VÝROBA LOGA NA KAPOTU AUTOBOBILU MANUFACTURING OF CAR COMPANY LOGO
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR THESIS
AUTOR PRÁCE
Tomáš FRANĚK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2015
Ing. Kamil PODANÝ, Ph.D.
ABSTRAKT FRANĚK Tomáš: Výroba loga na kapotu automobilu. Bakalářská práce předkládá návrh technologie výroby loga. Součást je vyrobena z hliníkového plechu 42 4005 a celková výrobní série činí 100 000 ks/rok. Na základě variantního řešení byla navržena metoda kombinace ražení a tažení na konvenčním nástroji bez přidržovače. Nastroj je konstruován jako jedno operační pro upnutí do lisu LEN 25 C o jmenovité síle 250 kN. Pro toto konstrukční řešení byly provedeny výpočty a vytvořena výkresová dokumentace. Klíčová slova: Tažení, ražení, hliníkový plech, raznice, logo
ABSTRACT FRANĚK Tomáš: Manufacturing Of Car Company Logo. Bachelor thesis is submitting a proposal of production technology of logo. The part is made of aluminum sheet 42 4005 and the total production is 100,000 unit/year. Based on the variant solution method of combination of stamping and drawing on the instrument without holder has been designed. Instrument is constructed for fixing to the press LEN 25 C with a nominal tensile force of 250 kN. For this variant calculation part and drawings documents were made. Keywords: Drawing, stamping, aluminum sheet, die, logo
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE FRANĚK, Tomáš. Výroba loga na kapotu automobilu. Brno, 2015. 37 s, 5 výkresů, 2 příloh, CD. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Ústav strojírenské technologie, Odbor technologie tváření kovů a plastů. Vedoucí práce Ing. Kamil Podaný, Ph.D.
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Tímto prohlašuji, že předkládanou bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně, s využitím uvedené literatury a podkladů a na základě konzultací a pod vedením vedoucího bakalářské práce. V Brně dne 29.5.2015
…………………………..
PODĚKOVÁNÍ Tímto děkuji panu Ing. Kamilu Podanému, Ph.D. za cenné připomínky a rady týkající se zpracování bakalářské práce, jakož i společnosti CROMTRYCK s.r.o. za poskytnutí podkladů a pomoci. Dále chci poděkovat rodině, přítelkyni a kamarádům, za všestrannou pomoc a podporu, kterou mi při psaní bakalářské práce a během celého studia poskytli.
Obsah Zadání Abstrakt Bibliogarfická citace Čestné prohlášení Poděkování Obsah ÚVOD ........................................................................................................................................ 9 1 ROZBOR SOUČÁSTI ........................................................................................................ 10 1.1 Varianty výroby.............................................................................................................. 11 2 TECHNOLOGIE VÝROBY .............................................................................................. 14 2.1 Stanovení přístřihu ......................................................................................................... 15 2.2 Počet tažných operací ..................................................................................................... 16 2.3 Tažná mezera.................................................................................................................. 17 2.4 Použití přidržovače ......................................................................................................... 18 2.5 Síla a práce ..................................................................................................................... 19 2.6 Konstrukce nástroje ........................................................................................................ 21 2.7 Technologičnost výroby ................................................................................................. 23 2.8 Využití maziv při tváření................................................................................................ 24 3 NÁVRH VÝROBY .............................................................................................................. 25 3.1 Stanovení velikosti přístřihu........................................................................................... 25 3.2 Nástřihový plán .............................................................................................................. 26 3.3 Technologické výpočty .................................................................................................. 30 3.4 Volba stroje .................................................................................................................... 32 3.5 Návrh nástroje ................................................................................................................ 33 4 TECHNICKO-EKONOMICKÉ HODNOCENÍ .............................................................. 35 5 ZÁVĚRY .............................................................................................................................. 37 Seznam použitých zdrojů Seznam použitých symbolů a zkratek Seznam příloh
ÚVOD [7, 9] Pro každého výrobce je logo jedním z nejdůležitějších prodejních artiklů. Bývá proto často součástí konkurenčního boje a standardně je tedy předmětem zápisu ochranných známek či jiných hodnot duševního vlastnictví. V dnešní době se značky automobilů prezentují při různých příležitostech, ať už jde o reklamu v televizi nebo při sportovních událostech jako je například fotbalový zápas. Vzhled loga je tak vrýván do podvědomí veřejnosti a tím se zvyšuje zájem o výrobky tohoto konkrétního výrobce, který takto upevňuje pozici firmy na trhu. Obchodní značka, která je na logu zobrazena, by měla být zárukou kvality a spolehlivosti výrobků. Proto se spousta výrobců snaží pouze inovovat design a zároveň zachovat co nejvíce původní vzhled a myšlenku loga, které jsou zákazníkům známé již po generace. Například známá česká automobilka má ve znaku okřídlený šíp, který vznikl na základě inspirace z cest po Americe zakladatele Emila Škody. Tento šíp se ve znaku objevuje od počátku 20. století až do dnešní doby. Automobilka však neustále mění jeho vzhled, aby byl více atraktivní pro moderního zákazníka. Loga pro automobily se vyrábí z různých materiálů od plastů až po kovy a jejich slitiny. V dnešní době je pro výrobu automobilových součástí, tedy i pro výrobu loga možné použití celé řady technologií. Jedná se například o obrábění či tváření. Moderní doba však klade velké požadavky jak na využití materiálů, strojů a energií, tak na finanční a objemovou složku. Za těchto podmínek je výhodnější technologie tváření oproti obrábění. U tváření je množství odpadu minimální a je možné zpracovávat efektivněji i velké výrobní série. Nevýhodou je však velká pořizovací cena nástrojů sloužících k výrobě. Technologie tváření se rozděluje do dvou skupin, a to na objemové tváření, kam patří například kování, protlačování či ražení nebo na plošné tváření, kde je zahrnuto ohýbání, stříhání, tažení a jiné. Technologii tváření lze použít k výrobě od jednoduchých tvarů až po složité výlisky, viz obr. 1. Technologie je ovšem omezená velikostí polotovaru.
