ABSTRAKT. Klíčová slova: stříhání, plazmové řezání, laser, vodní paprsek

 

 

ABSTRAKT KOHOUTOVÁ Zuzana: Využití moderních technologií při výrobě ploché součásti z plechu. Projekt vypracovaný v rámci magisterského studia oboru 2303T002 předkládá využití moderních technologií při výrobě ploché součásti z plechu z materiálu 11 373. Práce je zaměřena na tváření kovů za studena- stříhání. Na základě série 350 000 kusů za rok je navržena výroba v postupovém střižném nástroji. Dle potřebných výpočtů byl zvolen univerzální hydraulický lis CUPS 63 DEU se jmenovitou silou 630 kN. Práce je dále zaměřena na výrobu stejné součásti (zarážka) pomocí plazmového, laserového a vodního CNC zařízení a následné technicko - ekonomické zhodnocení všech variant výroby. Závěrem celé práce je výkresová dokumentace střižného nástroje. Klíčová slova: stříhání, plazmové řezání, laser, vodní paprsek

ABSTRACT KOHOUTOVÁ Zuzana:  Use of modern technologies in the production of flat sheet metal parts. The final work elaborated in the scope of master's studies of the branch 2303T002 submitted use of modern technologies in the production of flat sheet metal parts from the material 11 373. Work is set for cold shaping of metal by means of cutting. Production on sequence shearing tool is based on series 350 000 pieces per year. Universal hydraulic press CUPS 63 DEU with shearing force 630 kN is selected for realization. Work is also focused on the production of the same components using plasma, laser and water CNC equipment and the subsequent economic evaluation of all variants of the production. In enclosure there is drawing documentation for cutting tool. Keywords: cutting, plasma cutting, laser, water beam

 

 

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE  

KOHOUTOVÁ, Z. Využití moderních technologií při výrobě ploché součásti z plechu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2011. 85 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jindřich Špaček, CSc..

           

 

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ  

Tímto prohlašuji, že předkládanou diplomovou práci jsem vypracovala samostatně, s využitím uvedené literatury a podkladů, na základě konzultací a pod vedením vedoucího diplomové práce.

V Rašovicích dne 27. 5. 2011

………………………… Podpis  

     

 

 

PODĚKOVÁNÍ Tímto děkuji panu doc. Ing. Jindřichu Špačkovi, CSc. a firmám R+W Ferra s.r.o., AQUAdem s.r.o., Dendera a.s. za cenné připomínky a rady týkající se zpracování diplomové práce.      

 

OBSAH Zadání Abstrakt Bibliografická citace Čestné prohlášení Poděkování Obsah 1 Úvod 2 Součást 3 Technologie stříhání 3.1 Průběh stříhání 3.2 Technologičnost výstřižku 3.3 Nástřihový plán 3.4 Technologické výpočty 3.5 Výpočet střižné síly 3.6 Určení těžiště střižné síly 3.7 Velikost střižné vůle pro plechy o tloušťce větší než 3 mm 3.8 Výpočet střižné práce 4 Střižný nástroj 4.1 Části střihadla 4.2 Pevnostní výpočet funkčních částí střižných nástrojů 4.2.1 Pevnostní výpočty pro střižník 4.2.2 Pevnostní výpočty střižnice 4.3 Výpočet rozměrů střižníků a střižnice 4.3.1 Vystřihování 4.3.2 Děrování 4.4 Návrh střižné skříně 4.5 Návrh hlavice 4.6 Návrh tvářecího stroje 4.7 Technologické zhodnocení 4.8 Ekonomické zhodnocení postupového stříhání 5 Tepelné dělení plazmovým obloukem 5.1 Definice plazmy 5.2 Plazmový proces 5.3 Typy řezacích plazmových zařízení 5.4 Vysvětlení pojmů 6 Firma R+W Ferra s.r.o. 6.1 Technologické zhodnocení 6.2 Ekonomické zhodnocení

 

11 12 13 13 14 17 17 19 21 22 23 24 24 26 26 27 28 29 30 31 32 33 35 35 41 41 41 43 43 44 46 48

7 Tepelné dělení laserem 7.1 Definice laseru 7.2 proces laserového řezání 7.3 Rozdělení laserů 7.4 Vysvětlení pojmů 8 Firma Dendera, a.s. 8.1 Technologické zhodnocení 8.2 Ekonomické zhodnocení 9 Dělení vodním paprskem 9.1 princip dělení vodním paprskem 10 Firma AQUAdem s.r.o. 10.1 Technologické zhodnocení 10.2 Ekonomické zhodnocení 11 Přehled technicko – ekonomického zhodnocení variant výroby součásti 12 Závěr Seznam použitých zdrojů Seznam použitých symbolů a zkratek Seznam příloh

 

50 50 51 52 53 54 55 57 59 59 61 63 64 66 67

1 Úvod Závěrečná práce je zaměřená na technicko – ekonomické zhodnocení možných variant výroby ploché součásti z plechu a to pomocí postupového střižného nástroje, plasmy, laseru a vodního paprsku při velkosériové výrobě. Pro představu jsou na obr. 1 znázorněny strojní zařízení výše uvedených metod výroby součásti. Práce je rozdělena do dvou částí. První část se zabývá výrobou dané součásti pomocí postupového stříhání. Uspořádání součásti na pásu plechu je voleno po dohodě s vedoucím práce tak, aby šla součást vystřihnout z pásu plechu, který má tloušťku 5 mm. Musely být voleny i větší okraje a můstky, i za cenu, že daný střižný plán neměl největší využitelnost polotovaru. Práce obsahuje také stanovení vhodného typu tvářecího stroje, který bude použit při výrobě dané součásti. Volba tohoto stroje se řídí především velikostí jmenovité síly stroje, která musí být větší než vypočtená celková střižná síla. Konečnou fází této části práce je tvorba výkresové dokumentace tvářecího nástroje a jeho částí. Druhá část je zaměřena na technologii řezání plazmou, laserem a vodním paprskem. Vysvětlení pojmů plazma, laser a vodní paprsek. Technicko – ekonomické zhodnocení jednotlivých variant výroby. V této části jsou také zmíněny firmy, které vlastní dané moderní strojní zařízení.

Obr. 1 Strojní zařízení pro výrobu součásti [2] [9] [28] [34]

11   

2 Součást Součást (obr. 2.1) slouží jako tzv. „zarážka” v parkovacích systémech a při pohybu závory z vertikální polohy do horizontální zaručuje správnou horizontální polohu závory. Na zarážku nejsou kladeny žádné zvýšené nároky na geometrickou přesnost ani na jakost povrchu. Součást je vyráběná z plechu tloušťky 5 mm. Polotovarem pro výrobu je ocelová plechová tabule z materiálu 11 373 o rozměrech 2000 x 1000 mm. Zadaná součást:

Obr. 2. 1 Zarážka Vlastnosti: Název součásti: ZARÁŽKA Plocha součásti: Ss = 1519,6 mm2 (zjištěno z programu AutoCAD) Použití: součást nebude použita v agresivním prostředí Hmotnost: 0,054 kg Materiál: 11 373 Vlastnosti materiálu - konstrukční ocel, tavná svařitelnost zaručená, - jednoduché, mírně namáhané, kované, lisované, zastudena ohýbané součásti. Mezní úchylka pro rozměr 54 mm: ± 0,50 mm Třída odpadu: 001 Rm: (340÷440), volím 400 MPa HB max. 225 Výrobní série: 350 000 ks/rok Chemické složení oceli 11 373: - C max.0,17% - Ni max.0,007% - P max.0,045% - S max.0,045% 12   

3 Technologie stříhání [1] [3] Střiháni je postupné nebo současné oddělování částic materiálu střihadly podél křivky střihu. Křivku střihu tvoří obvod výstřižku, střižníku či střižnice. Technologie stříhání se dělí dle různých hledisek. Stříhání můžeme dělit na technologie objemového stříhání (stříhání např. tyčí a trubek) a stříhání plošného (stříhání především plechů). Dle teploty procesu lze technologii stříhání dále členit na stříhání za tepla a za studena. Dle použité konstrukce střižníku a střižnice lze proces stříhání dělit na stříhání rovnoběžnými, skloněnými, kotoučovými noži a další. 3.1 Průběh stříhání [11] [12] Stříhání začíná dosednutím střižného nástroje na stříhaný materiál (obr. 3.1). Ød- průměr střižníku [mm] s – tloušťka stříhaného material [mm] ØD – průměr střižnice [mm]

Obr. 3.1 Dosednutí střižníku [11] Průběh stříhání materiálu ve střižných nástrojích lze rozdělit do 3 základních fází: V první fázi (obr. 3.2) dochází k pružné deformaci stříhaného materiálu. Hloubka vniku střižníku do stříhaného materiálu závisí zejména na mechanických vlastnostech materiálu a bývá 5-8 % jeho tloušťky. Stříhaný materiál je namáhán silou působící v ploše mezi obvodem střižníku a střižnice.

Obr. 3.2 Pružná deformace [11]

Ve druhé fázi (obr. 3.3) je napětí větší než mez kluzu stříhaného materiálu a dochází k jeho trvalé deformaci. Hloubka vniku střižníku do stříhaného materiálu v této fázi je závislá na jeho mechanických vlastnostech a bývá 10-25 % tloušťky plechu.

Obr. 3.3 Plastická deformace [11]

13   

Ve třetí fázi (obr. 3.4) je materiál namáhán nad mez pevnosti ve střihu. Nejdříve vzniknou u hran střižníku a střižnice mikrotrhliny a následně makroskopické trhliny. Vzniklé trhlinky se rychle prodlužují, až dojde k oddělení materiálu.

Obr. 3.4 Oddělení materiálu [11] Charakteristický průběh střižné síly (obr.3.5) [12] Po krátké dráze elastického vniknutí břitu – napěchování kovu pod břitem dochází k plastické deformaci – přetvoření. Po vzniku nástřihu (první porušení trhlinami) nastává ještě mírný a plynulý pokles síly až po hloubku vniknutí hs, kdy dojde k úplnému porušení lomem ve tvaru „S“ křivky a k následnému oddělování výstřižku s výrazným poklesem síly.

Obr. 3.5 Průběh střižného procesu [12]

3.2 Technologičnost výstřižku Pravidla technologičnosti: [11] 1) Nezužovat tolerance rozměrů pod mez, které lze dosáhnout při běžné práci dobré lisovny. 2) Není-li střižná plocha funkční plochou součásti, nepředepisovat její drsnost ani kolmost k ploše plechu. 3) Rovinnost malých výstřižků z tlustých plechů větší tvárnosti se může porušit vlivem ohybového momentu dvojice střižných sil. Jde zejména o úzké kroužky, podložky apod.

14   

4) Nejmenší velikost otvorů, jež lze běžným nástrojem prostřihnout, závisí na tloušťce a druhu materiálu (tab. 1). Tab. 1. Nejmenší velikost děr [11] d- průměr kruhové díry [mm] b- šířka obdélníkové díry [mm] s- tloušťka materiálu [mm]

Pozn. : d/s = 10/5 = 2mm ….Nejmenší otvor Ø10 na zarážce lze bez problémů prostřihnout. 5) Otvorům kruhového průřezu je třeba vždy dát přednost. 6) Vzdálenost mezi otvory nebo otvorů od kraje výstřižku má být (viz. obr. 3.6): a ≥ 0,8s, b ≥ s, c ≥ 1,5s.

