší nároky na kvalifikaci a fyzickou sílu obsluhy. Lisy se však používají spíše až při velkosériové nebo hromadné výrobě, vzhledem k vyšší ceně a nákladům na zápustky. Kovací lisy lze snadno automatizovat, případně je zařadit do celých výrobních linek. 8 Obr. 1.1 Tečení kovu při kování na bucharu (vlevo) a lisu (vpravo) Volba tvářecího stroje Pro výrobu výkovku zápustkovým kováním byl zvolen jako tvářecí stroj svislý kovací lis. Lis byl volen vzhledem k množství vyráběných kusů a z důvodů lepšího tečení kovu ve směru kolmém k působící síle, dále z důvodů vyšší výkonnosti oproti bucharu a výroby přesnějších výkovků.

15 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 15 LITERÁRNÍ STUDIE.1 Postup zápustkového kování Obr..1 Znázornění postupu zápustkového kování 6

16 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 16. Výkres výkovku Při návrhu tvaru výkovku se vychází z výkresu součásti a je nutné stanovit: přídavky na obrábění, technologické přídavky, úchylky a tolerance rozměrů a tvarů, polohu dělící roviny...1 Přídavky na obrábění Přídavky na obrábění se určují dle normy ČSN Při stanovení přídavků se vychází z přesnosti provedení výkovků, které může být obvyklé, přesné nebo velmi přesné. Přídavky jsou stejné pro všechny rozměry výkovku a určují se podle největšího rozměru hotového výrobku ve směru kolmo k rázu a podle největší výšky hotového výrobku. 5.. Přídavky technologické Kritéria konstrukce výkovku zahrnují limitní hodnoty tvarových prvků výkovku: zaoblení hran a přechodů, tloušťku dna, blány a stěny výkovku, boční úkosy. 5 Zaoblení hran a přechodů Ostré hrany a přechody způsobují opotřebení zápustky, případně i její prasknutí, a proto se musí hrany a přechody zaoblit. Větší zaoblení prodlužuje životnost zápustky, naproti tomu nedostatečná zaoblení zvětšují odpory při tečení materiálu v zápustce. Zaoblení hran a přechodů se stanoví na základě

17 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 17 normy ČSN podle výšky (hloubky) dutiny a poměru výšky dutiny h k dané šířce f. 5, 15 Obr.. Zaoblení hran a přechodů 15 Minimální tloušťka dna, blány a stěny výkovku Hodnota nejmenší tloušťky dna, blány a stěny výkovku je dána normou ČSN a stanoví se dle největšího rozměru výkovku ve směru kolmo k rázu a největší výšky výkovku. 5 Obr..3 Výkovek rotačního tvaru 1 (D největší průměr výkovku, d největší průměr dutiny, h hloubka dutiny výkovku, H 1 nejmenší tloušťka dna, s tloušťka stěny výkovku) 1

18 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 18 Obr..4 Výkovek nerotačního tvaru 1 (L největší délka výkovku ve směru kolmo k rázu, H největší výška výkovku ve směru rázu, H 1 nejmenší tloušťka blány, h hloubka dutiny výkovku, d největší průměr dutiny, s tloušťka stěny výkovku) 1 Boční úkosy Všechny výkovky musí mít boční úkosy do dělící roviny. Úkosy se určují dle normy ČSN a liší se podle použitého tvářecího stroje. Rozlišujeme úkosy vnější a vnitřní. Vnitřní úkosy jsou obvykle větší, protože chladnoucí výkovek se snaží sevřít stěny zápustky. Pokud je stroj vybaven vyhazovačem, pak se volí hodnoty úkosů nižší. 10, Úchylky a tolerance rozměrů a tvarů Úchylky rozměrů a tvarů výkovků zahrnují úchylky rozměrů, přesazení, otřep a prohnutí. Mezní úchylky a tolerance rozměrů se stanoví podle stupně přesnosti výkovku z největších rozměrů výkovku ve směru kolmo k rázu a ve směru rázu. Stupeň přesnosti výkovku se určí na základě oborového číselníku výrobků a podle složitosti tvaru dle ČSN Dovolené úchylky a tolerance jsou stanoveny normou ČSN Poloha dělící roviny Poloha dělící roviny se zpravidla stanovuje do roviny dvou největších vzájemně kolmých rozměrů nebo do roviny souměrnosti výkovku. Od tohoto pravidla je možné upustit, jestliže jinak navrženou dělící rovinou se sníží hmotnost výkovku, zmenší obvod výronku apod. Dělící rovina se dělá nejčastěji rovinná. 8, 15

19 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 19.3 Výronková drážka Výronková drážka se vytváří kolem celé dokončovací dutiny zápustky v dělící rovině. Drážka je tvořena můstkem a zásobníkem. Regulátorem tlaku v dutině zápustky je brzdící můstek, který vzniká zúžením výronkové drážky. Můstek také zvyšuje odpor proti vytečení materiálu do drážky, pomáhá zajistit dokonalé zaplnění dutiny zápustky a svým nejmenším průřezem umožňuje snadnější odstřižení výronku. Tvar a rozměry výronkové drážky pro lisy definuje norma ČSN Výronková drážka je při kování na lisech otevřená, protože horní a spodní díl zápustky na sebe nesmí dosednout. Většinou se používají následující tři typy drážek. 8 a) Drážka typu I b) Drážku typu II c) Drážka typu III Obr..5 Používané typy výronkových drážek pro lisy 3

20 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 0 Určení výronkové drážky (dle ČSN 8306) Výšku můstku h se stanovuje spolu s dalšími rozměry buď z tabulky uvedené v normě, nebo z nomogramu. Hloubka zásobníku 3 se vypočte ze vztahu: n 0,4h (.1) Šířka můstku 3 se určí ze vztahu: b 3 b 3h (.) h Určení průmětu plochy výkovku s můstkem 3 : D C D b (.3) V S C πdc (.4) 4 Objem materiálu připadajícího na výronek 15 : h V výr o bh (n ) B (.5) kde: B šířka otřepu pro výkovky o hmotnosti do 0,5 kg B = 10 mm pro výkovky o hmotnosti do kg B = 15 mm pro výkovky o hmotnosti nad kg B = 0 mm