Obr. 1 Příklad výrobků zhotovených tažením [11,12,21,22] 9
1 ROZBOR SOUČÁSTI Zadaná součást je vyráběna z hliníkového plechu ČSN 42 4005 H24 o tloušťce 0,7 mm. Polotovarem je přístřih elipsovitého tvaru. Samotné logo má vypouklý a elipsovitý tvar s nápisem VUT FSI, “), které je anonymizovanou verzí budoucího loga vyráběného společností Cromtryck s.r.o., viz obr. 2. Toto logo slouží k umístění na přední i zadní části kapoty automobilu. Přední strana polotovaru je potištěna obchodní značkou výrobce automobilu. Tato strana je potažena fólií, která slouží k ochraně potištěného povrchu vůči poškrábání, ať už při ruční manipulaci nebo při samotných strojních operacích ve výrobě. Fólie je před odesláním sejmuta a konečnému zákazníkovi je tak prodán výrobek bez jediné oděrky. Výrobní série je 100 000 kusů ročně. Společnost Cromtryck s.r.o. se specializuje na výrobu luxusních emblémů pro automobilový průmysl. V České republice působí firma již více než deset let. Základním materiálem pro výrobu těchto emblémů je hliníkový plech, který je potištěný logem firmy. Tab. 1 Mechanické a technologické vlastnosti materiálu [17] Označení Chemické Stav Pevnost ČSN složení materiálu v tahu Rm (MPa) Al99,5 H24 105-145 42 4005
Obr. 2 Logo na kapotu automobilu
Obr. 3 Rozměry loga
10
Mez kluzu Min.Rp (MPa) 75
1.1 Varianty výroby [1, 4, 7, 8, 14, 15, 20] Při výrobě automobilového loga bude výroba provedena ve dvou operacích. První operace bude vystřižení přístřihu a ve druhé bude docházet k jeho vytvarování. Pro tuto operaci je volen proces plošného tváření, a to konkrétně kombinace tažení s ražením. Pro vystřižení přístřihu z plechu je možné využít různé dostupné technologie. Je nutné vzít však v potaz velikost výrobní série a vhodnost metod pro jejich ekonomické a časové využití. Tažení je možné uskutečnit na konvenčním nástroji, metodou hydroform nebo pomocí elastomerů. Možnosti vystřižení přístřihu: • Vodní paprsek Řezání vodním paprskem je kvalitní a ekologická metoda využívaná při dělení materiálu. Principem této metody je vysokotlaké zařízení, které stlačí vodu až na 4510 barů, kdy je poté do vody přidán abrazivní materiál. Vzniklá směs je vypouštěna tryskou, která vytváří vodní paprsek. Ten má dostatek energie na to, aby mohl řezat materiály jak s velkou pevností, tak i materiály křehké a houževnaté. Velmi přesný pohyb paprsku je řízen počítačem. Výhodou vodního paprsku je řezání bez otřepů, provádění řezu v těsné blízkosti hrany a vysoká přesnost. Materiály musí být přizpůsobeny pro styk s vodou, a proto musí být kovové materiály vhodně ošetřeny. • Laser Řezání laserem funguje na konverzi elektrické energie na energii světelnou. Jako spotřební materiál slouží při tomto typu stříhání pouze elektřina a asistenční plyny, které jsou vháněny do aktivního řezu. Tyto plyny zvyšují efektivitu a udržují kvalitu řezu. Tato technologie je bezhlučná a bezodpadová, protože většina odpadu způsobená prořezem je odpařena. Je možné takto řezat různé druhy materiálů například kovy, plasty, keramiku a jiné. Celý proces probíhá ve třech krocích. Prvním je přímé spalování materiálu, druhým je odtavení materiálu s následným vyfukováním vzniklé taveniny z místa řezu pomocí asistenčních plynů. Třetím Obr. 4 Řezání laserem [14] krokem je poté odpařování řezné hmoty. Výhodami laserového paprsku jsou především kvalita hrany, možnost zpracování složitějších tvarů a malá šířka řezu. • Polymery Principem této metody je kontejner, ve kterém je vložen elastomerový blok. Ten je tvořen několika pláty tloušťky 25 – 30 mm. Proti němu je na ponorné desce upevněn střižník. Mezi tyto dvě části je vložen polotovar, který je silou vtlačen do kontejneru s elastomerem a poté je intenzivním napětím v tahu odstřižen na hraně střižníku. Tato metoda je vhodná spíše pro tenké plechy. Výhodami jsou malé náklady na nástroj, univerzálnost nástroje, možnost stříhání více součástí na jednou. Největší nevýhodou této metody je však rychlé opotřebení nástroje a nekvalitní plocha střihu. 11
Obr. 5 Princip stříhání elastomery [15]
•
Konvenční střižný nástroj Jedná se o nástroj, který má pevný střižník i střižnici. Obě tyto části mají ostré hrany, které působí silou na plech a na hranách dochází k odstřižení výsledného polotovaru. Nástroj může být broušený rovnoběžně nebo se skloněnou hranou. U rovnoběžného nabroušení je nutné počítat s velkou okamžitou střižnou silou. Výhodou konvenčního nástroje je jeho dlouhá životnost a proto se více hodí pro velké výrobní série.
Obr. 6 Princip konvenčního stříhání [15] Porovnáním těchto technologií bylo zjištěno, že nejvhodnější metodou pro výrobu přístřihu loga je stříhání na konvenčním nástroji, a to vzhledem k jeho výrobě ve velké výrobní sérii a možnostem podniku. Další výhodou je využití NC podavače plechů, který podnik vlastní. Ten je upevněn na nástroji a zajišťuje posun plechu automaticky. Odpadá manuální posun a tím se zkracuje doba výroby a zvyšuje se přesnost. Ovšem je nutné tento prvek zahrnout do nástřihového plánu a navrhnout ho tak, aby bylo možné plech uchytit na referenční body.
Možnosti tažení: • Tažení hydroformem Tato metoda využívá hydrostatického tlaku, který vzniká působením tažníku na přístřih. Ten je vtlačován do vysokotlaké kapaliny přes pružnou membránu. Samotný polotovar není v přímém kontaktu s kapalinou jako u hydromechanického tažení. Metoda je vhodná i pro kombinaci ražení s tažením. Výhodou nástroje je možnost rychlé výměny tažníku a použití universální skříně, viz obr. 7.
Obr. 7 Metoda hydroform [20] •
Tažení polymery Při použití elastomeru nebo pryže jako tvářecího média se využívá jejich elastických vlastností a neformovatelností s vratným účinkem za použití malé síly. Výroba nástrojů je oproti konvenčním nebo hydromechanickým nástrojům méně složitá a tím
12
pádem i levnější. V rámci metody tažení polymeru je pro výrobu zadané součásti vhodnější metoda Guerin, neboť tato metoda využívá ocelový tažník a tažnici tvořenou bloky elastomeru, které jsou umístěny v polozavřené ocelové skříni, viz obr 8. Tato metoda je vhodná pro tváření tenkých plechů hliníku a jeho slitin, tedy plechů do tloušťky až 2 mm. Při větším počtu cyklů dochází k opotřebení. Výdrž pryžového bloku je 2000 až 3000 výtažků. Pro vyšší odolnost vůči opotřebení lze nahradit pryž pevnějším polyuretanem. Pro tažení Obr. 8 Metoda Guerin [15] elastomery je nutné silnějších hydraulických lisů, aby bylo možné překonat odpor elastomeru a plechu. Metoda Guerin při tváření nevyužívá přidržovač, a proto je vhodná jen pro mělké tažení. • Konvenční tažení Tažení lze provádět také za pomocí konvenčního nástroje. Nástroj je tvořen kovovým tažníkem a tažnicí. Tento způsob je vhodný pro větší výrobní série, z důvodu dlouhodobé životnosti a odolnosti proti mechanickým vlivům. Nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady nástroje. Konvenční metoda je vhodná i pro kombinaci tažení s ražením.
Obr. 9 Nástroj pro konvenční tažení [19] Pro velikost výrobní série zvoleného automobilového loga jsou metody hydroform a tažení pryží méně vhodné z důvodu nízké odolnosti materiálu nástroje vůči opotřebení. S ohledem na opotřebení je tedy vhodné použití konvenčního nástroje, kde je razník i raznice zhotovena z pevné nástrojové oceli. Další výhodou této metody je pořizovací cena, která je nižší než cena stroje pro metodu hydroform.
13
2 TECHNOLOGIE VÝROBY [1, 5, 9, 18] U tažení dochází ke změně tvaru polotovaru z rovinné plochy na prostorové těleso. Ve většině případů se jedná o přístřih z plechu a výsledkem tažení je pak dutý výtažek. Jednoduché výtažky je možné zhotovit na jednu tažnou operaci, ale na konstrukčně složitější výtažek je nutno použít více tahů. Operaci je možné provádět s přidržovačem, který zabraňuje zvlnění okrajů výtažku, či bez něj. Při tažení bez ztenčení stěn je rozdíl tlouštěk mezi výchozím polotovarem a výsledným výtažkem minimální. Polotovar je vlivem tažení namáhán a deformován napětím σ a deformací ε, viz obr. 10. Nejmenší napjatost je v oblasti (A) u dna, kde je zeslabení materiálu minimální. V oblasti (B) je materiál hranou tažníku namáhán prostorovou napjatostí. V této oblasti dochází ke ztenčení stěn. V oblasti (C) je stěna výtažku namáhaná pouze tahovou silou. Na hraně tažnice v oblasti (D) vzniká opět prostorová napjatost. Přidržovač v oblasti (E) působí tlakem a zároveň vzniká rovinná napjatost. Pokud není použit přidržovač, tyto složky v oblasti (E) jsou zanedbatelné.
