Zakar Róbert* fröccsüzemvezet!, Simon Viktor* m"szaki tervez!
1. Bevezetés A mai gazdasági környezetben a piaci versenyképesség és fejl!dés fenntartása érdekében elkerülhetetlen a fejlesztés. A POLIEXT CSÖVEK KFT. Magyarországon egyedüli gyorsköt! idomgyártó cégként is ezekkel a célokkal kezdte meg a KPE idomok fejlesztését, így napjainkban kiváló min!ség" terméket ad partnerei kezébe. A külföldi gyártókkal való folyamatos konkurenciaharc, piacmegtartás és -szerzés miatt átfogó fejlesztésekkel próbáljuk tartani a lépést, minél jobban megfelelni a követelményeknek és vev!ink igényeinek. Az energia- és az alapanyagárak drasztikus emelkedése mellett kell megtalálni az irányelveket, amelyek hatására versenyképes árú, min!ségi termék kerülhet a piacra, a vev!k kezébe. Ezen irányelvek jegyében történt meg a KPE idomcsalád továbbfejlesztése, a szerszámok tervezése és gyártása, valamint a fröccsönt! géppark fejlesztése és b!vítése. Az új gépek beszerzésénél fontos hangsúly volt az energiatakarékosság, ezért Magyarországon el!ször hozzánk kerültek az ENGEL Ecodrive fröccsönt! gépei (1. ábra). A másik fontos szempont, amelyek miatt e gépek mellett döntöttünk, az oszlopnélküli technológia, ami nagyban megkönnyíti a szerszámok cseréjét, nem beszélve a hidraulikus magbontású szerszámokról, amelyek azok cseréjét és m"ködtetését is egyszer"síti.
2. KPE idomok A KPE idomokat f!képp polietilén és fém anyagú, földbe fektetett vízvezetékeken, mechanikus cs!csatlakozások létesítésére használják szabványos polietilén és polietilén, vagy polietilén és fémcsövek között. Az idomokat öntözéshez, ivóvízvezetékekhez és az épületgépészetben alkalmazzák. A KPE termékek típusait a 2. ábra szemlélteti: –#KPE átmenet küls! menettel, –#KPE átmenet bels! menettel, –#KPE toldó idom, –#KPE sz"kít! toldó, –#KPE záró idom, –#KPE könyökidomok küls! menettel, –#KPE könyökidomok bels! menettel, –#KPE könyökidom, –#KPE T elágazók küls! menettel, –#KPE T elágazók bels! menettel, –#KPE T elágazók, –#KPE szelepes záró idom.
2. ábra. KPE idomok 1. ábra. Engel Victory 160 Ecodrive fröccsönt! gépek
*Poliext
A termék alkatrészei a 3. ábrán láthatók, a test (E), a sapka (A) és a leszorító gy"r" (C) anyaga polipropilén, a
Csövek Kft., 6034 Kecskemét-Matkó, II. ker. 232.
2011. 48. évfolyam 5. szám
171
Szerszámtervezés
KPE idomfejlesztés a Poliext Csövek Kft.-nél
–#Ellenállás kihúzással szemben: 20°C-on, 1 órán keresztül a következ! képlet szerint számított húzóer!vel kell vizsgálni: F = 1,5·"·en·#t·(dn – en)
3. ábra. KPE idom alkatrészei. A: Sapka; B: Roppanó gy$r$; C: Leszorító gy$r$; D: Tömít!gy$r$; E: Idomtest
roppanó gy"r"ké (B) POM, a tömít!gy"r"ké (D) NBR 70 gumi. A KPE idomokon (4. ábra) az alábbi vizsgálatokat kell elvégezni. –#Bels! nyomásállóság: a gyorsköt! idomokat 20°Cos vízfürd!ben, 1 órán keresztül tartó 2,5 PN, tehát PN16 üzemi nyomásnál 40 bar bels! túlnyomásnak kell kitenni. –#Bels! nyomásállóság – 1000 óra: a gyorsköt! idomtestet 40°C-os vízfürd!ben, 1000 órán keresztül 0,8 PN, tehát PN16 üzemi nyomásnál 12,8 bar bels! túlnyomásnak kell kitenni. –#Bels! nyomásállóság hajlításnál: a próbatestet 20°C-os vízzel feltöltve, 1 órán keresztül 1,8 PN, tehát PN16 üzemi nyomásnál 28,8 bar (20 DN hajlítási sugárral) bels! túlnyomásnak kell kitenni.
4. ábra. Összeszerelt KPE idom
Célok, igények felmérések
– PN 16 bar min!sítés megszerzése. – Gazdaságosabb gyárthatóság. – Konstrukciós változások ne legyenek. – Vev!k igényeinek felmérése.
Termékfejlesztés Terméktervezés
– Konkurencia termékek elemzése. – Meglév! hibák feltárása, elemzése. – Termék optimalizálás. – Funkcionalitás. – Gyárthatóság. – Megfelel!ség a követelményeknek.