21 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 1.4 Dělení výchozího polotovaru Mezi základní způsoby dělení výchozích polotovarů pro zápustkové kování patří řezání, stříhání a lámání Řezání Na řezání polotovarů se používají pily rámové, pásové nebo kotoučové. Nevýhodou řezání je materiálový odpad (prořez), který vzniká v místě řezu a je dán tloušťkou řezného nástroje. Další nevýhodou je nízká produktivita a vysoká spotřeba řezných nástrojů. Mezi výhody řezání patří vysoká jakost řezné plochy, její kolmost k podélné ose polotovaru a minimální rozměrové úchylky délky nařezaných polotovarů. Řezání také v neposlední řadě vylučuje jakoukoli deformaci řezaného polotovaru Stříhání Stříhání se provádí na nůžkách, což jsou v podstatě výstředníkové lisy, nebo na klikových lisech. Lis je omezen tloušťkou ocelové tyče a nejkratší délkou stříhaného polotovaru vzhledem k tloušťce. Polotovary se mohou stříhat buď za studena, nebo za tepla. Stříhání se řadí mezi nejlevnější, nejproduktivnější a velmi hospodárné dělení tyčových polotovarů, protože nevzniká v místě střihu žádný odpad. Určitou nevýhodou může být snížená jakost střižné plochy, která není zcela rovná a kolmá k podélné ose tyče Lámání K lámání dochází za studena na klikových, výstředníkových nebo hydraulických lisech. Lámání se vyznačuje nižší energetickou náročností oproti stříhání a vysokou výrobností. Nevýhodou lámání je, že lámané těleso musí být opatřené zářezem a lomová plocha není ideálně rovná. Při tomto způsobu dělení jsme také omezeni tloušťkou tyče a štíhlostním poměrem. 9

22 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List.5 Ohřev materiálu.5.1 Kovací teploty Základním předpokladem pro správnou tvárnost je dodržení určité kovací teploty. Aby se materiál tvářel co nejsnadněji, zkrátili se kovací časy a zápustky se tolik neopotřebovávaly, kove se zpravidla při nejvyšších přípustných kovacích teplotách. Výška kovacích teplot je ovlivněna především chemickým složením materiálu a tím, kove-li se materiál již jednou tvářený (např. válcováním) nebo materiál litý, kde jsou teploty tváření nižší. Při nedodržení správné kovací teploty dochází ke vzniku vad. 8, 9, 11 Obr..6 Oblast tvářecích teplot u oceli 1.5. Ohřívací doba Při stanovení doby ohřevu se postupuje tak, aby se dosáhlo požadované tvářecí teploty, co nejmenšího tepelného pnutí, rovnoměrného prohřátí, nízké energetické náročnosti ohřevu a co nejnižší oxidace a oduhličení. Doba ohřevu je různá a závisí na tloušťce polotovaru. Ohřívací doba je dána i rychlostí ohřevu a to tak, že čím větší je rychlost, tím kratší je čas ohřevu. 9

23 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Ohřívací zařízení K ohřevu polotovarů na příslušnou kovací teplotu se používají pece plynové nebo elektrické. Plynové pece mohou být s přímým topením, nepřímým topením, komorové pece nebo průchozí. Elektrické pece mohou být s přímým nebo nepřímým ohřevem. Nejrozšířenějším způsobem přímého el. ohřevu je elektrický ohřev indukční. 8.6 Velikost lisu Na základě velikosti kovací síly se určuje velikost tvářecího stroje, který musí mít potřebnou jmenovitou kovací sílu. Existuje mnoho metod jak stanovit velikost kovací síly. V této práci bude stanovena síla podle Storožova, Tomlenova, Brjuchanov Rebelského a z nomogramu. Většinou se kovací síla vypočte podle více metod. Nejvíce směrodatná je síla dle Tomlenova, která je sice pracná, ale vychází z normy ČSN. 3, 10 Kovací síla dle Tomlenova 1 (podle ČSN 8306): Napětí v jednotlivých bodech průřezu 6 : σ σ σ σ ' p d0 d1 dn σ p σ σ C d0 dn-1 0 1,85σ σ ' p σ ' p Δr z p 1 1 Δr z n n (.6) Výpočet dílčích ploch pod čarami přetvárných odporů 6 : Plochy obdélníků: S j σ Δr (.7) dn n Plochy trojúhelníků: S σ σ Δr n j 1 dn1 dn (.8)

24 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 4 Síla vznikající od normálových složek napětí 10 : n F π S r (.9) N j1 Síla vznikající od tangenciálních složek napětí 10 : Výsledná kovací síla 3 : j1 j j σ n p ' F T πδs j (.10) F K F F (.11) N T Kovací síla dle Storoževa pro kruhový výkovek 10 : b b Dv F K σp1,5 Sc 1,5 0,1 Sd (.1) h h h Kovací síla dle Brjuchanov Rebelského pro kruhový výkovek 10 : F K ,001 Dv 1,1 σpsd D (.13) v.7 Vyhazovače u lisů Při konstrukci vyhazovačů se vychází z normy ČSN Podle tvaru činné části, která je v přímém styku s výkovkem, se dělí vyhazovače na kolíkové, prstencové a vložkové. 3 Kolíkové vyhazovače se používají jako středové, mimostředové nebo umístěné v ploše výronku (působí na blánu, tvar nebo výronek). Umístění je dáno tvarem a rozměrem výkovku. 3, 15