Obr. 3.6 Technologické vzdálenosti stříhaných obrysů [11] Pozn.: Př. a ≥ 0,8s = 13 ≥ 4→ vzdálenost mezi otvory zarážky vyhovuje = 5 ≥ 4 → vzdálenost otvoru od kraje výstřižku vyhovuje c ≥ 1,5s = 8 ≥ 7,5 → vzdálenost otvoru od kraje výstřižku vyhovuje 7) Šířka vyčnívajících částí nebo nejmenší šířka štíhlých výstřižků (obr. 3. 7) má být: š = 1,5s.

Obr. 3.7 Minimální šířka výstřižku [11] 15   

8) Rohy na výstřižku mají být sraženy nebo zaobleny. Sražení pod 45° je nezbytné, vzniká-li obrys postupným střihem. Poloměr zaoblení rohů při uzavřeném střihu má být tím větší, čím je roh ostřejší. Zmenšit úhel rohu je možné, je-li roh zaoblen větším poloměrem r › 0,5s nebo zkosen k › s. 9) Není správné měnit na výstřižku poloměr zaoblení rohů, střídat ostré a zaoblené rohy. 10) Plynulé přechody oblouků do přímých částí obrysu apod. zdražují nástroj a vyžadují uzavřený střih. 11) Vystupující, delší části obrysu výstřižku (obr. 3. 8) nebo jim podobná zaoblení mají mít výšku: h ≥ 1,2s.

Obr. 3.8 Minimální výška výstupků. [11] 12) Při stříhání na nůžkách volíme tvary vyžadující nejmenší počet střihů. 13) Nejvhodnější vnější tvar výstřižku je rovnoběžník, jehož protější strany jsou stejně tvarovány jako negativ a pozitiv. Pozn. : Níže uvedený nástřihový plán zarážky uvažuje okraje a můstky.

Obr. 3.9 Vhodný tvar výstřižku s tvarováním protilehlých stran jako negativ a pozitiv. [11] 14) Kruhový obrys výstřižku je obecně nevýhodný, ztráta materiálu bývá průměrně 30%. 15) Rozvětvené tvary výstřižku jsou velmi neúsporné, třeba hledat tvary spojité.

16   

3.3 Nástřihový plán [26] Stříhání se provádí z pásů, které se připraví rozstřižením tabulí plechu. Uspořádání výstřižků na tabuli je předepsáno do tzv. střižného plánu. Při vystřihování z pásu plechu se výstřižky uspořádají tak, aby využití materiálu bylo co nejlepší. Po dohodě s vedoucím práce byl zvolen následující nástřihový plán, přestože využitelnost materiálu nebyla nejvyšší. Při návrhu nástřihového plánu bylo nutné zohlednit hlavně tloušťku materiálu, velikost můstků a okrajů. Vzhledem k velké tloušťce materiálu nebyl volen svitek plechu jako polotovar.

Obr. 3.10 Nástřihový plán zarážky.

3.4 Technologické výpočty [11] s E3 F3/2 k š

tloušťka materiálu [mm] velikost můstku [mm] velikost okraje [mm] krok [mm] (zjištěno dle programu AutoCAD) šířka pásu [mm] (zjištěno dle programu AutoCAD)

Výpočty: s = 5 mm dle příloha č. 1 - Určení okraje a můstku [11] volím: E3 = 6 mm F3 = 14,6 mm → F3/2 = 7,3 mm

17   

Šířka pásu š = 67,5 mm

Velikost kroku k = 49,5 mm

Počet pásů z tabule - tabule o rozměrech 2000 x 1000 mm - tabuli stříhám podélně na pásy dlouhé 2000 mm p = 1000 / š p = 1000 / 67,5 p = 14,81 = 14 pásů

Počet kusů výstřižku z ‐ pásu (np) np = 2000 / k np = 2000 / 49,5 np = 40,4 = 40 ks ‐

(3.2)

tabule (nt) nt = np . p nt = 40 .14 = 560 ks

(3.3)

Počet tabulí na 350 000 ks ntab = 350 000 / nt ntab = 350 000 / 560 ntab = 625 tabulí

(3.4)

Využití tabule (celková plocha výrobku z 1 tabule / plocha tabule) . 100 [%] [(1519,6 . 560)/2 000 . 1 000] . 100 = 42,6 %

Objem tabule V = B . A . s [mm3] V = 2 000 . 1 000 . 5 V = 10 000 000 mm3 = 0,01m3

(3.5)

(3.6)

Hmotnost tabule m = ς . V [kg] m = 7800 . 0,01 m = 78 kg/1 tabule

(3.7)

18   

(3.1)

Hmotnost skutečné spotřeby materiálu M = ntab . m [kg] M = 625 . 78 M = 48 750 kg

(3.8)

Odpad 100 – 42,6 = 57,4%

(3.9)

Hmotnost odpadu z jedné tabule mo = m . 57,4/100 [kg] mo = 44,8 kg

(3.10)

Celková hmotnost odpadu Mo = ntab . mo [kg] Mo = 625 . 44,8 Mo = 28 000 kg

(3.11)

3.5 Výpočet střižné síly [3] [5] Ke zmenšení střižné síly při stříhání tlustších materiálů nebo větších součástí se používá střihadel se zkosenými střižnými hranami, nebo u postupových nástrojů se používá stupňovitě uspořádaných střižníků. Po vystřižení ulpí děrovaný materiál vlivem pružné deformace na střižníku a k jeho setření je třeba určité síly Fu. Také pro vytlačení výstřižku ze střižnice je třeba vynaložit sílu Fv. Velikost obou sil je závislá na druhu materiálu, na tloušťce plechu, na střižné vůli. Určení celkové střižné síly je potřebné pro správnou volbu stroje. Fc = Fs + Fv + Fu [N]

(3.12)

Fs - střižná síla [N] Fv - protlačovací síla [N] Fu - stírací síla [N] Fc = 483,7 + 24,19 + 53,21 = 561,1 kN

19   

Výpočet střižné síly [3] Fs = ( 1 ÷ 1,3 ) S . τs = ( 1 ÷ 1,3 ) S . 0,8 . Rm [N] S = l . s [mm2] S l s τs ( 1 ÷ 1,3 )

(3.13) (3.14)

- plocha střihu [mm2] - délka střihu [mm] - tloušťka stříhaného materiálu [mm] - střižný odpor - (0,8÷0,86) . Rm [MPa] - opravný koeficient, kterým se přihlíží k vnějším vlivům při stříhání

Střižná síla pro: 1) l = π . d = π . 10 = 31,42 mm S = l . s = 31,42 . 5 = 157,08 mm2 FS1 = 1,3 . 157,08 . 0,8 . 400 = 63 345,13 N = 63,35 kN 2)

l = 171,641 mm (zjištěno programem AutoCAD) S = l . s = 171,641 . 5 = 858,21 mm2 FS2 = 1,3 . 858,21 . 0,8 . 400 = 357 013,3 N = 357 kN

Střižná síla FS = 2 . FS1 + FS2 = 2 . 63,35 + 357 = 483,7 kN

(3.15)

Výpočet protlačovací síly [5]: Fv = kev . Fs . n [N]

(3.16)

kev- koeficient dle druhu materiálu, střihadla a tloušťky materiálu (tab. 2) - dle tab. 2 je voleno kev pro ocel = 0,05 n- počet výstřižků v neodlehčené části střihadla 20   

Tab. 2. Koeficienty kev a keu[5]

Fv = 0,05 . 483,7 . 1 = 24,19 kN n = 2/t = 2/5 = 0,4 =1 ks Výpočet stírací síly [5]: Fu = keu . Fs [N]

(3.17)

keu- koeficient dle druhu materiálu, střihadla a tloušťky materiálu (tab. 2) - dle tab. 2 je voleno keu pro ocel = 0,11 Fu = 0,11 . 483,7 = 53,21 kN

3.6 Určení těžiště střižné síly [26] Stříhá-li se současně několika střižníky na lisu, musí výslednice střižných sil působit v ose lisu. Působiště výslednice zjistíme buď výpočtem, nebo graficky. Pro zjištění těžiště (obr. 3.11) druhého kroku nástřihového plánu byl využit program AutoCAD. Pro určení těžiště střižné síly (obr. 3.12) je volena početní metoda.

Obr. 3.11 Těžiště jednotlivých operací střižného procesu.

21   

xt =

yt =

(3.18)

x1 . l2 + x2. l1 + x3 . l1 l2 + 2 . l1

(3.19)

y2 . l2 + y1. l1 + y3 . l1 l2 + 2 . l1

xt =

26,76 . 171,641 + 64,3 . 31,42 + 83 . 31,42 171,641 + 2 . 31,42

= 39,33 mm

yt =

25,3 . 171,641 + 13 . 31,42 + 27,1 . 31,42 171,641 + 2 . 31,42

= 23,89 mm

T [39,3 ; 23,9]

Obr. 3.12 Těžiště střižné síly

3.7 Velikost střižné vůle pro plechy o tloušťce větší než 3 mm [1] [3] [10] Střižná vůle je rozdíl mezi skutečným rozměrem střižnice a střižníku. Velikost střižné vůle má velký význam zejména pro trvanlivost střihadla. Střižná mezera musí být naprosto stejná a rovnoměrná na všech místech křivky střihu. Její velikost je v první řadě závislá na druhu a tloušťce stříhaného materiálu. Zmenšováním střižné mezery se zvětšuje střižná síla a práce.  Velké střižné vůle způsobují ohyb stříhané součásti Při nestejném rozložení střižné vůle (proměnné střižné mezery) po obvodě vznikají povrchové vady, ostřiny a střižná plocha je nekvalitní.

22   

v = 2 . ms = (1,5 . s . c – 0,015) . 0,32 . √τs[mm]

c

ms s τs

(3.20)

- ( 0,005÷ 0,035 ) je koeficient závislý na druhu stříhání. Sleduje-li se co nejlepší povrch stříhané plochy, volí se c = 0,005, a žádá-li se co nejmenší střižná síla, volí se c = 0,035. - střižná mezera [mm] - tloušťka stříhaného plechu [mm] - střižný odpor (0,8 ÷ 0,86) . Rm [MPa]

v = (1,5 . 5 . 0,01 – 0,015) . 0,32. √(0,8 . 400) [mm] v = 0,34 mm

3.8 Výpočet střižné práce [3] As = K . Fs . s . 10-3 [J] Fs s K

(3.21)

- střižná síla [N] - tloušťka stříhaného materiálu [mm] - koeficient (0,15 ÷ 0,7) závislý na druhu a tloušťce materiálu. Pro ocel s Rm = 350 až 500 MPa a při tloušťce materiálu nad 4 mm je K = 0,4 - 0,3.

As = 0,35 . 561 092 . 5 . 10-3 As = 981,911 J

23   

4 Střižný nástroj [21] [31] Nástroj, který je určen ke stříhání součástí. Od střihadel se vyžaduje, aby jimi zpracovávané součásti měly v místě střihu ostré hrany, byly bez otřepů a přesné. Je také důležité, aby jejich konstrukční zpracování bylo co nejjednodušší, přitom dostatečně tuhé a funkčně nenáročné. Střižníky by měly mít dlouhou dobu životnosti s možností snadného vyjmutí ze střihadla. Také jejich opětné ustavení nemá činit potíže. Mimo to i ostření střižníku by mělo být snadné. Postupový střižný nástroj Postupový střižný nástroj (obr. 4.1) zhotovuje výstřižek postupně, na několik operací na několik kroků. Používá se načínací doraz při vložení nového pásu, dále je poloha pásu zajištěna pevným koncovým dorazem. Posuv pasu je zprava doleva. Bezpečnostní požadavky na konstrukci střižného nástroje jsou uvedeny v normě ČSN 22 6002.

