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

Ú 12123 – odbor tváření slévání a svařování

Podklady pro předmět projekt 2 –část kování, 2003-2004 Doc. Čermák

KAPACITNÍ VÝPOČTY Na základě stanovení příslušného typu tvářecího stroje je nutné určit či ověřit jeho velikost. Velikost stroje je možné v prvém přiblížení stanovit na základě diagramů výrobců tvářecích strojů. Ty jsou obvykle uváděny pro běžné uhlíkové oceli a vycházejí z hmotnosti výkovku, jeho tvarové složitosti a půdorysné plochy včetně plochy můstku výronkové drážky. Pro přesnější výpočty je možné využít národní normy nebo kovárenské příručky. Nejpřesnější metoda výpočtu tvářecích sil a energií je pomocí numerické simulace. Kování na kovacích lisech. Kovací lisy patří mezi stroje zdvihové, kde základním parametrem je jmenovitá síla lisu. Dalšími důležitými parametry zde jsou: využitelný počet zdvihů, výška zdvihu a jmenovitá dráha před dolní úvratí, na které lze max. sílu lisu využít. Pro konečnou volbu je nutné proto kontrolovat, zda průběh síly během kování nepřesáhne sílu, které je k dispozici. Z tohoto důvodu se proces kování obvykle dělí do více operací. Z hlediska konstrukce rozeznáváme svislé kovací lisy a vodorovné kovací lisy. Pro výpočet maximální síly při kování na svislých kovacích lisech lze orientačně použít např. nomogram firmy EUMUCO, který platí pro uhlíkové oceli. Z uvedeného nomogramu byly zjištěny tyto rovnice: F = 40 . Sc pro tvarově jednoduché výkovky a pro Rm = 400 MPa F = 50 . Sc pro tvarově jednoduché výkovky a pro Rm = 600 ÷ 700 MPa F = 56 . Sc pro tvarově složité výkovky a pro Rm = 400 MPa F = 70 . Sc pro tvarově složité výkovky a pro Rm = 600 ÷ 700 MPa Za hodnotu Sc je nutné dosazovat plochu průmětu výkovku včetně můstku výronkové drážky v cm2 a síla F pak vyjde v [kN]. Hodnota Rm je pevnost kovaného materiálu. Rovněž firma ŠMERAL uvádí ve svém katalogu nomogram pro výpočet kovací síly. Z tohoto nomogramu byla autorem odvozena rovnice ve tvaru

F = 0,6 ⋅ S c ⋅ k p ⋅ K ts (pozor na jednotky při dosazování) kde F [kN] kovací síla 2 S c = π 4 ⋅ (Dv + 2 b ) [cm2] celková plocha průmětu výkovku a můstku výronkové drážky, b = (3 ÷ 5) s , s = 0,1725 ⋅ G0 ⋅ Dv , G0 je hmotnost polotovaru v [kg] kp [MPa] přetvárná pevnost pro danou teplotu, viz následující tabulka Kts = 1 až 1,42 - koeficient vlivu tvarové složitosti výkovku – viz obrázek 0 ,16

1

0,5

Kapacitni_vypocty



Hodnotu kp lze volit podle následující tabulky, a to pro zvolenou dokovací (!) teplotu. Hodnoty přetvárné pevnosti kp v MPa při dané teplotě pro ϕ& = 5 s-1 a pro ϕ = 0.1 Materiál ČSN 12050 12060 13240 14100 14220

900 149 148 196 165 184

950 128 118 171 132 159

kovací teplota ve °C 1000 1050 1100 108 91 80 102 90 82 150 130 102 111 99 91 139 121 106

1150 71 73 96 85 91

1200 68 67 80 76

Pro kování na vodorovných kovacích lisech uvádí norma ČSN 22 8307 pro výpočet kovací síly nomogram – viz obrázek, kde uvedené staré jednotky je nutné přepočítat, případně rovnici: F = 5 ⋅ (1 − 0,001⋅ Dv ) ⋅ (Dv + 10) ⋅ Rm (t ) 2

kde Rm(t) ( = σs) pevnost materiálu při kovací teplotě Dv max. průměr výkovku Vzorec platí pro výkovky s průměrem Dv ≤ 300 mm. Při výpočtu nekruhových výkovků se použije stejný vzorec, ale místo hodnoty Dv se dosadí Ddred: Ddred = 1,13 ⋅

Sv

kde Sv je průmět plochy výkovku do roviny kolmé k rázu Z hlediska kapacitních výpočtů byly tyto dvě skupiny lisů doplněny o automatické kovací linky typu TWK – výrobce ŠMERAL Brno. Jedná se o linky se svislým kovacím lisem, kde je instalován transferový podavač. Vodorovné kovací lisy s označením LKL mají vodorovnou dělicí rovinu zápustek, ostatní mají svislou dělicí rovinu. Další důležité parametry kromě jmenovité síly zde jsou využitelný počet zdvihů, max. průměr kované tyče a síla na svěracím beranu. Typ lisu