25 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 5 Prstencové vyhazovače lze použít pro výkovky s charakteristickým zahloubením ve středu výkovku nábojem a je zpravidla v sestavě s předkovacím trnem. 3, 15 Vložkové vyhazovače se používají jen v mimořádných případech. Uplatnění nacházejí u výkovků, které mají blánu posunutou do spodní části výkovku. Mohou se použít i v případě, kdy vyhazovací kolík příliš zeslabuje vložku. 3, 15 Obr..7 Prstencový vyhazovač 3 Průměr předkovacího trnu 3 musí vyhovět podmínce: d D pt pt 0,85 (.14) Průměr prstence 3 musí vyhovět podmínkám: D D p p d p D t 5 d v 5 (.15) Průměr prstencového vyhazovače 3 se pak určí ze vztahu: d p d Δ (.16) p

26 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 6 Průměr předkovacího trnu 3 se vypočte: d pt d Δ (.17) pt 1.8 Předkovací dutina zápustky Předkovací dutiny se používají ke snížení opotřebení dokončovací dutiny. U výkovků složitých a obtížných tvarů má tato dutina také usnadnit tváření materiálu a zaplňování dutin zejména v těch částech, kde jsou úzká žebra, obtížné přechody nebo ostré hrany. Předkovací dutina má přibližný tvar dokončovací dutiny. Předkovky musí být užší a zároveň vyšší než budoucí výkovek, aby zakládání do dokončovací dutiny bylo jednoznačné. Pro snadnější tváření v předkovací dutině jsou nutné větší úkosy a zaoblení hran. 11, 15.9 Dokončovací dutina zápustky Při konstrukci této dutiny se vychází z výkresu výkovku, kde rozměry výkovku jsou zvětšeny o hodnotu smrštění. 15 Tab..1 Hodnoty smrštění 15 Materiál Smrštění v % Běžné oceli 1,0 1,3 Ložiskové oceli 1,5 Austenitické oceli 1,5,0.10 Rozměry zápustek Rozměry zápustek pro svislé kovací lisy se stanovují dle normy ČSN U klikových lisů se při stanovení výšky zápustky vychází ze sevřené výšky držáku zápustek. Zápustky mohou mít kruhový nebo obdélníkový tvar. 15

27 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 7 Průměr kruhových zápustek 3 se vypočte z následujících vztahů: a) předkovací zápustky D z1 D 0,(D H ) 5 (.18) D D D b) dokončovací zápustky D z D 0,4(D H ) 10 (.19) D D D D z1, Obr..8 Průměr kruhových zápustek pro lisy 3.11 Materiál zápustek Zápustky jsou při kování namáhány jak mechanicky tak i tepelně. Z toho důvodu se na zápustkový materiál kladou vysoké požadavky, především pak vysoká tvrdost, houževnatost, žáruvzdornost, žárupevnost, necitlivost proti krátkodobému kolísání teplot, dobrá obrobitelnost, dobrá odolnost proti vzniku trhlinek tepelné únavy, vysoká odolnost proti opotřebení otěrem a nízká cena. Všech těchto vlastností nelze souhrnně dosáhnout žádnými přísadovými prvky, protože s růstem jedné vlastnosti klesá současně druhá požadovaná vlastnost. Proto se výběr ocelí pro zápustky řídí požadavkem dvou nebo tří nejdůležitějších vlastností. 11, 15

28 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 8 Tab.. Použití zápustkových ocelí 9 Značka oceli dle ČSN (dle ČSN EN) (X38CrMoV5-1) velikosti zápustky malé zápustky o tloušťce do 00 mm Použití oceli se zřetelem k druhu namáhání kovacího zápustky stroje vysoce tepelně namáhané nástroje buchary, vřetenové a kovací lisy materiálu výkovku nelegované, nízkolegované oceli, slitiny lehkých kovů (35NiCrMo16) malé, střední a velké zápustky středně tepelně namáhané nástroje s velkou houževnatostí hlavně buchary, ale i vřetenové a kovací lisy nelegované, nízkolegované oceli, slitiny lehkých kovů (54NiCrMoV6) střední a velké zápustky středně tepelně namáhané nástroje s velkou houževnatostí hlavně buchary nelegované, nízkolegované oceli, slitiny lehkých kovů (56NiCrMoV7) malé, střední a velké zápustky středně tepelně namáhané nástroje s velkou houževnatostí buchary, vřetenové a kovací lisy nelegované, nízkolegované oceli, slitiny lehkých kovů (X30WCrV5-3) malé zápustky o tloušťce do 00 mm vysoce tepelně namáhané dosti houževnaté nástroje všechny druhy lisů a buchary všechny druhy ocelí, slitiny mědi a lehkých kovů (X30WCrV9-3) malé zápustky o tloušťce do 00 mm vysoce tepelně namáhané méně houževnaté nástroje všechny druhy lisů všechny druhy ocelí, slitiny mědi a lehkých kovů (X30WCrV4-1) malé zápustky o tloušťce do 00 mm vysoce tepelně namáhané dosti houževnaté nástroje všechny druhy lisů nelegované, nízkolegované oceli, slitiny lehkých kovů.1 Předehřívání zápustek Zápustky se před kováním musí předehřát na teplotu 00 až 300 C, protože vysokolegované nástrojové oceli mají po tepelném zpracování nízkou houževnatost. Ohřívání na teploty vyšší jak 300 C není účelné ani hospodárné a houževnatost se tím již nezvyšuje, ale naopak snižuje. Nedodržení předehřevu vede k prasknutí zápustek. Další význam předehřevu je ten, že se

29 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 9 snižuje teplotní gradient mezi povrchem dutiny a jádrem. Snižují se i tepelná pnutí a také se při styku výkovku se zápustkou zmenšuje přestup tepla, resp. se zpomaluje ochlazování výkovku Mazání zápustek Mazivo má při zápustkovém kování za úkol snížit tření v průběhu kování mezi zápustkou a materiálem, uvolnit výkovky ze zápustky, snížit otěr zápustky, zamezit ulpívání okují v zápustce a zlepšit tok tvářeného materiálu. Mazivo musí mít tedy dobrou mazivost a velkou únosnost mazacího filmu. Z tuhých maziv je nejrozšířenější grafit. Kapalná maziva, která tvoří různé oleje, jsou pro kování s ohřevem, kde nástroje dosahují teplot 180 až 30 C, jako samotná maziva nevhodná. Používají se spíše jako nosiče tuhých maziv. Dále se mohou používat i mazlavá mýdla, případně i roztoky solí. 6, Obnovení a vložkování zápustek Dosáhne-li deformace zápustkové dutiny mezí stanovených tolerancí výkovků, musí být zápustka obnovena. Zápustkové dutiny se obnovují buď částečně, nebo úplně. Při obnovení zápustek se využívá vložkování. Vložkování zápustek se používá z důvodu obnovy tvaru a z důvodu úspory zápustkového materiálu. 11