Obr. 4.1 Postupový střižný nástroj [25]

4.1 Části střihadla [19] [25] Stopka Pro bezchybný chod nástroje je nutné stopku umístit do těžiště střižných sil. Jedná se o upínací element. Tvar stopek je normalizován ČSN 22 6264. Upínací deska Bývá provedena z oceli 11 500. V nástroji plní dvě funkce: ‐ vně nástroje má zajistit spojení a upevnění nástroje na beranu lisu, ‐ v nástroji pak slouží k podepření jednotlivých střižníků a dokonalému spojení kotevní desky a vložky se střižnou hlavicí. 24   

Opěrná deska Slouží k podepření střižníků, aby nedocházelo k jejich zamačkávání do upínací desky. Kotevní deska Slouží k ukotvení střižníků. Střižník Jsou to pracovní části nástroje různých tvarů. Upínají se do kotevní desky mnoha způsoby (obr. 4.2), např. roznýtováním, osazením, atd.

Obr. 4. 2 Možnosti upínání střižníků. [19] Pozn.: Při navrhování postupového střižného nástroje pro zarážku, nelze u střižníků použit rychloupínání, protože by upnutí nevydrželo danou sérii a mohl by vzniknout problém kvůli stírací síle, proto byly střižníky upnuty pomocí osazení. Vodící deska Slouží k vedení střižníků. Při zpětném pohybu beranu slouží i jako stírač výstřižků ze střižníků. Její velikost je buď shodná s velikostí střižnice, nebo je menší, popřípadě větší. Vyrábí se z oceli 11 500. Vodící lišty Slouží k vedení pásu materiálu prostorem pod střižníky. Jejich vzdálenost musí být volena tak, aby materiál mezi nimi volně procházel. Výška vodících lišt je určena ČSN a pro normální případy je rovna 8 mm. Tato výška je vhodná pro ruční manipulaci se stříhaným materiálem za předpokladu použití dorazů. Střižnice Je pracovním elementem střihadla. Upevněná na základové desce. Střižnice (obr. 4.3) se dělí na: 25   

‐

Celistvé střižnice se používají pro stříhání součástí menších rozměrů a jednoduchých tvarů.

‐

Skládané střižnice pro větší výstřižky nebo pro tvarově složité součásti. Obvod střižnice se rozdělí na několik segmentů, které se snadněji vyrábí a jsou přesnější. Tyto střižnice lze použít v sériové nebo hromadné výrobě.

‐

Vložkované střižnice mají stejné výhody jako skládané střižnice. Díky vložkám se se zvýší životnost nástroje

Obr. 4.3 Druhy střižnic (a- skládaná, b,c- vložkovaná) [25]

Základová deska Slouží k upínání nástroje na stůl lisu. Je vždy rozměrově větší než střižná deska. Obsahuje otvory pro propad výlisku.

4.2 Pevnostní výpočet funkčních částí střižných nástrojů [25] 4.2.1 Pevnostní výpočty pro střižník [25] •

Kontrola na namáhání tlakem

σs = (Fs/S) ≤ σdov [MPa]

kde

(4.1)

Fs – střižná síla [N] S – plocha průřezu střižníku [mm2]

σdov – dovolené namáhání materiálu střižníku na tlak [MPa] Pro nástrojové materiály je σdov = 1 600- 2 000 MPa.

Výpočet pro otvor Ø 10 mm: 26   

σs = 63 345,13 / 78,54 = 806,23 MPa 806,23 ≤ σdov → podmínka splněna

•

Kontrola na vzpěr lkrit = √((π2 . Ep . Jy) / Fs) [mm]

kde

(4.2)

Ep – modul pružnosti v tahu [MPa] Ep = 2,1 . 105 MPa Jy – moment setrvačnosti průřezu [mm4]

Jy pro kruhový průřez Jy = Jz = √((π . d4)/64) [mm4] (4.3)

lkrit =

².

, .

⁵ .

.

⁴

,

= 127 mm

střižník o Ø 10 mm by neměl být delší jak 127 mm

4.2.2 Pevnostní výpočet střižnice [25] •

Výpočet ohybového napětí Hmin = √(Fs/σo) [mm]

(4.4)

₀ - namáhání v ohybu (pro ocel ₀ = 1200 MPa) Hmin =√(561 100 / 1200) = 21,62 mm → minimální tloušťka střižnice je volena 22 mm

27   

4.3 Výpočet rozměrů střižníků a střižnice [3] [5] Při oddělování materiálu se obě činné části nástroje (střižník a střižnice) opotřebovávají. Střižník se během stříhání zmenšuje a střižnice se zvětšuje. Pokud se střižnice opotřebovává mnohem víc než střižník, je nutno její rozměr zhotovit s větším přídavkem. Pro zjištění tolerance jmenovitého rozměru (TS), přípustné míry opotřebení (P), výrobní tolerance střižnice (TE, viz.příloha č. 2) a výrobní tolerance střižníku (TA, viz. příloha č. 2) byla použita norma ČSN 22 6015. Tab. 3 Dosažitelné přesnosti děrovaných kruhových otvorů [5]

Pozn. rozměry v mm.

Tab. 4 Dosažitelné přesnosti výstřižků a tvarových otvorů [5]

Pozn. rozměry v mm.

28   

4. 3.1 VYSTŘIHOVÁNÍ [5]

RAV – rozměr střižníku při vystřihování REV- rozměr střižnice při vystřihování JR – jmenovitý rozměr součásti TA – výrobní tolerance střižníku V – střižná vůle P – přípustná míra opotřebení TE – výrobní tolerance střižnice TS – tolerance jmenovitého rozměru

Obr. 4.4 Vystřihování. [5]

Jmenovitý rozměr střižnice • rozměr 54 mm ,

REV = (JR-P) + TE = (54 – 0,41) + 0,16 = 53,59 •

rozměr 45 mm ,

REV = (JR-P) + TE = (45 – 0,33) + 0,14 = 44,67 •

rozměr 13 mm ,

REV = (JR-P) + TE = (13 – 0,33) + 0,14 = 12,67 •

rozměr 4 mm

REV = (JR-P) + TE = (4 – 0,33) + 0,14 = 3,67 •

,

rozměr 12 mm ,

REV = (JR-P) + TE = (12 – 0,33) + 0,14 = 11,67 •

rozměr 7 mm

REV = (JR-P) + TE = (7 – 0,33) + 0,14 = 6,67

,

Jmenovitý rozměr střižníku • rozměr 54 mm RAV = (REV – V + TA) - TA = (53,59 - 0,34 + 0,1) -0,1 = 53,35

(4.6)

,

• rozměr 45 mm RAV = (REV – V + TA) - TA = (44,67 – 0,34 +0,087) -0,087 = 44,417

,

• rozměr 13 mm RAV = (REV – V + TA) - TA = (12,67 - 0,34 + 0,087) -0,087 = 12,417

,

29   

(4.5)

• rozměr 4 mm RAV = (REV – V + TA) - TA = (3,67 - 0,34 + 0,087) -0,087 = 3,417

,

• rozměr 12 mm RAV = (REV – V + TA) - TA = (11,67 - 0,34 + 0,087) -0,087 = 11,417 • rozměr 7 mm RAV = (REV – V + TA) - TA = (6,67 - 0,34 + 0,087) -0,087 = 6,417

,

,

4.3.2 DĚROVÁNÍ [5] RED – rozměr střižnice při děrování RAD – rozměr střižníku při děrování TA – výrobní tolerance střižníku V – střižná vůle P – přípustná míra opotřebení TS – tolerance jmenovitého rozměru JR – jmenovitý rozměr součásti TE – výrobní tolerance střižnice

Obr. 4.5 Děrování [5]

Jmenovitý rozměr střižnice • rozměr Ø10 mm RED = (RAD + V - TE) +TE = ( 10,1 + 0,34 - 0,063) + 0,063 = 10,404 Jmenovitý rozměr střižníku • rozměr Ø10 mm RAD = (JR + P) - TA = (10 + 0,1) - 0,025 = 10,1

30   

,

,

(4.7)

(4.8)

4. 4 Návrh střižné skříně [6] [23] Návrh neobsahuje základovou desku. Navržená střižná skříň (obr. 4.6) je upnuta pomocí šroubů a kolíku k vodícímu stojánku o rozměrech 200 x 256 mm.

Obr. 4.6 Střižná skříň 195 x 155 ČSN 22 6273.2

31   

4.5 Návrh hlavice (obr. 4.7) [7] [23]

Obr. 4.7 Hlavice 195 x 155 ČSN 22 6285

32   

4. 6 Návrh tvářecího stroje [15] Na základě podmínky, že jmenovitá síla stroje musí být větší než vypočítaná celková střižná síla, což je splněno, byl zvolen univerzální hydraulický stolní lis CUPS 63 DEU (obr. 4.8), který je vhodný také pro: lisování, děrování, ohraňování, tažení, ražení, rovnání.

Lis působí silou ve formě tlaku na stlačované těleso. To se následkem síly deformuje a mění tvar. Lisy se rozdělují do skupin podle toho, jakou energii využívají (ruční lis, hydraulický lis, mechanický lis) Hydraulický lis je stroj, který k vytváření tlaku využívá vlastností kapaliny.

Obr. 4.8 Univerzální hydraulický stolní lis CUPS 63 DEU [15] 33   

Tab. 5 Technické parametry univerzálního hydraulického stolního lisu CUPS 63 DEU [15]

Hydraulický lis CUPS 63 DEU, rok výroby 2009 • • • •

základní provedení podstavec pro sedící obsluhu, se zásuvkami nožní šlapka připojovací kabel

Celkem bez slevy

785 550 ,- CZK

34   

747.000,- CZK 30.950,- CZK 6.840,- CZK 760,- CZK

4. 7 Technologické zhodnocení Střižná plocha není ideální (obr. 4. 9), protože obsahuje mnoho defektů (např. otřepy - obr. 4.10), které vznikly nevhodnou velikostí střižné mezery, stavem střižných ploch a tloušťkou materiálu. Tyto defekty je nutné odstranit, buď dokončovacími operacemi anebo součást vyrobit přesným stříháním. Vzhledem k poměrně velké tloušťce součásti a z technologického hlediska není metoda výroby pomocí postupového střižného nástroje vhodná.

Obr. 4. 9 Vzhled střižné plochy

Otřep Obr. 4. 10 Defekty střižné plochy

4.8 Ekonomické zhodnocení postupového stříhání Přímý materiál [29] Série – Q = 350 000 ks/rok Počet tabulí – 625 ks Cena jedné tabule plechu – 1 760 Kč (zjištěno od firmy R+W Ferra) Využití tabule plechu – 42,6 % Odpad – 57,4 %

35   

Cena polotovaru pro 350 000 ks Cm = počet tabulí . cena jedné tabule plechu Cm = 625 . 1 760 = 1 100 000 Kč

(4.9)

Cena využitého materiálu Cm . využití tabule plechu/100 1 100 000 . 42,6/100 = 468 600 Kč

(4.10)

Zhodnocení odpadu Cena pro výkup odpadu zjištěna od firmy Kovokom Šrot Brno. s.r.o. Co = 4,50 Kč / kg Zo = Mo . Co = 28 000 . 4,50 = 126 000 Kč

(4.11)

Konečné náklady na materiál Nmc = Cm - Zo = 1 100 000 – 126 000 = 974 000 Kč

(4.12)

 

Cena nástroje Nn = 285 000 Kč – Cena nástroje byla odhadnuta firmou AB Nástroje, s. r. o.      