Obr. 10 Napětí a deformace při tažení [20] Při ražení dochází k přetváření povrchu výlisku za pomocí velkého tlaku. Razník působí za pomoci tlaku na polotovar a materiál zatéká do dutin raznice. Vhodný materiál pro ražení je spíše měkký, například hliník apod. Ražení je možné provádět jak za studena, tak i za tepla. Tato technologie se využívá při ražení mincí, medailí nebo lze využít při výrobě složitějších výlisků či 3D efektu u písma na výlisku, viz obr. 11. Obr. 11 Příklad raženého loga [16]
14
2.1 Stanovení přístřihu [7, 8] Při stanovení přístřihu se uvažuje se stálostí objemu materiálu a konstantní tloušťkou polotovaru při tažení. U tlustých plechů se počítá se střední hodnotou tloušťky plechu a u tenkých plechů se používá vnější hodnota. Velikost jednoduchých přístřihů polotovaru je stanovena pomocí vzorců nebo diagramu. Další možností je geometrický rozklad na jednoduché plochy (rovinné, zaoblené či válcové), kde je každá plocha spočítána zvlášť. Součtem těchto ploch vznikne celková velikost přístřihu. Podmínkou je splnění předpokladu, že plocha výtažku je rovná ploše přístřihu. Pokud je výtažek složitější a není jej možné spočítat pomocí předchozích metod je využito Guldinovy věty. U náročných výtažků je pro zjednodušení výpočtu využíváno moderních 3D programů jako například SolidWorks či Autodesk Inventor a jiné. •
Velikost přístřihu pro válcový výtažek bez příruby: DO = d 2 + 4 ⋅ d ⋅ h [mm] kde: d – vnitřní průměr výtažku [mm] h – minimální výška výtažku [mm]
•
(2.1)
Guldinova věta:
R 2 = L ⋅ d m [mm] kde: R – poloměr přístřihu ( DO = 2 ⋅ R ) [mm] L – délka poloviny obrysu výtažku [mm] d m = 2 ⋅ rm [mm] kde: rm – poloměr těžiště obrysu výtažku
rm =
∑L ⋅r i
i
[mm] L kde: Li – jednotlivé délky úseku obrysu výtažku [mm] ri – poloměr těžiště těchto úseků [mm]
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Další možností jak zjistit velikost přístřihu je pomocí grafické metody, viz obr. 12. Tato metoda se spíše využívá u složitějších rotačních tvarů, u kterých není možné pro spočítání plochy použít matematické vzorce.
Obr. 12 Grafické řešení [1] Vypočítaná nebo jinak určená velikost přístřihu pro tažení musí být navýšena podle počtu tažných kroků o určitá procenta. Pro tažení na jednu operaci jde o 1% až 3% a pro další tahy se přidává další 1%.
15
2.2 Počet tažných operací [7, 8] Pro výrobu je nutné vypočítat počet tažných operací potřebných ke zhotovení výtažku. Nejvýhodnější variantou z ekonomického a konstrukčního hlediska je výroba na jednu tažnou operaci. Pokud tažení probíhá ve více krocích, je nutné po třetím kroku zařadit operaci rekrystalizačního žíhání. Minimální hodnota součinitele pro tažení hliníkových slitin je m1=0,47 – 0,43, pro druhý tah m2=0,69 – 0,71 a pro třetí tah m3=0,72 – 0,74. Součinitel tažení je ovlivněn celou řadou faktorů: - poměrná tloušťka so/D - kvalita materiálu - geometrie tažníku a tažnice - podmínky tažení - druh technologie atd. Výpočet součinitele tažení • Pro první krok: d m1 = 1 [mm] DO kde: DO – průměr přístřihu [mm] d1 – průměr polotovaru v prvním kroku [mm] •
•
Pro druhý krok: d m 2 = 2 [mm] d1 kde: d2 – průměr polotovaru v druhém kroku [mm] Pro třetí krok: d m3 = 3 [mm] d
(2.6)
(2.7)
2
kde:
(2.5)
d3 – průměr polotovaru ve třetím kroku [mm]
Pro realizaci tažení na jednu operaci musí být vypočítaný součinitel tažení větší než minimální hodnoty udávané pro použité slitiny. Jestliže je výsledek nižší, je nutné provést tažení na více kroků. Počet kroků tažení je určeno, jakmile se výsledek shoduje se zadanými hodnotami součinitele tažení.
Obr. 13 Schéma tažení na 3 operace [7]
16
2.3 Tažná mezera [7, 18] Tažná mezera u tažení bez zeslabení stěn by měla být větší než je tloušťka plechu. Norma ČSN doporučuje hodnoty pro první a pro další operace. Pokud je vůle mezi tažníkem a tažnicí zvolena příliš velká dochází k tvoření sekundárních vln na stěně výtažku. Naopak při volbě malé mezery hrozí kvůli velkým tažným silám utržení dna. Tažnou mezeru je možné vypočítat dle následujících vztahů. •
Výpočet tažné mezery pro první a další operace: z = 1,2 ⋅ s kde: s – tloušťka plechu [mm] zi = (1,1 ÷ 1,2 ) ⋅ s
•
Výpočet tažné mezery podle Oehlera: z = s max + k ⋅ 10 ⋅ s kde:
(2.8) (2.9)
(2.10)
smax – maximální tloušťka plechu [mm] k – koeficient – pro ocel k=0,07 - pro hliník k=0,02 - pro ostatní neželezné kovy k=0,04
U tažení plechů s povrchovou úpravou je nutné zajistit vhodnou teplotu polotovaru, aby nedocházelo k prasklinám na vrchní plastické vrstvě. Součinitel tažení je u plechů s povrchovou úpravou horší než u plechů bez úpravy. Při konstrukci nástroje je nutné počítat i s touto plastickou vrstvou. Je tedy nutné přepočítat tažnou mezeru nástroje, pro povrchově upravený plech.
Obr. 14 Schéma tažení plechu s povrchovou úpravou [7] •
Tažná mezera pro povrchově upravené plechy: z = s + 0,75 ⋅ s p
kde:
sp – tloušťka plastické vrstvy [mm]
17
(2.11)
2.4 Použití přidržovače [7, 8, 19] Při metodě tažení může docházet k nežádoucím deformacím na výtažku, jako jsou například vlny. Tyto nechtěné vady na výlisku lze omezit použitím nástroje s přidržovačem. Zda je nutné použít přidržovač nebo táhnout polotovar bez přidržovače, určují empirické vztahy, které jsou ověřeny praxí. U tažení plechů do tloušťky 0,5 mm je nutné využít přidržovač vždy.
Obr. 15 Použití přidržovače [20] •
•
Vztah dle Freidlinga: s ∆s = O ⋅ 100 [-] DO Jestliže je: ∆s < 1,5 – je nutné použití přidržovače ∆s > 2 – lze táhnout bez přidržovače ∆s = 1,5 až 2 – je nutné tažení ověřit Vztah dle Šofmana: DO − d ≤ 18 ⋅ s O [-] kde: d – poloměr výtažku [mm] Pokud je podmínka dle vztahu splněna lze táhnout bez přidržovače.
18
(2.12)
(2.13)
•
Vztah dle normy 22 7301: s α = 50 ⋅ ( mk − O ) [-] 3 D O kde: mk – materiálová konstanta (pro hliníkový plech z=2) so – tloušťka plechu [mm] Do – průměr přístřihu [mm] Jestliže je: d α ≥ 100 ⋅ - je nutné použití přidržovače DO d α < 100 ⋅ - lze táhnout bez přidržovače DO
(2.14)
2.5 Síla a práce [5, 7, 15, 18, 20] Celková síla a práce se bude skládat z kombinací dvou hlavních složek, a to razících a tažných sil. Dalšími ovlivňujícími složkami jsou síly, které způsobí například použití přidržovače. Tažná síla přetvoří rovinný přístřih na duté těleso a razící síla na dně výtažku vyrazí reliéf loga. Celková síla nesmí, přesáhnou kritickou úroveň, pokud by se tak stalo, je možné předpokládat, že bude docházet k utržení dna nebo jiným deformacím. Obr. 16 Velikost síly a práce [7] Fc = Ft + Fr + Ftp [N] kde: Ft – tažná síla [N] Fr – razící síla [N] Ftp – přidržovací síla [N] •
(2.15)
Tažná síla Maximální tažná síla je volena menší, než je síla potřebná k utržení dna výtažku od stěn. V praxi se používají zjednodušené vzorce pro výpočet tažné síly. Tyto vztahy se také používají ke kontrole jmenovité síly stroje.
Vztah pro výpočet tažné síly bez přidržovače: Ft = S ⋅ Rm [N] kde: S – plocha polotovaru ( S = π ⋅ d ⋅ s [mm2]) d – průměr tažníku [mm] s – tloušťka plechu polotovaru [mm] Rm – mez pevnosti materiálu [MPa]
19
(2.16)
Vztah pro výpočet tažné síly s přidržovačem: Ftp = Lt ⋅ s ⋅ Rm + S p ⋅ p [N] kde: Lt – délka tažné hrany polotovaru [mm] s – tloušťka plechu polotovaru [mm] Rm – mez pevnosti materiálu [MPa] Sp – plocha přidržovače [mm2] p – měrný tlak přidžovače [MPa] (pro hliník 0,8 až 1,2 MPa)
•
•
(2.17)
Razící síla Razící silou je potřebná síla k ražení za studena. Vztah pro výpočet razící síly: (2.18) Fr = S ⋅ q [N] kde: q – měrný tlak [MPa] Měrný tlak q pro: hliník – 785 až 1177 MPa Celková práce Tažná práce je práce, kterou vykonává celková síla při působení na polotovar. Velikost této práce je znázorněna v grafu, viz obr. 10, kde integrál plochy pod křivkou znázorňuje závislost celkové síly a výšky zdvihu.