30 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Dokončování výkovků.15.1 Ostřihování a děrování výkovků Výronek se po vykování výkovku odstraňuje ostřihováním nebo děrováním, v případě odstranění vnitřní blány. Tato operace se uskutečňuje za tepla nebo za studena na ostřihovacích lisech. 9, 11 průstřižník výronek průstřižnice výkovek Obr..9 Základní konstrukční prvky ostřihovadla 9 děrovník výkovek děrovnice Obr..10 Děrovadlo 9 Síla na ostřižení vnějšího i vnitřního výronku 15 : (.0) Výsledná velikost střižné síly 15 : F s F F (.1) s1 s

31 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 31 kde: 0,8 R m pevnost materiálu ve střihu (MPa) tloušťka výronku můstku (mm), z důvodu bezpečnosti se bere dvojnásobná.15. Rovnání a kalibrování U některých výkovků může dojít při ostřihování výronku ke zkřivení, které se napravuje rovnáním za studena nebo za tepla. Rovnání se provádí buď v dokovací dutině zápustky, nebo ve zvláštní rovnací zápustce upnuté na ostřihovacím lisu. 9 Kalibrování se provádí na klikových kolenových lisech a dosahuje se tím přesnějších rozměrů výkovku a lepší povrchové jakosti, což někdy umožňuje upustit od dalšího obrábění výkovků Čištění výkovků Hlavním úkolem při čištění je odstranit z povrchu výkovků okuje, které vznikly při kování, aby se usnadnilo obrábění. Okuje se ze zápustkových výkovků odstraňují buď mechanicky, tj. otryskáváním a omíláním nebo chemickým mořením ve vodných roztocích kyselin nebo zásad Tepelné zpracování výkovků Tepelné zpracování po dokování výkovků se provádí za účelem zaručení dobré obrobitelnosti výkovku, zabránění vzniku velkých vnitřních pnutí a vločkových trhlin a dosažení požadovaných mechanických vlastností. Tepelným zpracováním bývá žíhání na snížení vnitřního pnutí, žíhání na měkko nebo normalizační žíhání. 9, 11

32 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 3 3 TECHNOLOGIE VÝROBY OZUBENÉHO KOLA VÝKOVKU 3.1 Materiál výkovku Značka oceli dle ČSN: Značka oceli dle ČSN EN: 16MnCr5 Charakteristika 14 : Konstrukční mangan chromová ocel, nízkolegovaná. Ocel vhodná k cementování a objemovému tváření. Dobře tvárná za tepla, po žíhání i za studena. Dobře obrobitelná a svařitelná. Mez pevnosti v tahu: R m min. 785 MPa Mez kluzu: R e min. 590 MPa Vhodnost použití 14 : Vhodná pro strojní součásti s velmi tvrdou cementovanou vrstvou a velkou pevností v jádře, např. hřídele, ozubená kola, šneky, vačkové hřídele, vřetena obráběcích strojů, pístní čepy, pera, zubové spojky, trny, upínací nářadí apod. Tab. 3.1 Chemické složení 13 Označení Chemické složení (hm. %) C Mn Si Cr P max. S max ,14 až 0,19 1,10 až 1,40 0,17 až 0,37 0,80 až 1,10 0,035 0,035

33 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 33 Tab. 3. Tepelné zpracování 14 Způsob Teplota ( C) Normalizační žíhání 880 až 90 Žíhání na měkko 680 až 70 Cementování 840 až 870 Kalení 810 až 840 Popouštění 150 až 00 Kovací teplota: 150 až 800 C 3. Podklady pro výkres výkovku 3..1 Zařazení výkovku dle ČSN Tvarový druh: Tvarová třída: Tvarová skupina: Tvarová podskupina: Technologické hledisko: 5 - výkovky kruhového průřezu duté 4 - oboustranně osazené 5 - výkovky duté 0 - bez přesahu 3 - výkovky s dělící plochou kolmou na hlavní osu souměrné Výsledné označení výkovku: Přídavky na obrábění Přídavky na obrábění byly určeny podle kap...1 na,5 mm Přídavky technologické Technologické přídavky byly určeny dle kap..: zaoblení hran bylo stanoveno na 3 mm a zaoblení přechodů na 8 mm,

34 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 34 minimální tloušťka dna a stěny výkovku má dle normy hodnotu 13 mm, vnější boční úkosy pro lisy s vyhazovačem jsou stanoveny na 3, pro vnitřní úkosy pak na Úchylky a tolerance rozměrů a tvarů Podle kap...3 a stupeň přesnosti pro obvyklé provedení a složitosti tvaru vychází stupeň přesnosti: pro rozměry ve směru kolmém k rázu IT 5, pro rozměry ve směru rovnoběžném k rázu IT 5. Dále jsou dle normy ČSN pro stupeň přesnosti IT 5 stanoveny: mezní úchylky a tolerance ve směru kolmém i rovnoběžném k rázu na 1,4 0,6 mm, tolerance,0 mm. Pro vnitřní rozměry platí stejné hodnoty mezních úchylek, ale s opačnými znaménky. Poté jsou stanoveny: mezní úchylky zaoblení přechodů na R 4,0,0 mm, mezní úchylky zaoblení hran na r 0,8 mm. 1,5

35 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Poloha dělící roviny Dělící rovina je umístěna do roviny souměrnosti výkovku. Obr. 3.1 Návrh výkovku s dělící rovinou 3.3 Hmotnost výkovku Hmotnost výkovku byla určena pomocí výpočetní techniky v programu Autodesk Inventor Professional 010 na 6,86 kg. Obr. 3. Model výkovku