Náklady na mzdy Počet vyrobených výstřižků za jednu hodinu Počet zdvihů lisu CUPS 63 DEU - nz = 45 min-1 (zjištěno od firmy HŠV stroje a.s.)  nvh = nz . 60 = 45 . 60 = 2 700 ks/hod (4.13)  

Skutečný počet výstřižků za hodinu (4.14) nvhs = nvh - (nvh . 0,1) = 2 700 - (2 700 . 0,1) = 2 430 ks/hod Je nutné zohlednit časové prodlevy, které vznikají např. při údržbě, při kontrole, při ostření nástroje, atd., což znamená, že pracovní doba bude zkrácena na 7,5 hodiny (z pracovní doby je odečteno 10% ztrát).

36   

Počet vyrobených výstřižků za jednu směnu nvs = nvhs . 7,5 = 2 430. 7,5 = 18 225 ks/směna

(4.15)

Počet směn na zhotovené série Q = 350 000 ks nsměna = Q nvs

= 350 000

= 19,2 směn = 20 směn

(4.16)

18 225

Počet hodin potřebných na výrobu dané série nh = nsměna . 7,5 = 20 . 7,5 = 150 hod = 20 dni (1 den = 7,5 pracovních hodin)

(4.17)

Náklady na mzdy Hodinová sazba obsluhy stroje = 100 - 140 Kč/hod (dle Úřadu práce ČR)- voleno 130 Kč/hod. Nmz = nh . 130 = 150 . 130 = 19 500 Kč

(4.18)

Celkové náklady na mzdy (přímé mzdy) Sociální a zdravotní pojištění

SZP = 34 % = 1,34

Pm = Nmz . SZP = 19 500 . 1,34 = 26 130 Kč

(4.19)

Celkové náklady na mzdy a režii Výrobní režie

VR = 390 % = 3,9

Správní režie

SR = 120 % = 1,2

Nmr = Pm . (VR + SR) = 26 130 . (3,9 + 1,2) = 133 263 Kč

37   

(4.20)

Náklady na spotřebovanou energii stroje Příkon lisu P = 8 kW Cena elektrické energie Ee = 4,61 Kč/kWh (dle ceníku firmy E. ON) Nel = P . Ee . nh = 8 . 4,61 . 150 = 5 532 Kč

(4.21)

Celková cena výstřižku Náklady na materiál pro jednu součást Nm1 =

Nmc Q

=

974 000 350 000

= 2,79 Kč/ks

(4.22)

Náklady na výrobu jedné součásti bez pořizovacích nákladů na lis

Nv1 =

Nmr + Nn + Nel Q

+ Nm1 =

133 263 + 285 000 + 5 532 350 000

+ 2,7 (4.23)

Nv1 = 3,91 Kč/ks

Náklady na výrobu jedné součásti včetně pořizovacích nákladů na lis CUPS 63 DEU Cena lisu - Nlis = 785 550 Kč. Cena bez DPH Nv1lis =

Nmr + Nn + Nel + Nlis Q

+ Nm1 =

133 263 + 285 000 + 5 532 + 785 550 350 000

Nv1lis = 6,20 Kč/ks

(4.24)

Celková cena součásti bez pořizovacích nákladů na lis Uvažování zisku 25 % - Z = 1,25 Ccs = Nv1 . Z = 3,91 . 1,25 = 4,90 Kč/ks

(4.25)

Celková cena součásti včetně nákladů na lis CUPS 63 DEU Ccslis = Nv1lis . Z = 6,20 . 1,25 = 7,80 Kč/ks

38   

(4.26)

+ 2,7

Celková cena výrobní série Q = 350 000 ks bez nákladů na lis Cc = Ccs . Q = 4,90 . 350 000 = 1 715 000 Kč

(4.27)

Celková cena výrobní série včetně nákladů na lis Cclis = Ccslis . Q = 7,80 . 350 000 = 2 730 000 Kč

(4.28)

Výpočet bodu zvratu Fixní náklady bez nákladů na lis FN = (Nmr - Pm) / Q + Nn = (133 263 - 26 130) / 350 000 + 285 000 FN = 285 000,31 Kč

(4.29)

Fixní náklady včetně nákladů na lis  

FNlis = (Nmr - Pm)/Q + Nn + Nlis = (133 263 – 26 130) / 350 000 + 285 000 + 785 550 (4.30) FNlis = 1 070 550,31 Kč

Variabilní náklady VN = Nm1 +

Pm Q

= 2,70 +

26 130 350 000

= 2,78 Kč/ks

(4.31)

Bod zvratu pro náklady včetně lisu BZ =

FN = Ccslis - VN

1 070 550,31 7,80 – 2,78

= 213 257 ks

(4.32)

Bod zvratu bez nákladů na lis BZ =

FN Ccs - VN

=

285 000,31 4,9 – 2,78

= 134 435 ks

(4.33)

 

Vysvětlení pojmů[37]: Fixní náklady - náklady, které se se změnou objemu produkce v uvažovaném období nemění. Variabilní náklady - náklady, které se mění při změně objemu produkce. Výrobní režie - zahrnuje veškeré náklady spojené s řízením a obsluhou výroby. Správní režie - zahrnuje veškeré náklady spojené se správou a řízením podniku (celopodnikové náklady). 39   

Náklady, tržby [Kč]

3000000

2000000 Celkové tržby Celkové náklady

1000000

Fixní náklady

0 0

100000 200000 300000 400000 Počet vyrobených součástí [ks]

Obr. 4.11 Graf určení bodu zvratu včetně nákladů na lis CUPS 63 DEU Bodu zvratu odpovídá 213 257 kusů výstřižků vyrobených za rok včetně nákladů na lis CUPS 63 DEU, který bude použit při výrobě dané série. Po překročení tohoto bodu bude výroba součásti při sériovosti 350 000 kusů zisková.

Náklady, tržby [Kč]

2000000 1600000 1200000 Celkové tržby 800000

Celkové náklady Fixní náklady

400000 0 0

150000

300000

450000

Počet vyrobených součástí [ks] Obr. 4.12 Graf určení bodu zvratu bez nákladů na lis Bodu zvratu odpovídá 134 435 kusů výstřižků vyrobených za rok bez nákladů na lis. Po překročení tohoto bodu bude výroba zisková. 40   

5 Tepelné dělení plazmovým obloukem 5.1 Definice plazmy [14] [16] [32] [36] Speciální stav plynů označil za plazmu poprvé v roce 1923 francouzský fyzik I. Langmuir. Plazma je kvazineutrální plyn nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Kvazineutralitou (předpona kvazi znamená téměř, skoro) se rozumí fakt, že se plazma chová na venek elektricky neutrálně, přestože obsahuje elektricky nabité částice. Pojem kolektivní chování zase poukazuje na skutečnost, že pohyby v plazmatu nezávisí pouze na lokálních podmínkách, ale taky na stavu plazmatu ve vzdálených oblastech. Podle teploty se rozlišují 2 druhy plazmatu. Je to vysokoteplotní a nízkoteplotní plazma. Vysokoteplotní plazma odpovídá řádově 106K a vyskytuje se ve hvězdách. Nízkoteplotní plazma se vyskytuje např. v zářivkách a výbojkách, také v elektrickém oblouku. Přirozenou formou ohřátí plynu do plazmatického stavu je např. blesk, ve kterém je teplota až 30 000K.

5.2 Plazmový proces (obr. 5.1) [14] [16] Plazma je obvykle generována elektrickým výbojem mezi katodou a anodou. Je možné vyprodukovat plazmu i jiným způsobem, např. mikrovlnami. Nezbytnou podmínkou generování tepelného plazmatu je přítomnost média. Většinou toto médium zprostředkovávají plyny, jako jsou např. kyslík, dusík, vodík, argon atd. U plazmového řezání se používají následující plyny: ‐

Plazmové plyny - jsou přiváděny do elektrického oblouku, kde dochází k jejich ionizaci a disociaci. Volba plazmového plynu se odvíjí od druhu řezaného materiálu. Nejčastěji se volí následující kombinace: o konstrukční ocel- kyslík, vzduch o vysoce legovaná ocel- argon/vodík, argon/ vodík/ dusík, vzduch, dusík o lehké kovy – argon/ vodík, vzduch o barevné kovy- argon/ vodík o kompozitní materiály- argon/ vodík, argon/ vodík/ dusík, vzduch, kyslík.

‐

Fokusační plyny – zaostřují paprsek plazmatu po jeho výstupu z trysky hořáku. Používá se argon, dusík nebo směs vodíku a argonu.

‐

Asistentní plyny – obklopují paprsek plazmatu a pracovní místo na materiálu a chrání ho před účinky atmosféry. Používá se argon a dusík.

41   

Obr. 5. 1 Princip plazmového řezání[13] Na kvalitu řezu a opotřebení spotřebních dílů plazmového hořáku má výrazný vliv čistota plazmového plynu. Rychlost řezání závisí na nastavených parametrech řezání, tloušťce a chemickém složení řezaného materiálu. Existují dvě možnosti vedení oblouku: ‐ nepřenášený (nepřímý) oblouk- kde elektroda je katoda a anodu představuje řezací hubice (obr. 5.2a) ‐ přenášený (přímý) oblouk- kde elektroda je katoda a řezaný materiál je anoda (obr. 5.2b).

a b Obr. 5. 2 Vedení oblouku (a- nepřímý oblouk, b- přímý oblouk)[13] Plazma naráží na materiál, kde dochází k místnímu natavování a částečnému vypařování materiálu. Proudění plynu zapříčiní odplavování nataveného kovu z povrchu a vytváří řeznou spáru.

42   

5.3 Typy řezacích plazmových zařízení [20] Plynová plazma je stabilizovaná směsí Ar + H2 , elektroda je wolframová a používá se především pro řezání vysokolegovaných ocelí, niklu, molybdenu, mědi a dalších kovů. U malých tloušťek materiálů je řezání plynovou plazmou několikanásobně rychlejší než u řezání kyslíkem. Vzduchová plazma je v současnosti velmi rozšířená a její provoz je ekonomicky velmi výhodný do tloušťky cca 40 mm. Ke stabilizaci se používá stlačený vzduch (0,4 až 0,8 MPa) o vysokém průtočném množství až 130 l.min-1. Vzduchová plazma má ve srovnání s plynovou plazmou vysokou rychlost řezání. Velmi rozšířené je řezání vzduchovou plazmou u nelegovaných a středně legovaných ocelí. Kyslíková plazma je velmi podobná vzduchové má však vyšší entalpii a hustotu. Kyslík dává vysokou rychlost řezání, čisté řezy bez ulpívajících oxidů a zvýšení kvality řezu s malým deviačním úhlem a jemnou strukturou povrchu. Dusíková plazma kombinovaná s injekčním přívodem vody je určena především pro řezání velkých tloušťek vysokolegovaných ocelí. Vytváří se vodní vír, který ochlazuje vnější vrstvy plazmy a dochází k disociaci vody, čímž se dosahuje jejího zúžení a zvýšení teploty. Dusíková plazma kombinovaná s vodou zlepšuje kvalitu řezných ploch, jejich kolmost a zvyšuje řeznou rychlost. Řezání dusíkovou plazmou lze kombinovat s vodní sprchou, nebo se hořák po zapálení ponoří pod hladinu vody, která výrazně zvyšuje hygienu práce. Plasma stabilizovaná vodní parou je generována disociací a ionizací odpařené demineralizované vody v topném tělese hořáku. Hd − high definition plazma představuje poslední vývojový stupeň plazmového řezání. Celý název zní „high tolerance plasma arc cuting“. V principu se jedná o velmi intenzivní zúžení plazmového paprsku odvedením vnějšího chladnějšího obalu plazmy. Při použití vysoce čistého kyslíku (99,95%) jako plazmového plynu se dosáhne u nelegovaných ocelí kvality řezných ploch srovnatelných s řezáním laserem.