(1)
ahol en a cs!fal vastagságának átlagos értéke, #t az adott cs!re vonatkozó, annak 1000 órás (tartós) bels! nyomásállósági vizsgálatához tartozó gy"r"feszültség értéke, dn a cs! névleges küls! átmér!je. –#Ellenállás küls! víznyomással szemben: a próbatesteket 20°C-os vízfürd!ben, 1 órán keresztül 0,1 bar, ezt követ!en 1 órán át 0,8 bar küls! víznyomásnak vagy vákuumnak kell kitenni. A gyorsköt! idom alkatrészein nem megengedett a sorja, felszínüknek simának, tisztának, repedés-, beszívódás- és a testnek üregmentesnek kell lennie. Különös figyelmet kell fordítani a gyenge helyeknek, legf!képp az összecsapási helyeknek. A KPE idom kialakítása és a szerszámok konstrukciója miatt valamennyi terméken jelentkezik ez a probléma. A termékkel szemben támasztott magas követelményeknek és az összetett igénybevételeknek köszönhet!en az összecsapási front min!sége felértékel!dik. Ezzel a problémával már kezdetben, a terméktervezéskor számolni kell. 3. Termékfejlesztés A POLIEXT CSÖVEK KFT. célja, az eddig említetteken kívül, a KPE gyorsköt! idomcsalád átmin!sítése Pnévl = 10 bar-ról Pnévl = 16 bar üzemi nyomásra. Ezek együttesen egy összetett fejlesztési folyamatot jelentenek (5. ábra). Termék-, majd a szerszámtervezésnél figyelembe kell venni, hogy a termék megfeleljen a vele szemben támasztott követelményeknek. A szerszámtervezésben és gyártásban az egyik legfontosabb kérdés az id! lerövidítése. A mai tervez!programok segítségével rengeteg id!t és pénzt lehet megtakarítani, és többféle szimulációs modul segíti a tervez! munkáját a kiváló min!ség" termék létrehozásában. Egy ilyen tervez!program folyamatba Szerszámtervezés
– A termékkel szemben támasztott követelmények figyelembe vétele. – Betétes szerszámházak. – Szisztematikus felépítés. – Többfészkes, gazdaságos szerszámok.
Szerszámgyártás
– Megfelel! technológia alkalmazása a min!ség és a gazdaságosság érdekében. – Biztonságos üzemeltethet!ség. – Nagy pontosságú megmunkálás. – Méretpontosság tartása.
5. ábra. A KPE gyorsköt! idomcsalád fejlesztési folyamata
172
2011. 48. évfolyam 5. szám
6. ábra Plastic Advisor – kitöltési id!
7. ábra Plastic Advisor – a gát legjobb helye
integrálásának segítségével egy programon belül oldható a KPE idomoknál különösen a Withwort szelvény" kúmeg a terméktervezés, a szerszámtervezés és a szerszám- pos cs!menetes csatlakozó részeknél okoz problémát, a gyártás. A dinamikus tervezés egyik formája a parametri- menetes rész nem megfelel!en zsugorodik, ami méret, és kus modellezés, ami lehet!vé teszi a dimenziók változ- f!ként szögeltérést eredményez, valamint termékfügg!. tathatóságát, módosíthatóságát. A parametrikus tervezés A termékek tervezésénél ezért korrigálni kellett az értésorán a modellt méret- és geometriai kényszerek alapján keket, analíziseket és próbafröccsöntéseket kellett véhatározzuk meg. E kényszerek egymásra utalásával le- gezni. Az ömledék fajtérfogata a befröccsöntés során a hetséges a tervezéskor bekövetkez! változtatás, annak maximális értékr!l, a h!mérséklet csökkenésével, folyavonzataival együtt. A kényszerek bonyolult egymásra matosan csökken. A zsugorodás ismerete elvi jelent!séutalásokat, szül!-gyermek kapcsolatokat, hierarchiákat g", mert ezeket laboratóriumi körülmények között hatáképeznek, ezeket a kapcsolatokat fogja össze a tervez!- roztuk meg, ez a paraméter nem mérhet!. A zsugorodás szoftver. A szül!-gyermek kapcsolatok hatékony eszkö- mértékét sok tényez! nagyban befolyásolja: fröccsnyozöket biztosítanak a tervez! szándékának. A teljes para- más, utónyomás, anyagh!mérséklet, szerszámh!mérsékmetrikusság lehet!vé teszi a folyamat bármely szakaszá- let, befröccsöntés sebessége, gát helye, falvastagság, tölban a beavatkozást, végigvezetve a folyamaton a kezde- t!anyag- és száltartalom. tekt!l – a termékmodellekt!l – a végéig, a megmunkálási A lineáris zsugorodás (MS): szakaszban is. A Pro/Engineer egy ilyen teljes kör" megH2h oldást nyújt a moduláris felépítésnek köszönhet!en a ter? 100 [%] MS 5 (2) h méktervezést!l a szerszámtervezésen, fröccsszimuláción (Plastic Advisor) át a megmunkálásig. ahol H a méretadó szerszámrész mérete, h a fröccsöntött A fröccsszimuláció segítségével