Svislé kovací lisy

Linka TWK

Tvářecí síla v MN 10 16 25 31,5 40 63 16 31,5 40

Označení výrobce LKM 1000, LZK 1000 LKM 1600, LZK 1600, LMZ 1600 LKM 2500, LZK 2500 LKM 3150 LKM 4000, LZK 1000 LZK 6300 TWK 1600 TWK 3150 TWK 4000

2

Kapacitni_vypocty


Vodorovné kovací lisy


2,5 4 8 9 12 20

LKH 250 LKL 400 LKH 800 LKL 900 LKH 1200 GKM 2000

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

LZK 1000

LZK 1600

LZK 2500 (LZK 3150)

LZK 4000

LZK 6300

Hmotnost

< 0,8 až 1,4

< 1,41 až 4

< 4,01 až 8

< 6,01 až 19

< 12,01 až 33

3

Kapacitni_vypocty



NORMATIV SPOTŘEBY ČASU PRO SVISLÉ KOVACÍ LISY LZK

Určení a popis úkonů Do časů na výrobu představitelů jednotlivých zápustkových výkovků jsou zahrnuty spotřeby času na jednotkové pracovní úkony tA, které se dělí na úkony za klidu tA11, na úkony za chodu tA12 a na úkony nepravidelné obsluhy. Pracovní úkony u svislých kovacích strojů se dělí následovně: Úkon č.1 – Vložení a ustavení - na rovné kovátko - do tvaru zápustky - předkovku (předvalku) do tvaru zápustky Úkon č.2 – Kování - jedním zdvihem pro výkovky tvarové složitosti I (tvar.slož II) - dvěma zdvihy pro výkovky tvarové složitosti I (tvar.slož II) - na tři zdvihy pro výkovky tvarové složitosti I (tvar.slož II) Úkon č.3 – Vyjmutí výkovku ze zápustky a odložení na skluz pásového dopravníku Úkon č.4 – Čištění a mazání zápustek

4

Kapacitni_vypocty



Do potřeby času na výrobu výkovků jsou promítnuty i ztrátové časy na přípravu a úklid pracoviště, časy na přirozenou potřebu a na svačiny. Jedná se o tzv. směnové ztráty času tC, kam se rovněž započítají časy potřebné na nepravidelnou obsluhu pracoviště. S oddechovými přestávkami se nepočítá, předpokládá se střídání pracovníků - viz následující tabulka. SMĚNOVÉ ZTRÁTY ČASU

Pro stanovení dávkového času tB je připojena samostatná tabulka pro stanovení potřeby času na výměnu nástrojů podle jednotlivých typů strojů. Tyto časy se do výkonových tabulek na výrobu jednotlivých výkovků nezapočítávají. Tabulka se použije pro stanovení celkových ztrát z časového fondu na výměnu nástrojů na základě počtu výměn pro zajištění požadované výroby s přihlédnutím k sériovosti výroby. DÁVKOVÉ ČASY V MINUTÁCH NA STROJ A ÚKON

5

Kapacitni_vypocty



Projektování pracovišť kovacích lisů Na základě znalosti potřebné velikosti hlavního tvářecího stroje se volí (je-li zapotřebí) velikost stroje pro ostřihování a děrování a podle druhu ohřevu se navrhuje dispoziční uspořádání kovací buňky. Existuje celá řada možností uspořádání, která se liší podle místních poměrů. Rozhodující je obvykle způsob zavážení vstupního materiálu, transport hotových výkovků a odpadu a umístění jeřábů pro montáž a demontáž strojů. Následující příklady ukazují nejtypičtější řešení, pokud neexistují nějaké omezující podmínky. TYPOVÁ USPOŘÁDÁNÍ PRACOVIŠŤ KOVACÍCH LISŮ LZK

Na dalším obrázku jsou typová uspořádání automatických linek pro rotační výkovky, kde je jednak použit transferový podavač (TWK 3150) a pro kování ojnic, kde je pro předkování zařazen stroj ULS 100 pro příčné klínové válcování. Na dalším obrázku jsou pak typová uspořádání pro případ kování na horizontálních kovacích strojích.

6

Kapacitni_vypocty



AUTOMATICKÉ KOVACÍ LINKY TWK

TYPOVÁ USPOŘÁDÁNÍ PRACOVIŠŤ HORIZONTÁLNÍCH KOVACÍCH STROJŮ

7

Kapacitni_vypocty



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

8

Kapacitni_vypocty



Kování na bucharech Buchary patří mezi energetické tvářecí stroje, kde se tvar výkovku vytváří postupně opakovanými údery. Na rozdíl od kovacích lisů jsou buchary charakterizovány jmenovitou energií jednoho úderu. Nejsilnějším úderem obvykle bývá poslední úder, kde je výkovek již nejchladnější. Dalším důležitým parametrem je max. počet úderů za minutu. Z hlediska přetěžování je důležitý celkový počet požadovaných úderů na vykování daného výkovku, kde se obvykle předpokládá max. počet úderů 3 až 5, jinak je nutné zvolit buchar o vyšší jmenovité energii. Typ bucharu