5.4 Vysvětlení pojmů [37] Elektroda - část vodiče, kterou se přivádí elektrický proud. Katoda – záporná elektroda. Anoda – kladná elektroda. Ionizace – proces, při kterém se z elektricky neutrálního atomu nebo molekuly stává ion. Disociace – děj, při kterém dochází např. ke štěpení molekul na menší molekuly. Opak ionizace. Entalpie - veličina, kterou se vyjadřuje obsah energie látek zúčastněných na reakci probíhajících za nezměněného tlaku Deviační úhel - úhel mezi dopadajícím a vystupujícím paprskem. Demineralizovaná voda - voda zbavená všech iontově rozpustných látek a křemíku. 43   

6 Firma R+W Ferra s.r.o. [28] Tahle část diplomové práce je věnována pálení plazmou. Spolupráce probíhala s firmou R+W Ferra s.r.o sídlící v Brně. Společnost vznikla v roce 2007 jako společný projekt firem Wirpo s.r.o. a Rapid trade, s.r.o. Tato nová společnost vyrábí tvarové výpalky a výpalky s úkosy z vlastního nebo i dodaného materiálu v jakostech konstrukční, vysokopevnostní, otěruvzdorné a nerezové oceli na plazmovém stroji od firmy MICROSTEP s plazmovými zdroji od firmy KJELLBERG.

STROJNÍ VYBAVENÍ: Vysoce precizní CNC zařízení od firmy MicroStep MG (obr.6. 1) • plazmový zdroj Kjellberg Fine Focus 800 ( obr.6. 3a ) a Fine Focus 1600 ( obr. 6. 3b ) • hořák 300 A s 3D rotátorem pro úhlové řezání a úkosy • hořák 600 A pro výpalky z černého materiálu a nerezí až do tloušťky 120 mm • dělící řezy až do síly materálu 150 mm • tvarové řezání pod úhlem, řezání pro přípravu V, X a Y svarů, včetně pálení úkosů s fazetkou • možnost pálení s předehřevem • velmi dobrá kvalita řezu, ostré úhly a rohy, přesné zachovaní kontur řezaných dílů • rozměr pálícího stolu 2,5x12 m

Obr. 6. 1. CNC zařízení MicroStep MG[28]

44   

CNC plazmové zařízení MicroStep MG (obr. 6. 2a, obr. 6. 2b) se zdrojem Kjellberg Fine Focus 800 (obr. 6. 3a) a Fine Focus 1600 (obr. 6. 3b). [28]

Obr. 6. 2a [28]

Obr. 6. 2b[28]

45   

Obr. 6. 3a Zdroj Kjellberg Fine Focus 800 [28]

Obr. 6. 3b Zdroj Kjellberg Fine Focus 1600 [28]

Pro řezání černého materiálu do tloušťky 60 mm firma používá kyslíkovou plazmu. Pro všechny ostatní materiály, které mají tloušťku nad 60 mm, a pro nerezové materiály od tloušťky 3 mm do 120 mm používá plazmu, jejíž médium tvoří plyny argon a vodík. Plazmové zařízení využívá přeneseného plazmového oblouku (obr. 5.2b), hlavní oblouk vzniká mezi elektrodou (-) a řezaným (základním) materiálem (+).

6.1 Technologické zhodnocení [28] (viz. příloha č. 4) Rozměry polotovaru – 6 000 mm x 2 000 mm x 5 mm Hmotnost tabule – 480 kg Počet výpalků na jedné tabuli plechu – 3 780 ks Plocha jednoho kusu výpalku – 0,0014 m2 Délka jednoho kusu výpalku – 0,27 m Váha odpadu – 266,53 kg Využitelnost tabule – 44, 47 % Strojní čas 1 součástky – 8 s Strojní čas 1 tabule – 8 h 37 min 22 s

46   

Výpočty: Počet tabulí na 350 000 ks ntab = 350 000 / Počet výpalků na jedné tabuli plechu ntab = 350 000 / 3 780 ntab = 93 tabulí

Hmotnost skutečné spotřeby materiálu M = ntab . m [kg] M = 93 . 480 M = 44 640 kg

(6.1)

(6.2)

Odpad 100 – 44,47 = 55,53 %

(6.3)

Hmotnost odpadu z jedné tabule mo = m . 55,53/100 [kg] mo = 480 . 55,53/100 mo = 266,54 kg

(6.4)

Celková hmotnost odpadu Mo = ntab . mo [kg] Mo = 93 . 266,54 Mo = 24 788,22 kg

(6.5)

Strojní čas pro 350 000 ks Strojní čas 1 součástky – 8 s Strojní čas 1 tabule – 8 h 37 min 22 s Strojní čas pro 93 tabulí = 777,78 h = 32 dní 9 h 50 min 24 s Vyrobení 350 000 ks při jednosměnném provozu (1 den = 7,5 pracovních hodin - uvažování 10% ztrát, které vznikají např. při údržbě zařízení) by byla série vyrobena za 104 dní. Vypálená součást má velmi nekvalitní povrch (obr. 6.4) a bylo by nutné použít dokončovacích operací ke zkvalitnění ploch. 47   

Po konzultacích ve firmě R+W Ferra bylo rozhodnuto, že součást (zarážka) není vhodná na výrobu pomocí plazmového zařízení, protože strojní zařízení není schopno vypálit tak malou součást s vetší přesností, než poukazuje norma ČSN EN ISO 9013 (viz. příloha č. 3).

Obr. 6. 4 Součást vypálená na plazmovém zařízeni [28]

6.2 Ekonomické zhodnocení [28][29] (viz. příloha č. 5) Pozn.: Ceny bez DPH. Přímý materiál [27] Série – 350 000 ks/rok Počet tabulí – 93 ks Cena 1 tabule plechu – 10 560 Kč Cena za materiál – 20 Kč / kg Cena materiálu na jeden kus – 2,60 Kč Cena za metr řezu – 55 Kč / metr Cena za propal – 10 Kč Cena za manipulaci – 300 Kč Cena za tvorbu programu – 300 Kč Cena za řez přímý – 14,85 Kč Cena za propaly – 30 Kč Cena za materiál – 2,6 Kč Cena celkem za kus = 47,45 Kč

48   

Cena polotovaru pro 350 000 ks Cm = počet tabulí . cena jedné tabule plechu Cm = 93 . 10 560 = 982 080 Kč

(6.6)

Cena využitého materiálu Cm . využití tabule plechu/100 982 080 . 44,47/100 = 436 731 Kč

(6.7)

Cena odpadu Cena potřebného materiálu – cena využitého materiálu 982 080 – 436 731 = 545 349 Kč

(6.8)

Zhodnocení odpadu Cena zhodnoceného odpadu byla zjištěna od firmy Kovokom Šrot Brno. s.r.o. Co = 4,50 Kč / kg Zo = Mo . Co = 24 788,22. 4,50 = 111 546,99 Kč

(6.9)

   

Náklady na celkový potřebný materiál  

Nmc = Cm - Zo = 982 080 Kč – 111 546,99 = 870 533,01 Kč

(6.10)

 

Cena plazmového zařízení Nn = 3 644 540 Kč (149 000 €) – Cena nástroje byla zjištěna od firmy MicroStep Europa GmbH, nutno zdůraznit, že se jedná o cenu již použitého zařízení, které je v provozu od roku 2005. Cena za celou sérii = 350 000 . 47,45 = 16 607 500 Kč

49   

7 Tepelné dělení laserem 7.1 Definice laseru [9] [24] [30] [35] Z definice vyplývá, že laser je zařízení, které přeměňuje dodávanou energii na laserové světlo. Záření z laseru vychází ve formě úzkého paprsku o průměru < 1 mm, paprsek má jednu barvu (je monochromatický). Energii můžeme dodávat různým způsobem, například opticky (světlem výbojky), chemicky, elektricky atd. Od záření běžných světelných zdrojů (výbojky, žárovky, atd.) se odlišuje laserové světlo následujícími vlastnostmi: • Záření se v prostoru nešíří všemi směry, ale v úzkém svazku. • Laser umožňuje generovat extrémně krátké světelné impulsy Laser je tvořen aktivním prostředím, rezonátorem a zdrojem energie. (Obr. 7. 1)

Obr. 7.1 Laser [33]

Rezonátor Ve většině laserů světlo opakovaně prochází tzv. rezonátorem – optickou dutinou vymezenou zrcadly. V nejobvyklejších případech je rezonátor tvořen dvěma zrcadly, z nichž je jedno zcela odrazivé a druhé částečně propustné. Existují také kruhové rezonátory.  Aktivní prostředí Aktivní prostředí lze dělit do čtyř základních skupin: ‐ Plynové - aktivní prostředí se skládá z jednoho či více plynů. ‐ Pevnolátkové – prostředí je tvořeno krystalem. ‐ Diodové – tvořené polovodičem s přechodem typu p-n. ‐ Kapalinové - tvořeny roztoky různých organických barviv. Zdroj energie Zdroj záření může být např. elektrický proud, výbojka, chemická rekce a jiné.

50   

7..2 Proces laaserového řezání ř (obr. 7.2) [9] [1 17] [22] k mechaniickému půssobení na zpracovávaaný Při dělenní materiálůů laserem nedochází n m materiál a vznikají v poouze minim mální deform mace při vlastním v prrocesu děleení i po jeeho ukkončení. Prroto je moožné dělit materiály velmi přessně a to i materiály y velmi lehhce deeformovatellné nebo křřehké. Díkyy vysoké hu ustotě výkonnu laserového záření jee zabezpečeena vyysoká produuktivita prácce a vysokáá kvalita řezu. Fokusovanný laserovýý svazek fotonů fo při dopadu d na materiál oohřeje místo o kontaktu na teeplotu varu, přičemž okkolní materriál je v úzk ké zóně nataaven. Řezánní materiálů ů je umožněěno oddstraněním par kovů a taveniny z místa řezzu pomocí pracovníhoo plynu. Ply yn proudí pod p vyysokým tlakkem výstuppní řezací trryskou koleem svazku fotonů. Vzddálenost řezzací trysky od poovrchu mateeriálu je vellice malá - do d 1 mm. Mezi základnní charakterristiky proceesu řezání laaserem patřří: M ‐ Rychllost řezání ‐ Kvaliita řezu ‐ Řeznáá spára

O 7.2 Prinncip laserovvého řezání [9] Obr.

M Metody řezánní laserem: [22] • Tavnéé U tavného řeezání lasereem se mateeriál lokáln ně nataví a vzniklá tavvenina se od o základního m materiálu oddděluje prouudem čistéhho inertního o plynu, kteerý se do m místa řezu přivádí, p ale na vllastním proccesu řezání se nepodílí.