Vztah pro výpočet celkové práce: A = Fc ⋅ h ⋅ C [J] kde: h – výška výtažku [mm] C – koeficient zaplnění plochy
20
(2.19)
2.6 Konstrukce nástroje [9, 10, 13] Nástroj pro výrobu je kombinací tažného a razícího nástroje. Horní část je připevněná pomocí stopky k beranu lisu. A spodní část je upevněna pomocí upínek a šroubů ke stolu lisu. Nástroj je složen z tažníku a tažnice nebo případně z razníku a raznice. Z důvodu vzniku vln na výtažku je možné použití přidržovače. Jedná se o činné části, které přetváří plechový přístřih na dutou součást. Při konstrukci nástroje je nutné znát vstupní parametry jako je počet operací tažení, vůle mezi tažníkem a tažnicí či velikost polotovaru. Dále je nutné brát ohled na stroj, na kterém bude nástroj používán. Principem procesu je pohyb horní desky směrem dolů, která je připevněná k beranu pomocí stopky. Deska je vedena po vodících sloupcích, aby nedocházelo k vyosení razníku. Ten je upnut na desce pomocí kolíků a šroubů. Razník dosedá přímo na polotovar a ten je silou vtlačován do raznice. Ta je připevněna k spodní desce, která je upnutá upínkami ke stolu stroje. Ukázka konvenčního nástroje Obr. 17 Řez nástroje pro tažení [9] pro tažení, viz obr 17. •
Tažník Tažník je pohyblivá část nástroje, která vtlačuje přístřih do tažnice. Tvar tažníku odpovídá vnitřnímu tvaru výtažku. Pro malé výtažky je možné zhotovit tažník z jednoho kusu, pro velké výtažky jsou tažníky vyráběny dělené. Při volbě vhodného materiálu pro výrobu tažníků je brán zřetel na Obr. 18 Tažníky pro různé velikosti výtažků [9] jeho odolnost vůči opotřebení, proto jsou nejčastěji využívány materiály jako například šedá litina nebo nástrojové oceli. Tažníky na obr. 18 jsou vhodné pro různé průměry polotovaru, kdy tažník a) je vhodný pro polotovary do velikosti průměru 25mm, b) do 30mm, c) do 80mm a d) je konstrukce tažníku vhodná pro větší průměry nad 100mm. Pro správnou funkčnost musí být hrana tažníku zaoblena dle vztahu: rtv = (3 ÷ 7 ) ⋅ so [mm]
(2.20)
21
•
Tažnice Tažnice je funkční část tažidla, která je pevná. Má prstencovitý tvar s funkčním otvorem. Přístřih je protlačován tažníkem skrz otvor v tažnici. Tvar se může lišit na základě počtu operací. Tažnice stejně jako tažník podléhají velkému opotřebení, proto je nutné volit ke zhotovení vhodné materiály. Provedení různých tvarů tažnic, viz obr. 19: a) výtažek se vrací zpět nad tažnici a je setřen z tažníku b) výtažek se propadá pod tažnici c) tažnice určená pro druhý a další tahy.
Obr. 19 Příklady tažnic [13]
Rozhodující vliv na přesnost a kvalitu výtažku má zaoblení hran tažnice. To je určeno pro první tah dle normy ČSN 22 73 01:
rtc = 0,8 ⋅ so ⋅ (Do − d ) [mm]
(2.21)
Z důvodu ražení loga je nutné upravit běžnou tažnici na tažnici kombinovanou s raznicí. Raznice bude mít tvar misky, který bude kopírovat výsledný vzhled výtažku. Na dně misky je dutina pro vyražení loga. Tažník je také přizpůsoben k tažení a následnému vyražení loga. Na obrázku 20 jsou detaily dvou protilehlých částí razícího nástroje, a to razníku a raznice.
Obr. 20 Detail raznice a razníku
22
2.7 Technologičnost výroby [7, 8, 9] Technologičnost výroby se snaží snižovat výrobní náklady a výrobní časy. Zároveň je nutné, aby všechny operace probíhaly dle předem učených postupů a byly dodrženy všechny výrobní parametry jako například dodržení vhodného materiálu nebo tolerance na výtažku. Zohledňující parametry jsou: - velikost výrobní série - vhodně použité stroje - kvalita a cena materiálu - kapacitní možnosti podniku - možnosti skladování. Při tažení je nutné dodržet určité zásady, aby byly dodrženy podmínky technologičnosti. Zásady tažení jsou: vhodnost tvaru výtažku výtažek volit bez ostrých hran pokud možno realizovat výrobu na jednu tažnou operaci určit vhodné tolerance zvážit využití přidržovače. Nedodržením některých zásad může docházet k různým poškozením polotovaru. Buď při samotném tažení nebo způsobené lidským faktorem nebo cizími částicemi. Tyto vady je nutné co nejvíce eliminovat, aby nedocházelo k velké tvorbě odpadů kvůli nevyhovujícímu vzhledu součásti. Nejčastějšími problémy jsou: zvlnění okraje utržení dna deformace tvaru deformace cizími částicemi. Některé vady jsou způsobeny lidským faktorem například špatným založením polotovaru do nástroje, kdy dojde k deformaci tvaru, viz obr. 21 nebo přehlédnutím nečistot na přístřihu. Tyto chyby lze odstranit častější kontrolou nebo nahrazením ručního zakládání mechanickým. Dalším opatřením za účelem předejití deformacím je zavedení Obr. 21 Špatně založený polotovar bezpečnostních čidel, které by hlídali správné založení polotovaru.
K odstranění vad, kterou je například tvoření vln na okraji výtažku, jsou nutná již větší opatření. Nejčastější je zavedení přidržovače, respektive pozměnění konstrukce nástroje tak, aby bylo možné přidržovač použít. Obr. 22 Zvlnění okraje 23
2.8 Využití maziv při tváření [7] Tvářením dochází vlivem síly k trvalé změně tvaru. Při tomto procesu vznikají i nežádoucí síly jako například třecí síla, která může mít negativní vliv na průběh tažení. Pro eliminování těchto nežádoucích sil je možné použít různých druhů maziv. Hlavním využitím maziv je snížení třecí síly, zamezení studeným spojům, zvýšení životnosti nástroje, popřípadě umožnění dodržení tolerancí na výtažku. Mazivo ovlivňuje také napětí v materiálu, které je tvořeno poměrem vnitřního a vnějšího tření materiálu. To je větší, čím vetší je plocha styku tvářeného materiálu s nástrojem. Ne vždy však jsou třecí síly nežádoucí. V některých případech vytváří požadovanou deformaci a umožňují nám dosáhnout zadané tvary a tolerance. Pokud ovšem brání třecí síly žádané změně tím, že zvyšují celkové odpory, je nutné využít pro jejich snížení právě maziv. Požadavky na mazivo se liší podle druhu použitého materiálu a náročnosti tažného procesu. Používají se ropné cyklanické oleje středně viskózní nebo méně viskózní s přísadou jako je například chlorovaný tuhý parafín nebo s tuhou přísadou tuhého maziva (grafitu, křídy), rostlinné oleje, živočišné oleje a tuky, vodné roztoky sodných nebo draselných mýdel. Možné je i použití suchých práškových mýdel. Tuhá maziva, jako je například grafit, je možné použít i samostatně. Mají využití u tažení plechů do větší hloubky nebo plechů s vysokou pevností a malou tažností.
24
3 NÁVRH VÝROBY Logo na kapotu automobilu elipsovitého tvaru bude vyráběno z hliníkového plechu 42 4005 H24 o tloušťce 0,7mm. Součást bude vyrobena ve dvou krocích. První krok bude vystřižení přístřihu a druhý vytvarování výsledného tvaru. Pro zhotovení je zvolená metoda ražení konvenčním nástrojem. Tato metoda je vybrána z důvodu odolnosti nástroje vůči opotřebení při velkých výrobních sériích. Velikost výrobní série činí 100 000 kusů ročně.