36 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Určení výronkové drážky Tvar a rozměry výronkové drážky pro lisy jsou navrženy dle kap..3. Pro výkovek ozubeného kola byla zvolena drážka typu I, viz. (obr..5a). Výška můstku byla stanovena dle nomogramu v dané normě na 3 mm. Šířka můstku: b 3h 33 9 mm Hloubka zásobníku: n 0,4h 0,4 3 3, mm Průmět plochy výkovku: D C D V b mm S C πd 4 C π mm 196,07 cm Objem výronku: V V výr výr h 3 obhn B 14,3π 9 3 3, ,9mm 3 5, m 3

37 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Určení výchozího polotovaru Určení hmotnosti výchozího polotovaru Hmotnost odpadu výronku 1 : m ρ (3.1) ov V výr m ov 78405, ,44 kg Hmotnost odpadu na propal 1 : m p δ m v mov (3.) 100 kde: δ propal z váhy výkovku s výronkem, u indukčních pecí je δ = 1 %. m p ,86 0,44 0,075 kg Celková hmotnost polotovaru 1 : m m m m (3.3) v ov p m 6,86 0,44 0,075 7,35 kg 3.5. Určení rozměrů výchozího polotovaru Objem polotovaru 1 : 3 m Vpol (3.4) ρ V m ρ 7, pol ,35 mm 3

38 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 38 Průměr tyče 1 : D pol V 3 pol 1,08 (3.5) λ Aby se při počátečním pěchování zabránilo vybočování polotovaru do stran, musí být dodržen štíhlostní poměr. 1 Lpol λ 1,5,8 (3.6) D pol Minimální a maximální průměr tyče se pak vypočte ze vztahu (3.5): V D 1,08 3 pol 1,08 3 polmax λ V D 1,08 3 pol 1,08 3 polmin λ 93399,35 9, 1, ,35 74,9,8 mm mm Průměr tyče byl zvolen na 75 mm. Délka tyče 1 : Vpol Lpol (3.7) S pol V S V ,35 11 π75 4 pol pol Lpol pol πdpol mm Délka tyče byla zvolena na 11 mm. Výchozím materiálem je tyč o rozměrech ČSN EN

39 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Dělení výchozího materiálu Výchozím polotovarem pro výkovek je tyč o průměru 75 mm, která bude dělena po délkách 11 mm. Aby bylo možné dělit tento materiál pomocí stříhání, musí být splněna podmínka nejkratší délky stříhaného polotovaru vzhledem k tloušťce 9 : L 0,6 (3.8) pol t pol 11 0, > 45 Potřebná střižná síla 8 se určí ze vztahu: kde: S ps pol 0,8R m F stř πdpol 4 π75 Fstř 1,3 0, n S (3.9) ps pol N 3,6 MN Vzhledem k potřebné velikosti střižné síly na dělení materiálu jsou navrženy strojní nůžky ScK 500 se jmenovitou střižnou silou 5 MN. Dalším parametrem nůžek je maximální průměr tyče, který lze na daných nůžkách stříhat. Pro materiál o R m = 440 MPa a strojní nůžky ScK 500 je maximální udávaný průměr tyče 13 mm. Pro materiál o R m 440 MPa se maximální průměr 9 vypočte ze vztahu: t t sml pol max 1 (3.10) kde: t sml je největší tloušťka smluvní tyče o R m = 440 MPa, kterou lze na daných nůžkách stříhat (mm). 13 tpol max 1 98 mm 785 Maximální průměr tyče pro materiál o R m 440 MPa, který lze na zvolených strojních nůžkách ScK 500 stříhat je 98 mm. R m

40 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Ohřev materiálu pro kování Součást se bude kovat při teplotě 1100 C a pro ohřev je navrženo středofrekvenční indukční zařízení KSO 630/1,5-A30 od firmy Roboterm s. r. o. Základní technické parametry ohřívacího zařízení jsou uvedeny v tabulce. Tab. 3.3 Základní technické parametry ohřívače 16 Ohřívaný materiál Rozměry přířezu magnetická ocel ø D mm délka l 1, D mm Výkon 630 kw Frekvence 1,5 khz Maximální ohřáté množství 1500 kg/h Maximální výstupní teplota ohřívaných přířezů 150 C 3.8 Výpočet kovací síly Stanovení kovací síly z nomogramu Materiál: Kovací teplota: 1100 C Základní přetvárný odpor: k p = 106 MPa Průmět plochy výkovku s můstkem: S c = 196,07 cm

41 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 41 Obr. 3.3 Nomogram ke stanovení kovací síly Výpočet kovací síly podle Tomlenova (dle ČSN 8306) Materiál: Kovací teplota: 1100 C Přirozený přetvárný odpor σ p : 40 MPa Součinitel C 0 : 4,0

42 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 4 Rozměry výkovku: z 1 = 3 mm z = 45 mm z 3 = 95 mm z 4 = 41 mm Δr 1 = 8 mm Δr = 33, mm Δr 3 = 5, mm Δr 4 = 1,74 mm D 0 = 159,1 mm D 1 = 143,1 mm D = 75,91 mm D = 5,48 mm Δz 1 = 1 mm Δz = 5 mm Δz 3 = 7 mm Výpočet napětí v jednotlivých bodech průřezu se určí ze vztahu (.6): σ σ σ σ σ σ ' p d0 d1 d d3 d4 σ p 1,85σ σ σ σ σ C d0 d1 d d3 0 σ σ σ σ 40 4,0 160 ' p p p p ' p 1, ,6 Δr z 1 Δr z 1 Δr z 3 Δr z MPa MPa 8 05, ,3 3 MPa 33, 63, ,8 MPa 45 5, 661, ,4 MPa 95 1,74 67, ,8 41 MPa Určení těžišť: D1 Δr 1 143,1 8 r1 75,55 mm D1 Δr 1 143,1 8 r 74, 3 3 mm D Δr 75,91 33, r3 54,57 mm D Δr 75,91 33, r4 49, mm D Δr 3 5,48 5, r5 5,35 mm D Δr 3 5,48 5, r6 1, mm Δr 4 1,74 r7 6,37 mm Δr 4 1,74 r8 4,5 3 3 mm