51  5  

• Oxidační Oxidační řezání laserem se od tavného řezání liší pouze použitím kyslíku jako řezného plynu. • Sublimační Sublimační způsob řezání, při kterém se materiál v místě řezu odpařuje, se v dnešní době velmi málo používá.

7.3 Rozdělení laserů [22] Podle druhu aktivního prostředí rozlišujeme následující druhy laserů: 1) Plynové U plynových laserů vzniká paprsek v plynném prostředí, kterým je nejčastěji argon, helium nebo neon. Sem patří například helium-neonový laser, argonový laser, CO2 laser (obr. 7. 3) a další.

Obr. 7. 3 Konstrukce CO2 laseru [22] 2) Pevnolátkové Aktivní prostředí tvoří homogenní krystal s příměsí cizorodé látky. Do této skupiny patří například rubínový laser, Nd:sklo laser, Nd: Yag laser (obr. 7. 4) a další.

Obr. 7. 4 Konstrukce Nd: Yag laseru [22]

52   

3) Polovodičové (obr. 7. 5) Jsou známé jako laserové diody, zde světelná emise vzniká v přechodové vrstvě na hranici mezi polovodiči typu P a N. Sem patří například polovodičový laser buzený svazkem elektronů, injekční polovodičové lasery.

Obr. 7. 5 Konstrukce polovodičového laseru [22]

Použití technických plynů u laserových zařízení se dělí do dvou oblastí: [17] • jako pracovní náplň- pouze u plynových laserů Z hlediska aplikace ve strojírenské výrobě jsou nejčastěji užívané lasery s plynovým aktivním prostředím. Plynové lasery mají název dle druhu aktivního prostředí -tj. dle pracovní náplně. Nejhojněji používaným představitelem těchto laserů je CO2 laser, jehož aktivní prostředí je tvořeno směsí plynů CO2 , N2 a He. Výhody plynného aktivního prostředí jsou především ve snadnějším odvodu tepla • jako asistenční plyn či ochranná atmosféra Plynná ochranná atmosféra se používá jednak pro ochranu zpracovávaného materiálu před okolní atmosférou nebo i pro oxidační reakci na podporu spalování (pouze při tepelném dělení ocelových materiálů). Při technologiích řezání laserem se do fokusační hlavice laseru vhání pod tlakem plyn, který může vlastní proces urychlovat buď zvýšeným spalováním, nebo se jím vytlačuje tavenina z řezu, anebo je plyn primárně určen pro ochlazování řezu.

7.4 Vysvětlení pojmů [37] Foton - malý „chomáček“ energie, který velmi rychle letí a neustále kmitá. Dioda - elektronická polovodičová součástka se dvěma elektrodami

53   

8 Firma Dendera, a.s. [9] [35] Firma Dendera a.s., sídlící v Kanicích, vznikla v roce 2004 jako ryze česká akciová společnost s cílem splnit potřeby především menších zákazníků v oblasti výroby komponentů z plechu. Firma je zaměřena na řezání laserem, ale také na CNC ohýbání, vrtání, soustružení, frézování, svařování pod ochrannou atmosférou a následně na finální úpravu povrchů součástízinkování a práškové lakování. STROJNÍ VYBAVENÍ: Čtyři CO2 lasery (obr. 8. 1) pro řezání materiálů od firmy Amada řady F/O a nejmodernější řady X1 o výkonu 4 kW.

Obr. 8. 1 CO2 laser [9]

Maximální řezná plocha: 2 000 x 4 000 mm Maximální řezná tloušťka: • • •

Ocel 20 mm Nerez 12 mm Hliník 8 mm

CO2 laser je jeden z nejstarších plynových laserů. CO2 laser generuje infračervené záření několika vlnových délek (nejčastěji jsou udávány 9,4 a 10,6 µm), které je možno oddělit optickým hranolem.

54   

Aktivní prostředí tvoří: • • • •

Oxid uhličitý (CO2) - kolem 10–20 % Dusík (N2) - kolem 10–20% Vodík (H2) a/nebo xenon (Xe) - několik procent; obvykle používaný jen v zatavené trubici. Helium (He) - zbytek směsi plynu

Použití v průmyslu: • • • •

svařování laserem řezání laserem kalení laserem gravírování  

 

8.1 Technologické zhodnocení [9] Rozměry polotovaru – 2 000 mm x 1 000 mm x 5 mm Hmotnost tabule – 78,5 kg Počet výpalků na jedné tabuli plechu – 675 ks (viz. příloha č.7 ) Plocha jednoho kusu výpalku – 0,0014 m2 Délka jednoho kusu výpalku – 0,27 m Váha odpadu – 38.31 kg Strojní čas 1 tabule – 3h 39 min 44 s Výpočty: Počet tabulí na 350 000 ks ntab = 350 000 / Počet výpalků na jedné tabuli plechu ntab = 350 000 / 675 ntab = 519 tabulí

Využití tabule (celková plocha výrobku z 1 tabule / plocha tabule) . 100 [%] [(1519,6 . 675)/2 000 . 1 000] . 100 = 51,3 % Hmotnost skutečné spotřeby materiálu M = ntab . m [kg] M = 519 . 78,5 M = 40 741,5 kg

(8.2)

(8.3)

55   

(8.1)

Odpad 100 – 51,3 = 48,7%

Hmotnost odpadu z jedné tabule mo = m . 48,7/100 [kg] mo = 78,5 . 48,7/100 mo = 38,23 kg

(8.4)

Celková hmotnost odpadu Mo = ntab . mo [kg] Mo = 519 . 38,23 Mo = 19 841,1 kg

(8.5)

Strojní čas pro 350 000 ks Strojní čas 1 součástky – 19,5 s Strojní čas 1 tabule – 3h 39 min 44 s = 3,662 h Strojní čas pro 519 tabulí = 3,662 . 519 = 1900,578 h = 79 dní 4 h 34 min 41 s Vyrobení 350 000 ks součástí při jednosměnném provozu (1 den = 7,5 pracovních hodin)by byla série vyrobena za 254 dní. Součást vyrobená metodou laserového řezání (obr. 8. 2) neměla dokonalé řezné plochy. Pro zlepšení kvality řezných ploch a pro odstranění otřepů bylo nutné použít dokončovací operaci omíláním. Byla použita kruhová vibrační omílačka firmy Rösler (obr. 8.3) o objemu bubnu 420 litrů.

Nekvalitní řezná plocha Obr. 8. 2 Zarážka vyrobená pomocí laserového zařízeni [9]

56   

‐ ‐ ‐ ‐ ‐

1 vsázka = 900 ks zarážky Doba omílání 1 vsázky = 20 minut Počet vsázek pro 350 000 ks = 389 vsázek Doba omílání pro 350 000 ks = 7 780 minut = 5 dní 12 hodin Omílání 350 000 ks při jednosměnném provozu (1 den = 7,5 pracovních hodin) by byla série vyrobena za 18 dní.

Obr. 8. 3 Vibrační omílačka [9]

8.2 Ekonomické zhodnocení [9] (viz. příloha č. 7 ) Pozn. : ceny uvedeny bez DPH. Přímý materiál [9] [29] Série – 350 000 ks/rok Počet tabulí – 519 ks Cena 1 tabule plechu – 1 760 Kč Cena za materiál – 20 Kč / kg

Cena polotovaru pro 350 000 ks Cm = počet tabulí . cena jedné tabule plechu Cm = 519 . 1 760 = 913 440 Kč

(8.6)

Cena materiálu na jeden kus Ck = Cm / série Ck = 913 440/ 350 000 = 2,61 = 2,70 Kč / ks

(8.7)

Cena využitého materiálu Cm . využití tabule plechu/100 913 440 . 51,3/100 = 468 595 Kč

(8.8)

57   

Cena odpadu Cena polotovaru pro 350 000 ks – cena využitého materiálu 913 440 – 468 595 = 444 845 Kč

(8.9)

 

Zhodnocení odpadu Cena zhodnoceného odpadu byla zjištěna od firmy Kovokom Šrot Brno. s.r.o. Co =4,50 Kč / kg  

Zo = Mo . Co = 19 841,1. 4,50 = 89 284,95 Kč

(8.10)

   

Náklady na celkový potřebný materiál  

Nmc = Cm - Zo = 913 440 - 89 284,95 = 824 155,05 Kč

(8.11)

   

Cena celkem za kus = 15,08 = 15,10 Kč. Cena 1 kusu součásti se odvíjí od počtu vyrobených kusů (viz. příloha č.8). Cena celé série Q= 350 000ks = 5 285 000 Kč.

58   

9 Děleení vodním m paprskeem 9..1 Princip dělení d vodn ním paprsk kem (Obr. 9.1) 9 [18] Záklaadní princip technologiee je tekoucíí voda pod ultra u vysokýým tlakem z čerpadla přřes vysokotllaké potrubíí do řezací hlavy h se zm mění v tryscee na vodní ppaprsek o ry ychlosti až čttyřnásobně vyšší v než ryychlost zvukku. 1 - vysoko otlaký přívood vody 2 - rubíno ová nebo diaamantová trryska 3 - abraziv vo 4 - směšov vací trubičkka 5 - držák 6 - paprseek 7 - materiiál

O 9.1 Schééma řezání vodním papprskem s ab Obr. brazivem[388]

V Vyhody: [377] -

-

Řezánní bez tepeelného ovlivvnění řezan ného materiiálu, tzv. sttudený řez. Obráběný díl nevykkazuje fyziikální, cheemické ani mechanické změny a je následně snaddno obrobbitelný. Minim mální silovvé působenní paprsku na řezanný materiáll, nedocházzí ke vzniku mikrootrhlin. Univeerzálnost – paprsek p děllí většinu materiálů m při velkém rozzsahu řezaný ých tloušťekk. Řezánní vodním paprskem p jee technologiií přátelskouu k životním mu prostřed dí. Při vlastnním řezánní nevznikajjí žádné ekologicky neevhodné zpplodiny. Spotřeba vody y na řezáníí je velmii malá (závvisí na tlakuu a velikossti použité trysky). Jakko abrazivo o se používvají netoxxické látky, které mohoou být recyk klovány pro opakované použití. Po oužité abrazivo může být bez prooblémů uložženo na skláádku.

59  5  

Dva typy technologie: [18] • Řezání čistou vodou (bez abraziva) Řezání vodním paprskem patří k původnímu způsobu dělení vodou. Nejvíce se technologie řezání vodním paprskem využívá pro měkké materiály, např. na jednorázové plenky, hedvábný papír a díly automobilových interiérů. Technologie vodního paprsku je velmi vhodná pro nepřetržitý. Vlastnosti řezání čistou vodou: - Velmi tenký paprsek (průměr paprsku od 0,1 do 0,24 mm). - Extrémně přesná geometrie. - Velmi malá ztráta materiálu způsobena řezáním. - Bez tepelného ovlivnění řezaného materiálu. - Možnost řezat i silnější materiály. - Velmi tenká řezná spára. - Obvykle velmi vysoká řezná rychlost (do 20m/min). - Extrémně nízké řezné síly. • Řezání vodním paprskem s abrazivem U abrazivního vodního paprsku slouží vodní paprsek k urychlování abrazivních částic (většinou granátu), které rozrušují materiál. Brusná síla abrazivního vodního paprsku je stokrát ne-li tisíckrát silnější, než erozivní síla čistého vodního paprsku. Abrazivní paprsek se uplatňuje pro řezání tvrdých materiálů, jako jsou kovy, kámen, keramika, kompozity a podobně. Vlastnosti abrazivního vodního paprsku:  - Nevznikají tepelně ovlivněné zóny řezu. - Nevznikají mechanická pnutí. - Tenká řezná spára (od 0.3 do 1,35mm průměr paprsku). - Extrémně přesná geometrie řezaných dílů. - Řezání tlustých materiálů až do 250mm. - Řezání ve více vrstvách – paketech. - Malé ztráty materiálu v důsledku řezání. - Jednoduché upevnění řezaných materiálů. - Nízké řezné síly (pod 500 N v průběhu řezání). - Jeden řezný nástroj pro všechny materiály. - Rychlá záměna z čistého vodního paprsku na abrazivní způsob řezání a naopak. - Malý nebo žádný otřep.