Obr. 23 Logo na kapotu
3.1 Stanovení velikosti přístřihu Pro určování velikosti přístřihu je možné použít více metod. A to především metodu, která se řídí zákonem o zachování objemu. Principem této metody je, že objem přístřihu je roven objemu výtažku nebo pokud se tloušťka plechu v průběhu tažení nemění, je možné určit velikost přístřihu pomocí zákona o zachování ploch. Celý výtažek se rozdělí na více jednoduchých ploch, pro které je možné snáze vypočítat obsah plochy, a následně jsou výsledky ploch sečteny do celkové plochy přístřihu. Při tažení na jednu operaci je nutné zvětšit velikost přístřihu o 3% a u dalších operací o 1%. Pro Obr. 24 Rozdělení ploch výtažku předpoklad tažení na jednu operaci je výsledný přístřih zvětšen o 3%, viz obr.25. Tato hodnota bude dále ověřena výpočtem. U rotačních součástí je možné využít i různé odborné tabulky nebo stanovit velikost pomocí matematických vzorců. Moderní doba, ale umožňuje u složitějších tvarů zdlouhavé matematické výpočty a složitá grafická řešení nahradit pomocí 3D modelace v různých programech např. Autodesk Inventor, SolidWorks atd. Pro výpočet byl využit již zmíněný program Solidworks.
Obr. 25 Přístřih 25
3.2 Nástřihový plán Nástřihový plán je obecně označované rozložení výstřižku na pásu či tabuli plechu tak, aby plocha plechu byla co možná nejvíce technologicky a ekonomicky využita a vzniklý odpad, který nelze dále využít, byl minimální. Nástřihový plán by tedy měl mít co nejmenší odpad a co největší výtěžnost za minimální náklady. Při návrhu plánu je nutné stanovit velikosti střižné přepážky a velikost okrajů. Poté se stanoví následující operace, jako je výpočet počtu kusů výstřižků z pásu, počet pásů z tabule plechu, počet tabulí plechů, výpočet množství odpadu, ekonomické využití zpracovaného materiálu, stanovení nejvýhodnějšího rozmístění výstřižku na plechu a výpočet šířky plechu. Pro stanovení velikosti přepážek E a F je nutné určit následující faktory: velikost a tvar výstřižku, tloušťka plechu a uspořádání výstřižků v pásu. Hodnoty E a F jsou určeny dle přílohy č. 1: E=2,6mm F=7,5mm. Tyto hodnoty jsou zaokrouhleny směrem nahoru vzhledem k lepší přilnavosti ochranné fólie na plechu. Pokud by byla přepážka E mezi jednotlivými výstřižky malá, docházelo by během stříhání k uvolnění této fólie a mohlo by docházet k poškození dalších výstřižků. Proto je hodnota E zaokrouhlena na 3mm a hodnota F na 8mm. Obr. 26 Pozice přepážek a okrajů [1] Pro výrobu je použit plech o rozměru 800x550 mm a tloušťky 0,7mm. Tento plech je dodáván přímo výrobcem. Velikost plechu určují předchozí operace jako například potisk plechu. Stroj pro tuhle operaci je limitován rozměry vkládaného polotovaru. Rozložení přístřihu na plechu bude spočítáno ve dvou rozvržení, a to buď s horizontální, nebo vertikální polohou polotovaru, viz obr 27.
Obr. 27 Varianty rozložení přístřihu
26
•
Varianta a) Velikost použitého plechu: 800x550 mm. Tento plech je stříhán podélně. Velikost kroku K: K = n + E = 101,8 + 3 = 104,8mm kde: n – šířka polotovaru [mm] E – velikost přepážky [mm] Šířka pásu Dp:
Dp = m + F + Př = 234,8 + 8 + 16 = 258,8mm
(3.1)
(3.2)
kde: m – délka polotovaru [mm] F – velikost okraje [mm] Př – velikost přídavku pro NC podavač [mm] Šířka pásu bude z důvodu jednoduší výroby zaokrouhlena na 260 mm. Počet celých pásů z tabule Ppt: 550 550 Ppt = = = 2,12ks (3.3) D p 260 Z tabule plechu 800x550 mm je možné udělat dva celé pásy o šířce 260 mm a 30 mm pás, který už nemá ve výrobě další využití. Počet výstřižků z pásu Pvp: 800 800 Pvp = = = 7,63ks K 104,8 Z pásu je možné vystřihnout 7 kusů výstřižků. Počet výstřižků z tabule Pvt: Pvt = Ppt ⋅ Pvp = 2 ⋅ 7 = 14ks Spotřeba tabulí plechu Psp: S 100000 Psp = r = = 7142,86ks Pvt 14 kde: Sr – velikost výrobní sérié [ks] Počet tabulí musí být zaokrouhlen na 7143 kusů. Plocha tabule St: S t = 800 ⋅ 550 = 440000mm 2 Plocha výstřižků z tabule Svt: S vt = S v ⋅ Pvt = 18788 ⋅ 14 = 263032mm 2 kde: Sv – plocha výstřižku [mm] Využití tabule v % Ut: S 263032 U t = vt ⋅ 100 = ⋅ 100 = 59,78% St 440000
27
(3.4)
(3.5)
(3.6)
(3.7) (3.8)
(3.9)
Obr. 28 Plech pro variantu a)
Z jedné tabule plechu je možné vystřihnout 14 polotovarů na dvou pásech. U této varianty však zbyde velká část odpadu. Při rozstřižení tabule na dva pásy zůstane 32,3 mm pás a po vystříhání výstřižků z plechu vznikne zbytek o šířce 66 mm. Pro zamezení strhávání ochranné fólie během stříhání je zbytek odpadu využit na zvětšení přepážek. Stržená fólie se může zachytit ve střižnici a způsobovat nestandardní výstřižky.
Obr. 29 Vystřižený plech pro variantu a) •
Varianta ai) Varianta ai) vychází ze základů varianty a). Tabule plechu není rozdělena na dva pásy, ale zůstává celá. Tento plech je rozstřižen na nástroji, který se skládá ze dvou střižníků umístěných za sebou. Tato varianta je vhodnější z důvodu rychlejšího nastříhání výrobní série. Čas potřebný na založení pásů je tak zkrácen na polovinu a i samotné stříhání je dvojnásobně rychlejší. Nevýhodami této varianty je nutnost použití většího lisu a vyšší pořizovací cena stříhacího nástroje.
28
Obr. 30 Vystřižený plech pro variantu ai) •
Varianta b) Velikost použitého plechu: 800x550 mm. Tento plech je stříhán podélně. Velikost kroku K: K = n + E = 234,8 + 3 = 237,8mm kde: n – šířka polotovaru [mm] E – velikost přepážky [mm] Šířka pásu Dp:
Dp = m + F + Př = 101,8 + 8 + 16 = 125,8mm
(3.10)
(3.11)
kde: m – délka polotovaru [mm] F – velikost okraje [mm] Př – velikost přídavku pro NC podavač [mm] Šířka pásu bude z důvodu jednoduší výroby zaokrouhlena na 126 mm. Počet celých pásů z tabule Ppt: 550 550 Ppt = = = 4,36ks (3.12) D p 126 Z tabule plechu 800x550 mm je možné udělat čtyři celé pásy o šířce 126 mm a 36 mm pás, který už nemá ve výrobě další využití. Počet výstřižků z pásu Pvp: 800 800 Pvp = = = 3,36 ks K 237 ,85 Z pásu je možné vystřihnout 3 kusy výstřižků. Počet výstřižků z tabule Pvt: Pvt = Ppt ⋅ Pvp = 4 ⋅ 3 = 12ks
29
(3.13)
(3.14)
Spotřeba tabulí plechu Psp: S 100000 Psp = r = = 8333,33 ≅ 8334ks Pvt 12 Počet tabulí musí být zaokrouhlen na 8334 kusů. Plocha tabule St: S t = 800 ⋅ 550 = 440000mm 2 Plocha výstřižků z tabule Svt: S vt = S v ⋅ Pvt = 18788 ⋅ 12 = 225456mm 2 kde: Sv – plocha výstřižku [mm] Využití tabule v % Ut: S 225456 U t = vt ⋅ 100 = ⋅ 100 = 51,24% St 440000
(3.15)
(3.16) (3.17)
(3.18)
Dle výpočtů je zvolena varianta a), která má větší využití tabule plechu, o dva výstřižky více než varianta b) a na celou výrobní sérii spotřebuje o 1191 tabulí méně. Pro efektivnější využití stroje je zvolena varianta a1), u které není nutnost plech rozstříhávat na pásy.