Jmenovitá energie v kJ 20

Hydraulický

40 80 16

Označení výrobce

KJH 2, KHZ 2 KHZ 4, KHZ 8 KHZ 16

Parovzdušní zápustkové dvojčinné buchary energie úderu [kJ]

váha beranu [kg]

počet úderů [min-1]

max. zdvih beranu H [mm]

min. průchod šířka ve stojanu vedení e c [mm] [mm]

20

800

80

1 000

800

500

400

min. hloubka beranu [mm]

Průmět min. výška výkovku Sc včetně zápustek h [mm] výronku [cm2] * 125 250

25

1 000

80

1 120

850

530

450

125

315

31,5

1 250

70

1 250

900

560

500

140

380

40

1 600

70

1 250

950

600

560

140

450

50

2 000

60

1 250

1 000

630

630

160

560

63

2 500

60

1 250

1 060

670

710

160

670

80

3 150

55

1 250

1 120

710

800

180

800

100

4 000

55

1 250

1 180

750

900

180

1 000

125

5 000

50

1 250

1 250

800

950

200

1 250

160

6 300

50

1 250

1 320

850

1 000

200

-

200

8 000

45

1 250

1 400

900

1 000

225

-

250

10 000

45

1 250

1 500

950

1 000

225

-

* Platí pro materiál o pevnosti 450 MPa; pro materiál o pevnosti 600÷700 MPa max. průmět výkovku 0,8 . Sc

Určení velikosti bucharu. Katalog firmy ŠMERAL uvádí výpočet energii jednoho úderu Aj v [kJ] pro výkovky z ocelí s nízkým a středním obsahem uhlíku a pro nízkolegované oceli v závislosti na hmotností výkovku GV v [kg] ve tvaru:

A j = 13,62 ⋅ GV0,59 (pozor na jednotky při dosazování) Pro jiné materiály je nutné použít přepočítávací koeficient. Pokud je velikost bucharu dána hmotností padajících částí, pak je nutné energii Aj přepočítat. Dle ČSN 22 8306 platí tyto vztahy mezi hmotností beranu mB v [kg] a deformační prací posledního úderu bucharu v [J] tyto vztahy: pro jednočinné buchary mB = A/11

9

Kapacitni_vypocty



pro dvojčinné buchary mB = A/(18 až 28) Pokud se hodnota A dosadí v kJ, pak hmotnost beranu vyjde v tunách. V prospektech firmy BÊCHÉ jsou uvedeny nomogramy pro výpočet deformační práce A při kování výkovků z uhlíkových a nízkolegovaných oceli na bucharech, a to buď na základě vsádkové hmotnosti G0, nebo na základě plochy průmětu výkovku včetně můstku výronkové drážky Sc. Z nomogramu byly odvozeny následující rovnice, které platí pro stanovení jmenovité energie bucharu, kterou je tento schopen vyvinout v jediném nejsilnějším úderu: Tvarová složitost Tvarová skupina 1

G0 [kg] G0 ≤ 52 G0 > 52

G0 ≤ 25,7 Tvarová skupina 2 G > 25,7 0 Go ≤ 14 Tvarová skupina 3 G0 > 14

A [kJ] Sc [cm2] A = 5,35 . G00,800 Sc ≤ 560 0,499 A = 17,57 . G0 560 < Sc ≤ 1420 Sc > 1420 0,796 A = 9,30 . G0 Sc ≤ 400 0,502 A = 24,16 . G0 Sc > 400 0,780 A = 15,67 . G0 Sc ≤ 280

A [kJ] A = 0,01078 . Sc1,330 A = 0,01664 . Sc1,262 A = 0,10346 . Sc1,310 A = 0,02256 . Sc1,313 A = 0,12974 . Sc1,021 A = 0,03145 . Sc1,337

A = 31,97 . G00,510

A = 0,22790 . Sc0,986

Sc > 280

Do tvarové skupiny 1 patří výkovky jednoduché, tlustostěnné se zaoblenými hranami, do tvarové skupiny 2 výkovky střední složitosti a do tvarové skupiny 3 výkovky složité, tenkostěnné s úzkými žebry a ostrými hranami. Kapacitní výpočty Firma BÊCHÉ uvádí navíc rovněž nomogram, ze kterého lze pro buchar o dané jmenovité energii A v [kJ] odečíst teoretickou produktivitu bucharu P v [kg/hod]. Platí zde vztahy: Jmenovitá energie A A ≤ 31,5 31,5 < A ≤ 51 51 < A ≤ 110 A >110

Teoretická produktivita P P = 22,82 . A1,02 P = 151,15 . A0,472 P = 37,70 . A0,825 P = 147,48 . A0,535

Skutečná produktivita je však pouze 60 až 90 % teoreticky dosažitelné v důsledku výměny zápustek, prostojů, dovolené a pod.

Literatura (1) Mrázek Stanislav: Projektování technologických pracovišť a kapacitní výpočty. Sborník z konference s.166-176

10

Kapacitni_vypocty

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

Recommend Documents