60   

10 Firma AQUAdem s.r.o. [2] Firma AQUAdem s.r.o. vznikla v roce 1996 a nachází se v Brně. Společnost se zabývá hlavně dělením plošných materiálů vysokotlakým vodním paprskem, ale také se zabývá CNC ohýbáním, frézováním, soustružením a dokončovacími operacemi.

STROJNÍ VYBAVENÍ (obr. 10.1, obr. 10.2): Nejmodernější CNC zařízení od firmy Water Jet Sweden NC3000 a NC4030T.

Obr. 10.1 CNC zařízení od firmy Water Jet Sweden NC 4030T[2]

61   

Obr. 10. 2 CNC zařízení od firmy Water Jet Sweden NC3000 [2]

Firma používá při řezání součástí abrazivo MG Garnet 80 (Obr. 10.3). Je to nejrozšířenější druh abraziva používaného při řezání vodním paprskem, poskytuje optimální rovnováhu řezné rychlosti a přesnost hran. Vlastnosti uvedeného abraziva [27]: -

Obr. 10. 3 Abrazivo MG garnet 80 [27]

62   

Nehořlavý Nerozpustný ve vodě Bez zápachu 100% přírodní minerál

10.1 Technologické zhodnocení [2] Rozměry polotovaru – 2 000 mm x 1 000 mm x 5 mm Hmotnost tabule – 78,5 kg Počet výpalků na jedné tabuli plechu – 880 ks (viz. příloha č. 11) Plocha jednoho kusu výpalku – 0,0014 m2 Délka jednoho kusu výpalku – 0,27 m Strojní čas 1 součásti – 2 min 3 s = 0,034 h (viz. příloha č. 10) Výpočty: Počet tabulí na 350 000 ks ntab = 350 000 / Počet výpalků na jedné tabuli plechu ntab = 350 000 / 880 ntab = 398 tabulí

Využití tabule (celková plocha výrobku z 1 tabule / plocha tabule) . 100 [%] [(1519,6 . 880)/2 000 . 1 000] . 100 = 66,9 %

Hmotnost skutečné spotřeby materiálu M = ntab . m [kg] M = 398 . 78,5 M = 31 243 kg

(10.1)

(10.2)

Odpad 100 – 66,9 = 33,1%

Hmotnost odpadu z jedné tabule mo = m . 33,1/100 [kg] mo = 78,5 . 33,1/100 mo = 25,98 kg

Celková hmotnost odpadu Mo = ntab . mo [kg] Mo = 398 . 25,98 Mo = 10 341,4 kg

(10.3)

63   

(10.4)

Strojní čas pro 350 000 ks Strojní čas 1 součástky – 2 min 3 s = 0,034 h Strojní čas 1 tabule =880 . 0,034 = 29,92 h = 1 den 6 h Strojní čas pro 398 tabulí = 398 . 29,92 = 11 908,16 h = 496 dní 4h 9 min 8s Vyrobení 350 000 ks součásti při jednosměnném provozu (1 den = 7,5 pracovních hodin při uvažování 10% ztrát, které vznikají např. při údržbě zařízení) by byla série vyrobena za 1588 dní. Součást vyrobená pomocí vodního paprsku nemá dokonalé řezné plochy (obr. 10. 4). Tento problém lze vyřešit použitím dokončovacích operací. Metodu nelze uplatnit při výrobě zarážky, protože zařízení není schopno danou sérii za rok vyrobit.

Obr. 10. 4 Plocha součásti vyrobená pomocí vodního paprsku [2]

10.2 Ekonomické zhodnocení [2] [29] Pozn. : Ceny uvedeny bez DPH. Přímý materiál [2] Série – 350 000 ks/rok Počet tabulí – 398 ks Cena 1 tabule plechu – 1 760 Kč Cena za materiál – 20 Kč / kg 64   

Cena polotovaru pro 350 000 ks Cm = počet tabulí . cena jedné tabule plechu Cm = 398 . 1 760 = 700 480 Kč

(10.5)

Cena materiálu na jeden kus Ck = Cm / série Ck = 700 480 / 350 000 = 2,00 Kč / ks

(10.6)

Cena využitého materiálu Cm . využití tabule plechu/100 700 480 . 66,9 / 100 = 468 621,20 Kč

(10.7)

Cena odpadu Cena polotovaru pro 350 000 ks – cena využitého materiálu 700 480 – 468 621,20 = 231 858,80 Kč

(10.8)

Zhodnocení odpadu Cena zhodnoceného odpadu byla zjištěna od firmy Kovokom Šrot Brno. s.r.o. Co = 4,50 Kč / kg Zo = Mo . Co = 10 341,4. 4,5 = 46 536,3 Kč

(10.9)

   

Náklady na celkový potřebný materiál  

Nmc = Cm - Zo = 700 480 - 46 536,3 = 653 943,7 Kč

(10.10)

 

Náklady na materiál pro jednu součást  

Nm1 =

Nmc Q

=

653 943,7 350 000

= 1,90 Kč/ks

(10.11)

Cena celkem za kus = 36,67 Kč (Pozn. Firma AQUAdem poskytla pouze konečnou cenu součásti.) Cena celé série Q = 350 000 ks = 12 834 500 Kč

65   

11 Přehled technicko – ekonomického zhodnocení variant výroby součásti Tab. 6 Technicko – ekonomický přehled variant výroby součásti varianta výroby

střihadlo

plazmové zařízení

laserové zařízení

vodní paprsek

počet vyrobených součástí z 1 tabule plechu

560 ks*

3 780 ks**

675 ks*

880 ks*

počet tabulí pro vyrobení série

625 ks

93 ks

519 ks

398 ks

využitelnost polotovaru

42,60%

44,47%

51,30%

66,90%

doba výroby série

20 dní

104 dní

254 dní

1 588 dní

cena 1 součásti

7,80 Kč

47,45 Kč

15,10 Kč

36,67 Kč

cena série

2 730 000 Kč

16 607 500 Kč

5 285 000 Kč

12 834 000 Kč

kvalita ploch vyrobených součástí

* Polotovar - tabule plechu o rozměrech 2 000 x 1000 x 5 mm. ** Polotovar – tabule plechu o rozměrech 6 000 x 2 000 x 5 mm. Pozn.: Ceny bez DPH.

a

b Obr. 11.1 Součást vyrobená pomocí moderních technologií (a- plazmové zařízení [28], blaserové zařízení [9], c- vodní paprsek [2]).

c 66   

12 Závěr Tato práce se zabývá výrobou součásti – zarážky pomocí čtyř různých metod výroby. Součást je vyráběná z plechu 11 373 o tloušťce 5 mm a sériovosti 350 000 kusů za rok. Na zarážku nejsou kladeny žádné jakostní ani geometrické požadavky. Hlavním úkolem bylo provést technicko- ekonomické zhodnocení všech zadaných variant výroby a to pomocí stříhání, plazmového řezání, laserového řezání a řezání vodním paprskem. Závěrem celé práce je výkresová dokumentace postupového střižného nástroje. V prvním případě se jednalo o metodu výroby pomocí střižného nástroje. Před návrhem postupového střižného nástroje bylo nutné zvolit vhodné rozložení součásti na pás plechu tak, aby při vystřihování nedocházelo k defektům způsobené především poměrně velkou tloušťkou stříhaného materiálu. Dále byly provedeny kontrolní a technologické výpočty, na základě kterých byl zvolen vhodný stroj - univerzální hydraulický stolní lis CUPS 63 DEU. Z technologického rozboru bylo zjevné, že tato varianta nebude příliš vhodná k výrobě dané součásti. O variantě postupového stříhání se tedy uvažovalo spíše jako o srovnávací vůči zbylým metodám a ne o variantě, která by byla vhodná k výrobě zarážky. Další způsob výroby byl pomocí plazmového CNC zařízení MicroStep MG, které vlastní firma R+W Ferra s.r.o. Při pálení součásti byl velký problém s kvalitou řezných ploch, protože CNC zařízení nebylo schopno vyrobit součást s větší přesností, než poukazuje norma ČSN EN ISO 9013. Z toho důvodu není tato varianta výroby vhodná a není vhodná i z ekonomického hlediska, protože cena jednoho výpalku je 47,45 Kč. Nejoptimálnější metodou je výroba součásti pomocí CO2 laseru od firmy Amada, který vlastní firma Dendera a.s.. Tohle zařízení dokázalo jako jediné vypálit zarážku s poměrně kvalitními řeznými plochami a cena jedné součásti vyšla na 15,10 Kč. Při poslední variantě výroby součásti bylo použito CNC zařízení od firmy Water Jet Sweden NC3000. Po konzultacích ve firmě Aquadem s.r.o. byla tato metoda zavrhnuta, protože by zařízení nebylo schopno danou sérii za rok vyrobit. Cena jedné součásti byla stanovena na 36,67 Kč. Ze závěru vyplývá, že jako jediná vhodná metoda pro výrobu zarážky je výroba pomocí laserového CNC zařízení.

67   

Seznam použitých zdrojů [1]

Akademie tváření: Stříhání. MM Průmyslové spektrum : Výroba / Tváření [online]. 17. května 2010, 6, [cit. 2011-03-10]. Dostupný z WWW: .

[2]

AQUADEM s.r.o. [online]. 2010 [cit. 2011-05-25]. Řezání vodním paprskem. Dostupné z WWW: .

[3]

BAREŠ, Karel. Lisování. 1. vyd. Praha : SNTL, 1971. 544 s.

[4]

Citace 2.0 - vše o citování literatury a dokumentů [online]. c2004-2011 [cit. 2011-0523]. Generátor citací. Dostupné z WWW: .

[5]

ČSN 20 6015. Střihadla a střižná vůle. Praha 10- Hostivař : ÚNM, 1977. 25 s.

[6]

ČSN 22 6273. Střižné skříně. Praha : Český normalizační institut, 1970. 4 s.

[7]

ČSN 22 6285. Hlavice pravoúhlé k vodícím stojánkům. Praha 10- Hostivař : ÚNM, 1969. 4 s.

[8]

ČSN EN ISO 9013. Tepelné dělení-Klasifikace tepelných řezů-geometrické požadavky na výrobky a úchylky jakosti řezu. [s.l.] : Český normalizační institut, 2002. 31 s.

[9]

Dendera a.s. [online]. 2011 [cit. 2011-05-10]. řezání laserem. Dostupné z WWW: .

[10]

DVOŘÁK, Milan; GAJDOŠ, František; NOVOTNÝ, Karel. Technologie tváření: Plošné a objemové tváření. 2. vyd. Brno : PC-DIR Real, s.r.o, 1999. 169 s. ISBN 80214-1481-2.

[11]

FOREJT, Milan. Ročníkový projekt I. Brno : [s.n.], 2002. 75 s. Dostupný z WWW: .