3.3 Technologické výpočty Jelikož se nejedná o rotační součást, byly pro výpočty zvoleny hodnoty ploch polotovaru a výtažku pomocí 3D modelu, který byl pro tyto účely zrealizován v programu SolidWorks. Jedná se tedy o teoretické výpočty a od skutečných hodnot by se neměly příliš lišit. Změřené plochy pro výpočty: Plocha polotovar: Sc=18 788,1 mm2 Plocha výtažku po první operaci: Sc1=16 333,99 mm2 Počet tažných operací není možné stanovit dle vzorce 2.5, protože tvar součásti není rotační a tak nemá potřebný průměr pro zadání do vzorce. Výpočet je tedy pouze orientační na základě porovnání ploch a praktických zkušeností Vzhledem k malé hloubce tažení by mělo výrobek na jednu tažnou operaci provést. S c1 16333,99 = = 0,87 Sc 18788,1 Minimální hodnoty součinitele tažení pro první operaci u hliníkových slitin jsou m1=0,47 – 0,43. Porovnáním minimálních a vypočítaných hodnot je zřejmé, že výtažek je možné zhotovit na jednu operaci.
•
Tažná mezera: z = sO + 0,75 ⋅ s p = 0,7 + 0,75 ⋅ 0,1 = 0,775mm Jako plastická vrstva je brána ochranná fólie a tištěná vrstva na povrchu loga.
30
Pro zjištění zda je nutné použít přidržovač dle vzorců v kapitole 2.4 je nutné znát průměr, jelikož se jedná o elipsu není možné dosadit do vzorců správnou hodnotu Součást je možné zhotovit bez použití přidržovače, jelikož podmínka kdy je nutné použít přidržovač je pro plech o tloušťce menší jak 0,5mm. Součást tedy lze táhnout bez přidržovače. Je, ale možné, že bude v některých případech docházet ke zvlnění a je tedy nutné ověřit funkčnost nástroje bez přidržovače praktickými zkouškami.
•
Zaoblení tažníku: rtv = 4 ⋅ so = 4 ⋅ 0,7 = 2,8mm Toto minimální zaoblení tažníku je splněno, jelikož razník má větší zaoblení než je spočítáno.
•
Výpočet síly:
Pro výpočet sil je nutné počítat s délkou tažné a razící hrany. Tyto délky jdou určeny dle programu Solidworks. Tažná síla: Délka tažné hrany L= 936 mm Ft = L ⋅ t ⋅ Rm = 939 ⋅ 0,7 ⋅ 120 = 78624 N Pro výpočet tažné síly je zvolena přibližně střední hodnota meze pevnosti z tabulky č.1. Razící síla: Délka razící hrany L=248 mm. Fr = L ⋅ t ⋅ q = 248 ⋅ 0,7 ⋅ 900 = 156240 N Celková síla: Fc = Ft + Fr = 78624 + 156240 = 234864 N Velikost celkové síly je jeden z nejdůležitějších parametrů pro výběr vhodného stroje. •
Celková práce: A = Fc ⋅ h = 234864 ⋅ 16 = 3757824 J = 3757,824kJ
31
3.4 Volba stroje [23] Kritériem pro volbu stroje je síla potřebná pro výrobu součásti a možnost použití, jak pro samotné tváření, tak i pro stříhání. Ze strojů, které má firma k dispozici se nejvíce hodí výstředníkový lis LEN 25 C, viz obr. 32. Tento lisy je určený pro všechny práce lisováním za studena, jako je stříhání, vystřihování, děrování, ostříhávání, ražení, ohýbání, rovnání, protlačování, mělké tažení apod. Pohon lisu zabezpečuje přepínatelný dvouotáčkový elektromotor, čímž je dána možnost volit počet zdvihů berana podle technologické potřeby. Na lisech je použita pneumaticky ovládaná lamelová spojka, mechanicky spřažená s lamelovou třecí brzdou. Výhody stroje: - využití pro více operací - dostačující střižná síla - dostačující zdvih beranu - spolehlivost stroje - k dispozici dva stroje - nenáročná údržba - zaškolená obsluha stroje - možnost použití mechanického a automatického příslušenství
Parametry stroje: - rychlí a pomalý chod - síla lisu: 250N - práce: 400-630 J - maximální tloušťka plechu: 3-5 mm - plocha stolu: 450x560 mm - plocha beranu: 220x355 mm - zdvih: 8-85 mm - sevření: 265 mm - hmotnost lisu: 2500 kg
Obr. 32 Výstředníkový lis LEN 25 C [23]
32
3.5 Návrh nástroje Pro výrobu zadané součásti byla zvolena kombinace metod ražení a tažení na konvenčním nástroji. Nástroj pro výrobu loga byl navrhován dle zkušeností s obdobnými konstrukcemi. Tyto nástroje jsou velice spolehlivé a nenáročné na údržbu a jejich opravu. Aktivní část se skládá z razníku, raznice a zakládací desky. Pro zhotovení těchto částí je zvolena ocel 19 312. Jedná se o nástrojovou, uhlíkovou a nízkolegovanou ocel. Jejími přednostmi jsou především dobrá odolnost vůči opotřebení a dobrá obrobitelnost po žíhání. Tato ocel se využívá na výrobu nástrojů pro tažení, ražení atd. Obr. 33 3D model sestavy
Obr. 33 Rozložený nástroj Navržený nástroj se skládá z horní desky, která je připevněná k beranu nástroje a je na ní připevněný razník s vodícími pouzdry pro sloupky a dolní desky, která je upevněna pomocí upínek ke stolu stroje a je k ní připevněna raznice. Do spodní desky jsou zalisované sloupky pro vedení nástroje. Do zakládací desky je vložen rovinný přístřih plechu s fólií. Tato ochranná fólie leží na raznici, takže při zdvihu nástroje nedochází k poničení povrchu. Silou lisu působící na horní část nástroje je vtlačen polotovar razníkem do raznice. Tím to pohybem je přetvarován na duté těleso. Z důvodu použití fólie a tištěného povrchu není vhodné využívat mazání nástroje při tažení, mohlo by docházet k poškození povrchu.
33
Části nástroje: • Razník Razník je připevněn k horní desce nástroje dvěma šrouby M8 a jeho pozice je zajištěna čtyřmi kolíky o průměru 6 mm. Razník kopíruje vnitřní tvar loga a na jeho spodní části je umístěn reliéf o výšce 0,5 mm pro vyražení názvu, viz obr. 34.
Obr. 34 3D model razníku •
Raznice Raznice je přišroubována ke spodní desce nástroje dvěma šrouby M8. Její správná pozice je zajištěna dvěma kolíky o průměru 6 mm, viz obr. 35. Razník a raznice zapadají do sebe s rozdílem vypočítané tažné vůle. Na dně razící misky je prohlouben zrcadlově otočený reliéf pro vyražení názvu. Horní část je osazena čtyřmi dírami pro kolíky, které budou zajišťovat pozici pro zakládací desku.
Obr. 35 3D model raznice •
Zakládací deska Tato část slouží ke správnému založení přístřihu do razící formy. Deska je připevněna na horní části raznice čtyřmi kolíky o průměru 6 mm, viz obr. 36.