43 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 43 Výpočet ploch se provede ze vztahů (.7) a (.8): Tab. 3.4 Velikost jednotlivých ploch S 1 S S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S j (MPa mm) r j (mm) rj S j (N) 05, ,8 75, , (63,3 05,6) 1706,8 63,3 33, 1005,0 54, , 49, (661,8 63,3) 490,0 661,8 5, 16690,6 5, , 1,15 88 (67,4 661,8) 133,7 67,41, ,4 6, ,74 4,5 336 (684,8 67,4) 79,0 Σ Síla vznikající od normálových složek napětí se vypočte ze vztahu (.9): F N π n j1 S r j j π190049, ,83 N 1 MN Síla vznikající od tangenciálních složek napětí se určí ze vztahu (.10): n j1 ΔS ' j ΔS ' 1 ΔS ' ΔS ' 3 πd Δz 1 πd Δz πdδz π143,1 1π75,91 5π5, , mm F T σp π n j1 ΔS ' j 40 π17564, ,81 N 1,1 MN Výsledná kovací síla je dána vztahem (.11): F F K N F T 11,1 13,1 MN

44 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 44 Obr. 3.4 Schéma napětí v jednotlivých bodech průřezu

45 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpočet kovací síly podle Storoževa Kovací síla dle Storoževa se vypočte ze vztahu (.1): Kde: S S c d πd 4 d mm π ,8 mm F F F K K K σ p b 1,5 S h 1,5 b h 9 401, , N 8 MN c Dv 0,1 h 9 3 S d 140 0, , Výpočet kovací síly podle Brjuchanov - Rebelského Velikost kovací síly dle Brjuchanov Rebelského se určí ze vztahu (.13). Hodnota σ p je stanovena podle Rebelského diagramu. F F K K ,001 D v 0 1,1 D v σ p S d 1 0, , , N 10,6 MN Srovnání stanovených kovacích sil Tab. 3.5 Porovnání stanovených sil dle různých metod Metoda výpočtu Nomogram Tomlenov Storožev Brjuchanov Výsledná kovací síla 1,5 MN 13,1 MN 8 MN 10,6 MN

46 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba lisu Na základě vypočtených kovacích sil byl vybrán svislý kovací lis LMZ 1600 A, od firmy Šmeral Brno a. s., se jmenovitou tvářecí silou 16 MN. Základní technické parametry stroje jsou uvedeny v tabulce. Tab. 3.6 Základní technické parametry stroje 17 Jmenovitá tvářecí síla 16 MN Sevření 800 mm Průchod 190 mm Upínací plocha stolu 140x1150 mm Upínací plocha beranu 1160x1035 mm Přestavitelnost 10 mm Zdvih beranu 70 mm Počet zdvihů 85 1/min Celkový instalovaný výkon 85 kw 3.10 Návrh tvářecího nástroje Návrh zápustek Materiál zápustek je navržen dle tab... Pro výrobu zápustek byla zvolena ocel (56NiCrMoV7). Průměr předkovací zápustky musí odpovídat podmínce (.18): D D D z1 Z1 z1 D D 0,(D 74 0,(74 55) mm D H D ) 5 Nejmenší průměr předkovací zápustky je 105 mm. Průměr navržené předkovací zápustky je 140 mm.

47 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 47 Průměr dokončovací zápustky musí odpovídat podmínce (.19): D D D z z z D D 0,4(D H ) ,4(143 1) mm D D Nejmenší průměr dokončovací zápustky je 19 mm. Průměr navržené dokončovací zápustky je 50 mm. Tvar dokončovací dutiny zápustky je shodný s tvarem výkovku. Rozměry dutiny jsou zvětšeny o 1 % na smrštění materiálu Návrh prstencového vyhazovače Průměr předkovacího trnu musí vyhovět podmínce (.14): d D pt pt 0, , ,75 0,85 Průměr prstence musí vyhovět podmínkám (.15): D D D p p p d p 5 74,8 5 79,8 mm D D D p p p D t d mm v Průměr navrženého prstence je 80 mm, což vyhovuje daným podmínkám.

48 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 48 Průměr prstencového vyhazovače se pak určí ze vztahu (.16): dp dp Δ 74,8 0, 74,6 mm Průměr předkovacího trnu se vypočte (.17): dpt dpt Δ1 30 0,3 9,7 mm 3.11 Výpočet střižné síly Vnitřní i vnější výronek bude ostřižen za tepla po vykování, tzn. mez pevnosti materiálu v tahu pro stříhání za tepla při teplotě 800 až 750 C pak bude 118 MPa. Síla na ostřižení vnějšího i vnitřního výronku se stanoví dle kap..13.1: Celková střižná síla: F s F s1 F s , , ,3 N1538 kn 3.1 Volba ostřihovacího lisu Vzhledem k vypočtené střižné síle byl vybrán ostřihovací lis LKOA 00, od firmy Šmeral Brno a. s., se jmenovitou tvářecí silou 000 kn. Základní technické parametry stroje jsou uvedeny v tabulce.

49 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 49 Tab. 3.7 Základní technické parametry stroje 17 Jmenovitá tvářecí síla 000 kn Zdvih 180 mm Sevření 600 mm Přestavení beranu 100 mm Počet zdvihů 55 1/min Rozměr stolu 1415x1000 mm Rozměr beranu 1300x800 mm Celkový instalovaný výkon 18 kw 3.13 Tepelné zpracování výkovku Pro získání rovnoměrné a jemnozrnné struktury se bude výkovek normalizačně žíhat na 530 až 735 MPa v elektrické komorové peci Čištění výkovku Pro čištění výkovku bylo navrženo tryskání ocelovou drtí v bubnovém tryskacím zařízení PTB 3.