[12]

FOREJT, Milan. Teorie obrábění, tváření a nástroje. 1.vyd. Brno : CERM, 2006. Teorie tváření a nástroje, s. 225. ISBN 80-214-2374-9.

[13]

Fronius Česká republika s. r. o. [online]. 2008-2009. Dostupný z WWW: <www.fronius.cz>.

[14]

HEINRICH, Michal. Plazmové řezání. Svět svaru [online]. 2006, roč. 10, č. 3, s. 1819. Dostupný z WWW: <www.svetsvaru.cz>.

   

[15]

HŠV stroje, a.s. [online]. 2005 [cit. 2011-02-20]. CUPS xx DEU. Dostupné z WWW: .

[16]

JANATA, Marek. Technické plyny pro řezání plazmou : Co je to plazma?. Svět svaru [online]. 2007, s. 12-13. Dostupný z WWW: <www.svetsvaru.cz>.

[17]

JANATA, Marek. AIR PRODUCTS spol. s r.o [online]. 2009 [cit. 2011-05-25]. Laserové technologie. Dostupné z WWW: .

[18]

JŮZA, Radomír. KovoJuza [online]. 2010 [cit. 2011-05-25]. Technologie řezání vodním paprskem. Dostupné z WWW: .

[19]

KOTOUČ, Jiří. Nástroje pro tváření za studena. dotisk. Praha : Vydavatelství ČVUT, 1978. 158 s.

[20]

KUBIČEK, Jaroslav. Technologie 2- část svařování : Speciální metody tavného svařování, tlakové svařování. Brno, 2006. 69 s. Sylabus přednášek. Vysoké učení technické v Brně.

[21]

KUČERA, František. Střihadlo, zejména pro dělení pásů. Brno : Úřad pro vynálezy a objevy, 1977.

[22]

Laserové a plazmové řezání [online]. 2009 [cit. 2011-05-25]. Dostupné z WWW: .

[23]

LEINVEBER, Jan; VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. 2. dopl. vyd. Praha : ALBRA, 2005. 907 s. ISBN 80-7361-011-6.

[24]

Maturita [online]. 2008 [cit. 2011-03-05]. Zpracování materiálů pomocí laseru. Dostupné z WWW: .

[25]

NOVOTNÝ, Karel. Nástroje a přípravky : část 1- tváření. 1. vyd. Brno : SNTL, 1982. 179 s.

[26]

NOVOTNÝ, Josef; LANGER, Zdeněk. A další způsoby dělení kovových materiálů. 1. vyd. Praha : SNTL, 1980. 216 s.

[27]

PWJ - Performance Waterjet [online]. 2005 [cit. 2011-05-25]. MATERIAL SAFETY DATA SHEET WATERJET GARNET. Dostupné z WWW: .

   

[28]

R+W Ferra s.r.o. [online]. 2011 [cit. 2011-05-19]. R+W Ferra s.r.o. Dostupné z WWW: .

[29]

SYNEK, Miloslav, et al. Základy podnikové ekonomiky. 1. vyd. Praha : Aleko, 1990. 186 s. ISBN 80-85341-00-X.

[30]

ŠULC, Jan. PLS Laser Systems spol. s r.o. : užitečné informace [online]. 08.10.2002 [cit. 2011-03-01]. Lasery a jejich aplikace. Dostupné z WWW: .

[31]

Technická univerzita Liberec, fakulta strojní : Technologie plošného tváření - stříhání [online]. Liberec : 2008 [cit. 2011-02-20]. Technologie 2 - tváření kovů. Dostupné z WWW: .

[32]

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, ústav fyziky a materiálového inženýrství, [online]. 2009 [cit. 2011-04-17]. Definice plazmatu, charakteristiky plazmatu. Dostupné z WWW: .

[33]

VISINGR, Lukáš; KOTRBA, Štěpán. Laserové zbraně: paprsky smrti ve službách velmocí. Britské listy [online]. 2008, 8, [cit. 2011-05-25]. Dostupný z WWW: .

[34]

VVP-Martin s.r.o. [online]. 2011 [cit. 2011-05-25]. Nástrojárna Martin. Dostupné z WWW: .

[35]

Wikipedie [online]. 2011 [cit. 2011-03-10]. .

[36]

Wikipedie [online]. 2011 [cit. 2011-05-17]. Fyzika plazmatu. Dostupné z WWW: .

[37]

Wikipedie [online]. 2011 [cit. 2011-05-23]. .

[38]

Wikipedie [online]. 2011 [cit. 2011-05-25]. Řezání vodním paprskem. Dostupné z WWW: .

   

Laser.

Dostupné

Dostupné

z

z

WWW:

WWW:

Seznam použitých symbolů a zkratek A

/mm/

šířka tabule plechu

As

/J/

střižná práce

B

/mm/

délka tabule plechu

BZ

/ks/

bod zvratu

c

/-/

koeficient závislý na druhu stříhání

Cc

/Kč/

cena součástí pro danou sérii

Cclis

/Kč/

cena součástí pro danou sérii včetně nákladů na lis

Ccs

/Kč/ks/

celková cena součásti

Ccslis

/Kč/ks/

celková cena součásti včetně nákladů na lis

Cm

/Kč/

cena potřebného materiálu

Co

/Kč/

cena kovového odpadu

E3

/mm/

velikost můstku

Ee

/Kč/kWh/

cena elektrické energie

Ep

/MPa/

modul pružnosti v tahu

F3/2

/mm/

velikost okraje

Fc

/N/

celková střižná síla

FN

/Kč/

fixní náklady

Fs

/N/

střižná síla

Fu

/N/

stírací síla

Fv

/N/

protlačovací síla

HB

/-/

tvrdost

Hmin

/mm/

minimální tloušťka střižnice

JR

/mm/

jmenovitý rozměr součásti

Jy

/mm⁴/

moment setrvačnosti průřezu

K

/-/

koeficient závislý na druhu a tloušťce materiálu

k

/mm/

krok

keu

/-/

koeficient dle druhu materiálu, střihadla a tloušťky materiálu

kev

/-/

koeficient dle druhu materiálu, střihadla a tloušťky materiálu

l

/mm/

délka střihu

 

lkrit

/mm/

kritická délka střižníku

M

/kg/

hmotnost skutečné spotřeby materiálu

m

/kg/

hmotnost tabule plechu

M₀

/kg/

celková hmotnost odpadu

m₀

/kg/

hmotnost odpadu z jedné tabule plechu

ms

/mm/

střižná mezera

n

/-/

počet výstřižků v neodlehčené části střihadla

Nel

/Kč/

náklady na spotřebovanou energii stroje

Nlis

/Kč/

cena lisu

Nm1

/Kč/ks/

náklady na materiál pro výrobu jedné součásti

Nmc

/Kč/

konečné náklady na materiál

Nmr

/Kč/

celkové náklady na mzdy a režii

Nn

/Kč/

cena nástroje

np

/ks/

počet kusů výstřižku z pásu plechu

nsměna

/směna/

počet směn na zhotovení výrobní série

nt

/ks/

počet kusů výstřižku z tabule plechu

ntab

/ks/

počet tabulí na sérii

Nv1

/Kč/ks/

náklady na výrobu jedné součásti

Nv1lis

/Kč/ks/

náklady na výrobu jedné součásti včetně nákladů na lis

nvh

/ks/hod/

počet vyrobených výstřižků za hodinu

nvhs

/ks/hod/

skutečný počet výstřižků za hodinu

nvs

/ks/směna/

počet směn na zhotovení výrobní série

nz

/min-1/

počet zdvihů lisu

P

/kW/

příkon lisu

p

/ks/

počet pásů z tabule

Pm

/Kč/

celkové náklady na mzdy

Q

/ks/

výrobní série

RAD

/mm/

rozměr střižníku při děrování

RAV

/mm/

rozměr střižníku při vystřihování

 

RED

/mm/

rozměr střižnice při děrování

REV

/mm/

rozměr střižnice při vystřihování

Rm

/MPa/

pevnost

s

/mm/

tloušťka stříhaného materiálu

S

/mm²/

obvodová plocha

SR

/ %/

správní režie

SZP

/% /

sociální a zdravotní pojištění

š

/mm/

šířka pásu plechu

TA

/mm/

výrobní tolerance střižníku

TE

/mm/

výrobní tolerance střižnice

TS

/mm/

tolerance jmenovitého rozměru

v

/mm/

střižná vůle

V

/mm³/

objem tabule plechu

VN

/Kč/ks/

variabilní náklady

VR

/%/

výrobní režie

xt

/mm/

x-ová souřadnice těžiště

yt

/mm/

y-ová souřadnice těžiště

Z

/ %/

uvažovaný zisk

Zo

/Kč/

zhodnocení odpadu

π

/-/

koeficient

ς

/kg.m-³/

hustota železa

σdov

/MPa/

dovolené namáhání na tlak

σo

/MPa/

namáhání v ohybu

σs

/MPa/

namáhání tlakem

τs

/MPa/

střižný odpor

 

Seznam příloh Příloha č. 1 - Určení okraje a můstku. [11] Příloha č. 2 - ČSN 22 6015 – Tolerance a přípustné míry opotřebení pracovních částí střihadel [5] Příloha č. 3 - Normy ČSN EN ISO 9013 -Mezní úchylky jmenovitých rozměrů, toleranční třída 2. [8] Příloha č. 4 - Technologické zhodnocení řezání na plazmovém CNC zařízení MicroStep MG. [28] Příloha č. 5 - Ekonomické zhodnocení řezání na plazmovém CNC zařízení MicroStep MG. [28] Příloha č. 6 - Pálící plán plazmového zařízení. [28] Příloha č. 7 - Technologické zhodnocení řezání na laseru Amada FO 3015 DE [9] Příloha č. 8 - Ekonomické zhodnocení řezání na laseru Amada FO 3015 DE [9] Příloha č. 9 - Pálící plán součásti na laseru Amada FO 3015 DE [9] Příloha č. 10 - Technologické zhodnocení řezání na vodním CNC zařízení Water Jet Sweden NC3000 a NC4030T. [2] Příloha č. 11 - Pálící plán součásti na vodním zařízení. [2] Příloha č. 12 - Výkresová dokumentace postupového střižného nástroje a jeho částí.

 

Příloha č. 1 – Určení okraje a můstku. [11]

 

Příloha č.2 - ČSN 22 6015 – Tolerance a přípustné míry opotřebení pracovních částí střihadel [5]

 

Příloha č. 3 – Normy ČSN EN ISO 9013 -Mezní úchylky jmenovitých rozměrů, toleranční třída 2. [8]

 

Příloha č. 4 - Technologické zhodnocení řezání na plazmovém CNC zařízení MicroStep MG [28]

 

Příloha č. 5 – Ekonomické zhodnocení řezání na plazmovém CNC zařízení MicroStep MG. [28]

 

Příloha č. 6 – Pálící plán součásti na plazmovém zařízení. [28]

 

Příloha č. 7 – Technologické zhodnocení řezání na laseru Amada FO 3015 DE [9]

 

Příloha č. 8 – Ekonomické zhodnocení řezání na laseru Amada FO 3015 DE [9]

 

Příloha č. 9 - Pálící plán součásti na laseru Amada FO 3015 DE [9]

 

Příloha č. 10 – Technologické zhodnocení řezání na vodním CNC zařízení Water Jet Sweden NC3000 a NC4030T. [2]

 

Příloha č. 11 – Pálící plán součásti na vodním zařízení. [2]