Obr. 36 3D model zakládací desky
34
4 TECHNICKO-EKONOMICKÉ HODNOCENÍ V rámci technicko-ekonomického hodnocení lze zohlednit mnoho ovlivňujících faktorů. Jedním z nejdůležitějších je cena celého procesu. Aby byla cena určena, musíme zahrnout všechny vstupní a výstupní hodnoty. Díky dostupnému strojovému vybavení není nutné využívat kooperací a zvyšovat tak náklady na výrobu. Zároveň není nutné investovat do nákupu nového vybavení a strojů. a) Výpočet nákladů na materiál Velikost plechu je 800x550 mm tento formát je dodáván výrobcem. Formát je možné rozdělit na strojních nůžkách, které jsou ve firmě k dispozici. Tento formát je odebírán od výrobce v různých tloušťkách a je i cenově výhodnější. Jiný formát plechu by byl z odpadového hlediska výhodnější a nákupní cena by byla větší. Formát plechu: 800x550 mm Cena za kilogram: 90,- Kč Váha jedné tabule: 0,832 kg Cena jedné tabule: 75,- Kč Výkupní cena odpadu: 30,- Kč/kg Celková spotřeba materiálu na výrobní sérii 100 000 kusů ročně je 7143 tabulí plechu. Tohoto počtu je dosaženo za předpokladu ideální výroby, kdy nedochází ke ztrátám ve formě zmetků. Celková výtěžnost při obdobné výrobě se pohybuje od 84 do 96%. Proto musí být celkový počet tabulí potřebných k výrobě stanovené série navýšen o 10%. Celkový počet série: 110 000 ks Celkový počet tabulí: 7858 ks Celková hmotnost tabulí: 6538 kg Celková cena materiálu: 588.420,- Kč Výsledná cena vstupního materiálu je 588.420,- Kč. Využitelnost tohoto materiálu je 59,78%, zbytek je odpad. Tento odpad již není dále možné využít k dalším operacím. Zbytek nevyužitého materiálu je však dále prodán za odpadovou cenu do výkupny surovin. Odpad činí 40,22% z celkového množství. Hmotnost odpadu: 2 629,58 kg Cena vykoupeného odpadu: 78.887,40 Kč V uvedené ceně vykoupeného odpadu je zahrnut pouze odpad vzniklý po operaci stříhání. Pro získání celkové ceny odpadu je nutné přičíst cca 10% neshodných kusů z výrobní série. Tento odpad je tvořený již samotnými výstřižky a výtažky, které neodpovídají požadavkům zákazníka. Hmotnost výtažku: 0,036 kg Hmotnost odpadů z výtažků: 360 kg Celková hmotnost odpadu: 2989,58 kg Celková ceny vykoupeného materiálu: 89.687,40 Kč Celková cena odpadu je pohyblivá, záleží na množství neshodných kusů vzniklých při výrobě.
35
b) Strojní náklad Do strojních nákladů nebudou započítány náklady na pořízení nových strojů, jelikož jsou již součástí majetku společnosti. V ceně budou zahrnuty náklady na provoz a údržbu stroje. Celá výroba je realizována na dvou výstředníkových lisech LEN 25 C. Na prvním lisu bude prováděno vystřihování přístřihu a na druhém samotné tažení. Časy použité pro výpočty v této práci jsou odhadnuty podle zkušeností s obdobnou výrobou. Tudíž i cena nákladů na provoz dvou strojů je jen orientační a náklady nemusí odpovídat reálné ceně. Čas na jednu směnu je 8 hodin. Od tohoto času je odečtena 1 hodina na přípravu práce a úklid pracoviště na konci směny. Čistý pracovní čas stroje je tedy 7 hodin za jednu směnu. Výkon stroje: P1 = 3kW Cena elektrické energie: Ce = 4,83 Kč/kWh Operace stříhání Počet vystřižených plechů za min.: 2ks/min Čas vystřižení série: 3929 min → 65,5 h Cena spotřeby energie: 65,5·3·4,83=950,- Kč Operace tažení Počet výtažků za min.: 10ks/min Čas tažení série: 11 000 min → 183,3 h Cena spotřeby energie: 183,3·3·4,83=2656,- Kč Celková cena energie je součet spotřeby dvou využitých lisů. Do této ceny není zahrnuta spotřeba energie za světlo a teplo, jelikož výroba loga je jen malá část celkové výroby není možné rozpočítat cenu energií. Cena spotřeby strojů pro výrobu celé série je tedy 3606,- Kč. c) Cena nástrojů Pořizovací cena nástrojů byla pouze odhadnuta na základě porovnání cen obdobných nástrojů, které společnost již vlastní. Cena střižného nástroje: 150 000,- Kč Cena razícího nástroje: 110 000,- Kč d) Výdaje na mzdy Průměrná hodinová mzda pracovníků je udána dle firemní politiky. Průměrná mzda: 85,- Kč/h Celkový čas stříhání: 75 h Celkový čas tažení: 209,5 h Výdaje na mzdy: 284,5·85=24182,5 Kč Náklady na výrobu celé série se skládají z ceny materiálu, energií, pořizovací ceny nástrojů a nákladů na mzdy. Od této ceny je odečtena cena vykoupeného odpadu. Celková cena na výrobu 100 000 kusů je 797 321,- Kč. Výrobní náklady na výrobu jednoho loga jsou přibližně 8,-Kč.
36
5 ZÁVĚRY Bakalářská práce předkládá návrh technologie výroby loga. V rámci této práce byly porovnány různé technologie výroby. Jako nejdůležitější parametr pro volbu vhodné metody byla zohledněna velikost výrobní série, která činí 100 000 kusů ročně. Proto byla vybrána kombinace technologií tažení s technologií ražení na konvenčním nástroji. Kombinace zmíněných technologií splňuje všechny podmínky pro výrobu součásti. Polotovar elipsovitého tvaru je vystřižen z hliníkového plechu o rozměrech 800 x 550 mm. Pro celou výrobní sérii je zpracováno 7858 tabulí plechu. Přičemž z jedné tabule je vystřiženo 14 kusů přístřihů. Využití plechu je 59,78% a zbylá část je dále jako nevyužitý odpad prodán do sběrny druhotných surovin. Nástroj pro výrobu loga je řešen tak, aby odolal opotřebení při velké výrobní sérii. Proto jsou funkční části nástroje, které jsou nejvíce namáhané, vyrobeny z oceli 19 312. Pozice razníku a raznice je zajištěna kolíky o průměru 6mm. Obě části jsou připevněny k deskám stojánku šrouby. Celý nástroj je přichycený upínkami ke stolu lisu a horní část je k beranu stroje zajištěna pomocí stopky. Výroba je prováděna na hydraulickém lisu LEN 25 C, který má společnost Cromtryck s.r.o. k dispozici. Celková cena výroby je 797 321,- Kč. Do celkových nákladů na výrobu jsou zahrnuty ceny za materiál, energie, pořízení nástrojů a náklady za mzdy zaměstnanců společnosti. Cena za kus činí tedy 8,- Kč. Do této ceny nejsou započítány náklady za osvětlení, teplo a pronájem výrobních prostor.
37
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1.
BAREŠ, Karel et al. Lisování. Praha: SNTL, 1971, 544 s.
2.
Citace.com. [online]. [cit. 2015-02-22]. Dostupné z: www.citace.com
3.
Co je laserová technologie? LINTECH, spol. s r.o. [online]. [cit. 2015-04-9]. Dostupné z: http://www.lintech.cz/co-je-laserova-technologie
4.
Co je to řezání vodním paprskem? TALPA - RPF, s.r.o. [online]. [cit. 2015-04-10]. Dostupné z: http://www.rezeme-vodou.cz/rezani-vodnim-paprskem.php
5.
DOBROVOLNÝ, Bohumil. Lisování kovů. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1960, 90 s. Kurs technických znalostí.
6.
DVOŘÁK, Milan a Michaela MAREČKOVÁ. TECHNOLOGIE TVÁŘENÍ: STŘÍHÁNÍ - příklady. Fakulta strojního inženýrství VUT [online]. [cit. 2015-04-15]. Dostupné z: http://ust.fme.vutbr.cz/tvareni/opory_soubory/technologie_tvareni/priklady_strihani.ht m
7.
DVOŘÁK, Milan, František GAJDOŠ a Karel NOVOTNÝ. Technologie tváření: plošné a objemové tváření. Vyd. 4., V Akademickém nakladatelství CERM 2. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2007, 169 s. ISBN 978-80-214-3425-7.
8.
DVOŘÁK, Milan. Technologie II. 3. dopl. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2004, 238 s. ISBN 80-214-2683-7.
9.
FOREJT, Milan a Miroslav PÍŠKA. Teorie obrábění, tváření a nástroje. Vyd. 1. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2006, 225 s. ISBN 80-214-2374-9.
10.
KOTOUČ, Jiří. Tvářecí nástroje. 1. vyd. Praha: ČVUT Praha, 1993, 349 s. ISBN 80010-1003-1.
11.
Nabídka kooperace. DÍLO,výrobní a obchodní družstvo [online]. [cit. 2015-04-02]. Dostupné z: http://www.dilo-svratouch.cz/articles.php?article_id=5
12.