50 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Postup kování 1) Výchozí polotovar Obr. 3.5 Polotovar ) Předkování v předkovací zápustce Obr. 3.6 Stav po předkování 3) Kování v dokončovací zápustce Obr. 3.7 Stav po kování

51 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 51 4) Ostřižení dojde k ostřižení výronku a blány Obr. 3.8 Stav po ostřižení Tab. 3.8 Zkrácený technologický postup Číslo operace Název operace 1 Stříhání Kontrola ústřižku 3 Ohřev 4 Kování 5 Ostřižení 6 Teplené zpracování Popis operace Stříhat tyč ø75 mm na délku 11 mm Kontrolovat délku ústřižku Ohřát polotovar na teplotu max. 100 C 1. kovat v předkovací zápustce,. kovat v dokončovací zápustce Ostřihnout výronek a děrovat blánu při teplotě 750 až 800 C Normalizačně žíhat na 530 až 735 MPa 7 Čištění Otryskat ocelovou drtí 8 Konečná kontrola Kontrolovat vzhled a tvar dle výkresu výkovku Strojní zařízení ScK KSO 630/1,5-A30 LMZ 1600 A LKOA 00 Elektrická komorová pec Bubnový tryskač PTB 3 -

52 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 5 4 SIMULACE Simulace tvářecího procesu byla zpracována v programu FormFEM 1.6 a prokázala správnost navržení dutin zápustek. Výkovky nevykazují žádné vady ani vznik přeložek. Jako výstup programu FormFEM byly vybrány vrstevnice, teplota, kontaktní tlak a střední napětí. 4.1 Výsledky simulace předkovací operace Obr. 4.1 Průběh vrstevnic

53 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 53 Obr. 4. Rozložení teplot Obr. 4.3 Znázornění kontaktního tlaku

54 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 54 Obr. 4.4 Průběh středního napětí 4. Výsledky simulace dokončovací operace Obr. 4.5 Průběh vrstevnic

55 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 55 Obr. 4.6 Rozložení teplot Obr. 4.7 Znázornění kontaktního tlaku

56 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 56 Obr. 4.8 Průběh středního napětí

57 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 57 5 TECHNICKO - EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Úkolem technicko ekonomického zhodnocení je vyčíslení nákladů potřebných k výrobě zadané součásti pro navržený technologický postup, určení prodejní ceny výkovku při dosažení požadovaného zisku a také stanovení výrobního množství, při kterém se začne generovat zisk. Dané zhodnocení je třeba chápat pouze jako orientační, protože některé hodnoty použité ve výpočtech jsou stanoveny jen na základě odborného odhadu. 5.1 Spotřeba materiálu Jako polotovar byla stanovena tyč ČSN EN Tyčovinu bude dodávat firma Ferona a. s. v délkách 6 m (za cenu 930,46 Kč/m). Počet ústřižků z jedné tyče: L t nt (5.1) Lpol n t , ks Celkový počet potřebných tyčí: Q v ncelk (5.) nt Stupeň využití materiálu: k m ntm 100 (5.3) m t k m 87, ,5 634,7 %

58 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Přímé náklady na materiál N m C L n (5.4) m t celk 5.3 Přímé náklady na mzdy Výrobní čas jednoho výkovku byl stanoven odborným odhadem na 1,8 min. Ve čtvrtém čtvrtletí roku 009 činila průměrná hodinová mzda pracovníka 150 Kč/hod. Mzdy na 1 ks: N M1 t 60 k Mh (5.5) Celkové mzdy: N M N Q (5.6) M1 v 5.4 Ostatní přímé náklady Ostatní přímé náklady tvoří náklady na výrobu nástrojů, náklady na energii pro provoz strojního zařízení a náklady na sociální a zdravotní pojištění za zaměstnance Náklady na výrobu nástrojů Cena zápustek byla stanovena firmou ZVU Servis a. s. na Kč. N N = 4640 Kč

59 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Náklady na energii pro provoz strojního zařízení Energie na provoz strojního zařízení je stanovena na základě výkonů použitých strojů. Výkon strojních nůžek je 3 kw, indukčního ohřívače 630 kw, kovacího lisu 85 kw, ostřihovacího lisu 18 kw, komorové pece 30 kw a bubnového tryskače 30 kw. Cena elektřiny v roce 010 je 4,35 Kč/kWh. τ (5.7) Náklady na sociální a zdravotní pojištění Sazba za sociální a zdravotní pojištění za zaměstnance činí v roce 010 celkem 34 %. (5.8) Celkové ostatní přímé náklady (5.9) 5.5 Výrobní režie Výrobní režie zahrnuje náklady související s řízením a obsluhou výroby (spotřeba energie, vody, režijní materiál, náklady na opravy atd.). Výše režií je stanovena na základě odborného odhadu na 890 % mezd pracovníků.

60 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 60 (5.10) 5.6 Správní režie Správní režie zahrnuje náklady související s řízením a správou podniku (mzdy řídících pracovníků, náklady na účetnictví, telefonní poplatky, poštovné apod.). Jsou stanoveny odborným odhadem na 10 % mezd pracovníků. (5.11) 5.7 Odbytová režie Odbytová režie zahrnuje náklady spojené s odbytovou činností (skladování, expedice atd.). Jejich výše je odhadnuta na 170 % mezd pracovníků. (5.1)

61 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Celková kalkulace Tab. 5.1 Kalkulační vzorec Kalkulační položka Hodnoty na celou Hodnoty na 1 ks sérii (Kč) (Kč/ks) Přímý materiál Kč 199,4 Přímé mzdy Kč 4,5 Ostatní přímé náklady Kč 91, Výrobní režie Kč 40,1 Vlastní náklady výroby Kč 335, Správní režie Kč 9,5 Vlastní náklady výkonů Kč 344,7 Odbytová režie Kč 19,1 Úplné vlastní náklady výkonů Kč 35,3 Zisk (1 %) Kč 4,3 Prodejní cena Kč 394,6 5.9 Variabilní náklady Jsou tvořeny přímými náklady na materiál, mzdy, náklady na energii pro provoz strojního zařízení, náklady na sociální a zdravotní pojištění a určitou částí režií (odhadem 40 % z celkových režií). (5.13) 5.10 Fixní náklady Fixní náklady tvoří náklady na nástroje a určitá část režií (odhadem 60 % z celkových režií). (5.14)