már a tervezés korai termék mérete. szakaszában lehet vizsgálni a termék jellemz!it. A PlasA Pro/Engineer segítségével szilárdsági analíziseket tic Advisor az anyag jellemz! tulajdonságai mellett fi- végezve a készül! termékr!l, minden felesleges falvasgyelembe veszi az ömledék és a szerszám h!mérsékletét, tagságot, anyagtöbbletet eltávolítottunk (8. és 9. ábra, valamint a fröccsnyomást. Vizsgálni lehet vele a kitöl- D32-es menetes sapka), az új termék tömege 22,5 g, míg tést, a kitöltési id!t, az összecsapási frontok helyét, a az eredetié 38 g volt. Az így létrejött termék, funkcióját fröccsid!t, a fröccsnyomást, a nyomásesést, az ömledék- tekintve, teljes mértékben egyezik az eredetivel. Az front h!mérsékletét, a h"lés min!ségét, a beszívódáso- 1 órás nyomáspróba után megvizsgáltuk a nyomáshatárt, kat, a légzárványokat és a kitöltés min!ségét (6. és azt a nyomásértéket, ahol a termék szétreped. A 10. áb7. ábra). Az optimális termék tervezésekor kerülni kell az eltér! falvastagságokat, a felesleges anyagtöbbleteket, a feszültséggy"jt! helyeket (éles sarkok helyett lekerekítéseket kell alkalmazni), az alámetszéseket, és megfelel! kúposságokat kell használni. A fröccsönt! szerszámok tervezésénél számolni kell a m"anyagok fajtérfogat-változásával, a „zsugorodással”, ez 8. ábra. Eredeti termék, kb. 38 g 9. ábra. Optimalizált termék, kb. 22,5 g 2011. 48. évfolyam 5. szám
173
12. ábra. A nyitósík fel!l rögzített szerszámbetétek
10. ábra. Nyomáspróba diagram
rából jól látható, hogy a két termék között a nyomásérték tekintetében nincs különbség. 4. Szerszámok tervezése Megfelel! szerszámok készítéséhez és az azokkal történ! gazdaságos gyártáshoz figyelembe kell venni a gyártásprogramozást (gyártás ütemezése), a termék tulajdonságait (bonyolultság, méret, felületi min!ség, alapanyag). Fejlesztéskor a termékeket, termékcsaládokat szisztematikusan kell felépíteni, hogy az egy mérettartományba es!k egy szerszámházon belül gyárthatók legyenek. A betétezett szerszámok tervezésénél fontos szempont a gyors átszerelhet!ség. A D20, D25 és D32-es méret" könyökidomokhoz készült 4-fészkes szerszámház (11. ábra) ezekben a méretekben valamennyi küls! csatlakozómenetes terméket gyártani tudja, ezért a formabetétekben külön menetes betétekre volt szükség. A betéteket az osztósík felöl a szerszámházra rögzítettük, így a szerszámot a gépen át lehet szerelni.
13. ábra. 2-fészkes T idom gyártó fröccsszerszám
A hidraulika hengereket egy edzett „villa” rögzíti, ezeket eltávolítva bármikor gyorsan leszerelhet!k az idomok bels! formáját adó magokkal együtt, így megkönynyítve és lehet!vé téve a gyors átszerelést (12. ábra). A kidobó lapokban különböz! méret" betéteket helyeztünk el, ezáltal változtatni lehet a kidobó hosszakat és inaktívvá lehet tenni ezeket. Ebb!l a szerszámból 3 készült el. Bármelyik szerszámházban bármelyik termék gyártható. Ugyanezen méretekhez készült 2-fészkes T idom szerszámház (13. ábra), és 6-fészkes, toldó és küls! menetes átmenet szerszámház. Ezzel a 9 szerszámházzal, a bels! meneteseket kivéve, ebben a mérettartományban az összes termék gyártható. A szerszámok nagy pontosságot igényl! vagy bonyolultabb alkatrészeinek gyártása számítógép vezérelt CNC marógépekkel történt, az ezekhez szükséges programokat a Pro/Engineer moduljával írtuk meg (14. ábra).
11. ábra. 4-fészkes KPE könyökidomgyártó fröccsszerszám
174
5. Összefoglalás A terméktervezési folyamatot számos ötlet, stratégia, választási lehet!ség irányítja. A sikeres termékgyártáshoz meg kell találni az optimális fejlesztési környe-
2011. 48. évfolyam 5. szám
zetet. Emellett csökkenteni kell a fejlesztési folyamat idejét a min!ség megtartása, javulása mellett, és költséghatékony gyártási technológiákat kell alkalmazni. Rövidíteni kell a tervezési és gyártási id!ket, amit csak korszer" háttérrel lehet megoldani. A PN16-os KPE idomcsaládnál 105 terméket fejlesztettünk, illetve terveztünk meg, és 30 fröccsönt! szerszámot készítettünk. Terveink között szerepel egy új termék- és szerszámcsalád létrehozása az eddigi tapasztalatok figyelembevételével.
14. ábra. Pro/Engineer programmal leírt szerszámmozgás
2011. 48. évfolyam 5. szám
175