Nástroje pro lisování plechu. TPL [online]. [cit. 2015-04-03]. Dostupné z: http://www.tpl.cz/+image/img/foto2009/DSC_2418_700.jpg/
13.
NOVOTNÝ, Karel. Tvářecí nástroje. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické, 1992, 186 s. ISBN 80-214-0401-9.
14.
Pálení plechů, výpalky z plechů, obrábění kovů. Ikov Trade a.s. [online]. [cit. 201504-15]. Dostupné z: http://www.ikovtrade.cz/
15.
PODANÝ, Kamil. Problematika tváření elastomery. 1. vyd. Brno 2012, 53s.
16.
Rathgeber, k.s. RATHGEBER [online]. [cit. 2015-02-26]. Dostupné http://www.rathgeber.eu/cz/produkty/detaily-produktu/produkty/hlinik-3d-1.html
17.
Slitiny hliníku. A + A Pardubice spol. s r.o. [online]. [cit. 2015-04-12]. Dostupné z: http://www.ehlinik.cz/prilohy/zakladni-technicke-informace.pdf
18.
SRP, Karel. Základy lisování: určeno [též] učňům stud. odb. škol. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1965, 247 s. Řada strojírenské literatury.
z:
19.
Tažení: Tažidla s přidržovačem. LMS Moodle: Střední průmyslová škola, Praha 10, Na Třebešíně 2299 [online]. [cit. 2015-05-27]. Dostupné z: http://www.moodletrebesin.cz/pluginfile.php/6629/mod_resource/content/0/5.%20TA%C5%BDEN%C3 %8D.pdf
20.
Technologie plošného tváření - tažení. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERECI, FAKULTA STROJNÍ [online]. [cit. 2015-02-26]. Dostupné z: www.ksp.tul.cz/cz/kpt/obsah/vyuka/skripta_tkp/sekce/09.htm
21.
Tváření plechů za studena lisováním. OK Záchlumí, a.s. [online]. [cit. 2015-04-06]. Dostupné z: http://www.okz.cz/vyrobni-program/tvareni-plechu/
22.
Ukázky našich výrobků: Výrobky z hliníku. Prolis Metal s.r.o. [online]. [cit. 2015-0404]. Dostupné z: http://prolismetal.cz/vyrobky.html
23.
Výstředníkové lisy LEN 10,25,40,63 C. TST servis, a.s. [online]. [cit. 2015-04-15]. Dostupné z: http://www.tstservis.cz/len10.php
SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Symbol Al ČSN Kč
Jednotka
Popis Chemická značka hliníku Česká státní norma Koruna česká
A C Ce Dp D d1
[J]
Celková práce Koeficient zaplnění plochy Cena elektrické energie Šířka pásu: Vnitřní průměr výtažku Průměr polotovaru v prvním kroku Průměr polotovaru v druhém kroku
d2 d3 dm dp E F Fc Fr Ft Ftb Ftp H h k – K L Lt Li m m1-3 mi Min.Rp mk n p P1 Ppt Př Psp Pvp Pvt q R r ri rm rtc
[Kč/kWh] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [N] [N] [N] [N] [N] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [MPa] [mm] [MPa] [kW] [ks] [mm] [ks] [ks] [ks] [MPa] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm]
Průměr polotovaru ve třetím kroku průměr těžiště obrysu výtažku Průměr příruby hotového výtažku Velikost přepážky Velikost okraje Celková síla Razící síla Tažná síla Tažná síla bez přidržovače Tažná síla s přidržovačem Minimální výška výtažku Výška výtažku koeficient Velikost kroku Délka poloviny obrysu výtažku Délka tažné hrany polotovaru Jednotlivé délky úseku obrysu výtažku Délka polotovaru Počet tažných operací Součinitele tažení Mez kluzu materiálová konstanta (pro hliníkový plech z=2) Šířka polotovaru měrný tlak přidžovače Výkon stroje Počet celých pásů z tabule Velikost přídavku pro NC podavač Spotřeba tabulí plechu: Počet výstřižků z pásu Počet výstřižků z tabule měrný tlak Poloměr přístřihu Poloměr zaoblení přechodu stěny do příruby a dna výtažku Poloměr těžiště těchto úseků Poloměr těžiště obrysu výtažku Zaoblení hran tažnice
Symbol rtv Rm s S Sc Sc1 smax so sp Sp Sr St Sv Svt Ut z α ∆s ε σ
Jednotka [mm] [MPa] [mm] [mm2] [mm2] [mm2] [mm] [mm] [mm] [mm2] [ks] [mm2] [mm] [mm2] [%]
Popis Zaoblení hran tažníku Mez pevnosti materiálu Tloušťka plechu polotovaru Plocha polotovaru Plocha polotovar určená Plocha výtažku po první operaci Maximální tloušťka plechu Tloušťka plechu Tloušťka plastické vrstvy Plocha přidržovače Velikost výrobní série Plocha tabule Plocha výstřižku Plocha výstřižků z tabule: Využití tabule Tažná mezera Podmínka dle normy 22 7301: Podmínka dle Freidlinga: Deformace Napětí
SEZNAM PŘÍLOH Příloha č. 1 - Nomogram pro stanovení přepážek [6] Příloha č. 2 - Technické údaje strojů LEN 25 C [23]
Seznam výkresů BP-FRA-1 – Logo BP-FRA-2 - Raznice BP-FRA-3 - Razník BP-FRA-4 – Zakládací pouzdro BP-FRA-5 – Razící nástroj
Příloha č. 1 - Nomogram pro stanovení přepážek [6]
1/1
Příloha č. 2-Technické údaje strojů LEN [23] Technické údaje
LEN10 C
JMENOVITÁ SILA LISU POČET ZDVIHŮ TRVALÝ CHOD P/R VYUŽITELNÝ POČET JEDNOTLIVÝCH ZDVIHŮ P/R TRVALÝ CHOD MAX. TLOUŠŤKA JEDNOTLIVÉ ZPRACOVÁVANÉHO PLECHU ZDVIHY JEDNOTLIVÉ MAXIMÁLNĚ ODEVZDANÁ ZDVIHY PRÁCE TRVALÝ CHOD VÝKON ELEKTROMOTOR OTÁČKY SÍŤOVÉ ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ OVLÁDACÍ OSVĚTLENÍ PRACOVNÍ TLAK SPOTŘEBA TLAKOVÝ VZDUCH VZDUCHU PŘÍPOJKA VZDUCHU
PARAMETRY A ROZMĚRY STAVITELNOST ZDVIHU STAVITELNOST BERANA VYLOŽENÍ SEVŘENÍ PŘECHOD PLOCHA STOLU PLOCHA BERANA TLOUŠŤKA DESKY STOLU
ROZMĚRY LISU
SKLOPENÍ STOJANU HMOTNOST LISU
A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 H H1 J1 K1 L1
LEN 25 C
LEN 40 C
LEN 63 C
MJ
100
250
400
630
kN
80/160
75/155
70/140
65/130
1/min
40/45
40/45
35/45
32/45
mm
1,6/1
2,5/1,6
3,2/2
3,5/2,5
mm
3,2/2
5/3,2
6,4/4
7/5
Mm
160/100
630/400
1250/800
2200/1500
J
1100/750 5/7,5 725/1450
J kW 1/min
80/50 320/200 630/400 1,1/1,5 2,2/3 3/4 720/1450 725/1460 710/1450 380 V/50 HZ 24 V/50 HZ 24 V/50 HZ 0,5 0,004
0,005
0,006
V/Hz Mpa 0,009
m3/zdvih
G ˝´´
LEN 10 C A B C E F
1/1
LEN 40 C
LEN 63 C
6-65 8-85 8-95 45 55 60 165 225 265 225 265 295 180 250 300 320 x 450 450 x 560 530 x 660 180 x 280 220 x 355 250 x 400 65 65 75
10-105 70 315 335 355 630 x 800 280 x 450 85
1018 1930 1145 840 590 365 400 800 -95 220 498 500 1250
LEN 25 C
1145 2145 1365 1075 760 415 455 800 85 120 835 668 0, 15O, 30O 2500
1250 2370 1585 1220 830 450 505 800 120 130 900 738 4500
1375 2550 1790 1470 970 475 570 800 150 150 1100 850 0; 12; 5; 25 5850
MJ
mm
kg