62 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Analýza bodu zvratu Bod zvratu je takové množství produkce firmy, při kterém jsou náklady rovny tržbám (podnik neprodukuje ani zisk ani ztrátu). B zv FN (5.15) P VN 1 1 Bod zvratu je kusů. Překročením tohoto množství vyrobených kusů se začne vytvářet zisk. Obr. 5.1 Grafické znázornění bodu zvratu

63 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 63 ZÁVĚR V diplomové práci byla zpracována problematika výroby ozubeného kola z oceli Pro výrobu součásti byla vzhledem k plánované roční produkci kusů a požadovaných mechanických vlastností zvolena technologie zápustkové kování. Výchozím polotovarem pro výkovek je ocelová tyč 75 mm ČSN EN 10060, která bude dodávána firmou Ferona a. s. v délkách 6 m. Tyč je dělena na strojních nůžkách ScK 500 v délce 11 mm. Na kovací teplotu 1100 C je polotovar ohřát v indukčním ohřívači KSO 630/1,5-A30 od firmy Roboterm s. r. o. Výkovek se bude kovat na dvě operace (předkování a dokování) na svislém kovacím lisu LMZ 1600 A se jmenovitou tvářecí silou 16 MN od výrobce Šmeral Brno a. s. Po vykování výkovku se výronek ostřihne za tepla na ostřihovacím lisu LKOA 00 se jmenovitou tvářecí silou 000 kn od firmy Šmeral Brno a. s. Výkovek je normalizačně žíhán na 530 až 735 MPa v elektrické komorové peci. Pro čištění výkovku je navrženo tryskání ocelovou drtí v bubnovém tryskacím zařízení PTB 3. Tvářecí proces výkovku byl ověřen simulací v programu FormFEM 1.6 a prokázal správnost navržení dutin zápustek. Výkovky nevykazovaly žádné vady ani vznik přeložek. Pro výrobu požadovaného množství výkovků je potřeba objednat kusů tyčí o rozměrech mm. Pro snížení nákladů na výrobu součástí je možné odevzdat materiál z nevyužitých konců tyčí do sběrných surovin. Technicko - ekonomické zhodnocení ukázalo, že při plánované roční výrobní sérii bude zajištěn dostatečný zisk. Zisk bude generován od počtu vyrobených kusů. Cena jednoho výkovku byla vyčíslena na 394,6 Kč bez DPH.

64 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 64 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1. ČADA, R. Technologie I. [online]. [cit ]. Dostupné na World Wide Web: < >.. ČERMÁK, J. Podklady pro předmět Projekt I část kování. [online]. [cit ]. Dostupné na World Wide Web: < >. 3. ČSN Zápustky pro svisle kovací lisy - Technologické požadavky na konstrukci. Praha: Český normalizační institut, s. 4. ČSN Rozdělení zápustkových výkovků podle složitosti tvaru. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, s. 5. ČSN Výkovky ocelové zápustkové - Přídavky na obrábění, mezní úchylky rozměrů a tvarů. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, s. 6. DVOŘÁK, M., GAJDOŠ, F., NOVOTNÝ, K. Technologie tváření: plošné a objemové tváření.. vyd. Brno: Akademické nakladatelství Cerm, s. ISBN DVOŘÁK, M., MAREČKOVÁ, M. Technologie tváření. [online]. [cit ]. Dostupné na World Wide Web: < ex.htm >. 8. DVOŘÁK, M. a kol. Technologie II.. vyd. Brno: Akademické nakladatelství Cerm, s. ISBN ELFMARK, J. a kol. Tváření kovů. 1. vyd. Praha: STNL Nakladatelství technické literatury, s. ISBN

65 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List FOREJT, M.. Teorie tváření a nástroje. 1. vyd. Brno: Nakladatelství vysokého učení technického, s. ISBN HAŠEK, V. a kol. Kování. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, s. 1. HLUCHÝ, M., KOLOUCH, J., PAŇÁK, R. Strojírenská technologie 1. díl. 1. vyd. Praha: Scientia, s. r. o., s. ISBN JKZ Bučovice, a.s. - dodavatel nástrojových a konstrukčních ocelí. [online]. [cit ]. Dostupné na World Wide Web: < 14. LEINVEBER, J., ŘASA, J., VÁVRA, P. Strojnické tabulky. 3. vyd. Praha: Scientia, s. r. o., s. ISBN NOVOTNÝ, K. Tvářecí nástroje. 1. vyd. Brno: Nakladatelství vysokého učení technického, s. ISBN Roboterm, s.r.o. [online]. [cit ]. Dostupné na World Wide Web: < 17. Šmeral Brno a.s. - výroba a opravy tvářecích strojů, nástrojů pro tváření a odlitků. [online]. [cit ]. Dostupné na World Wide Web: <

66 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 66 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Zkratka/Symbol Jednotka Popis B zv ks bod zvratu b mm šířka můstku C e Kč/kWh cena za elektrickou energii C o - součinitel snížení plasticity materiálu v oblasti výronku vlivem poklesu teplot C m Kč/m cena jednoho metru tyče D c mm průměr výkovku s můstkem D D mm průměr výkovku D p mm průměr dosedací části prstencového vyhazovače d p mm průměr otvoru pro prstencový vyhazovač d p mm průměr prstencového vyhazovače D pol mm průměr polotovaru D pt mm průměr dosedací části předkovacího trnu d pt mm průměr otvoru pro předkovací trn d pt mm průměr předkovacího trnu D t mm roztečný průměr otvorů pro vyrážecí kolík upínače zápustek D v mm průměr výkovku bez výronku d v mm průměr otvoru pro vyrážecí kolík D z1 mm průměr předkovací zápustky D z mm průměr dokončovací zápustky